復合陶粒混凝土砌塊自保溫墻體的熱工性能分析

2024年3月31日發(fā)(作者：質(zhì)量排名第一的充電寶)

復合陶粒混凝土砌塊自保溫墻體的熱工性能分析

曾理;孫林柱

【摘 要】以溫州大學E區(qū)二期學生公寓為試點工程，采用復合陶粒混凝土砌塊為主

要建筑材料，對自保溫外墻的圍護結構進行了節(jié)能設計。對試點工程熱工性能進行了現(xiàn)場

測試，并對測試數(shù)據(jù)進行了分析評價，結果表明：依據(jù)DB33／1015—2003浙江省《居

住建筑節(jié)能設計標準》的規(guī)定，該試點工程可達到建筑節(jié)能50％的設計要求。%Taking

student apartments （the cond period of E area） in Wenzhou University as a

pilot project, designed an energy efficient envelope structure for lf-insulation

wall made of composite ceramic concrete block. Conducted on-site tests on its

thermal performance and made an analysis and evaluation on the tested data.

The results show that： According to DB3311015--2003 ＂ Design standards for

energy efficiency of residential buildings＂ of Zhejiang province, the project has

reached the design requirement of 50% energy saving.

【期刊名稱】《湖南工業(yè)大學學報》

【年(卷),期】2011(025)006

【總頁數(shù)】5頁(P61-65)

【關鍵詞】復合陶粒混凝土砌塊;自保溫墻體;熱工性能

【作 者】曾理;孫林柱

【作者單位】溫州市建筑設計研究院綠色建筑中心,浙江溫州325000;溫州大學建筑

與土木工程學院,浙江溫州325035

【正文語種】中 文

【中圖分類】TU111.4

0 引言

為了推進溫州地區(qū)墻體材料改革，節(jié)約土地資源，利用工業(yè)廢料逐步取代破壞耕地且

耗能較高的黏土磚，建筑行業(yè)科研人員對替代墻體材料進行了試驗研究[1-5]，其中陶粒

混凝土砌塊和復合陶粒混凝土砌塊以其質(zhì)輕、多孔、保溫性能好、強度可靠、便于施工、

綜合造價低等優(yōu)點逐漸受到建設、設計、施工等單位的青睞。為了推動溫州地區(qū)墻體材料

改革，促進陶粒混凝土砌塊的大面積推廣和應用，確保建筑施工質(zhì)量，需針對本地區(qū)實際

情況，制定適合于本地區(qū)砌體施工的相關技術規(guī)范。為此，溫州市建設局和市墻改辦委托

溫州大學節(jié)能減排研究院建筑節(jié)能與墻材革新研究所，進行陶粒混凝土砌塊和復合陶粒混

凝土砌塊推廣應用中關鍵技術的研究。其相關研究內(nèi)容主要有：1）改善陶粒混凝土本身

性能，提高陶粒混凝土的質(zhì)量；2）建立適應當?shù)氐氖┕ぜ夹g規(guī)定，規(guī)范施工工藝；3）

研究配套的砌筑和抹面砂漿，防止墻體裂縫和空鼓；4）推廣建筑節(jié)能設計，提高墻體隔

熱保溫的效果。本文僅對復合陶粒混凝土砌塊建筑外墻的熱工性能進行測試和分析。

1 工程概況

本課題組選擇溫州大學E區(qū)二期學生公寓作為試點項目。該項目為6層框架結構建筑，

總建筑面積為38 044 m2，建筑工程等級為二級，設計使用年限50 a，建筑高度為

21.30 m，防火設計為耐火等級二級，于2008年9月通過課題驗收，并于2008年10

月竣工投入使用。該項目依據(jù)建筑節(jié)能50%的標準進行設計，外墻采用240 mm厚復合

陶粒混凝土砌塊（以下簡稱復合陶粒砼砌塊），其規(guī)格為390 mm×240 mm×190 mm；

門窗、屋面等均按標準采用相應的節(jié)能措施（在此不作分析）。為了對復合陶粒砼砌塊在

實際工程應用中的熱工性能進行論證，對該項目外墻的熱工性能參數(shù)進行了現(xiàn)場測試，同

時進行理論計算和分析。

2 圍護結構節(jié)能設計

2.1 材料選擇

在本節(jié)能設計項目中，外墻采用復合陶粒砼砌塊，其結構如圖1所示。

圖1 復合陶粒砼砌塊Fig.1Composite ceramic concrete block

復合陶粒砼砌塊與同類型材料的性能比較參數(shù)見表1。復合陶粒混凝土小型空心砌塊

規(guī)格尺寸符合現(xiàn)行國家標準GB/T15229—2002《輕集料混凝土小型空心砌塊》的要求

[6]。強度等級不小于MU5.0，實心率大于75%，砌塊壁厚不小于70 mm，密度等級不

大于1 200 kg/m3，砌塊壁厚不應小于70 mm，吸水率不應大于20%，砌塊施工時的

相對含水率不大于40%，干縮率不大于0.045%。

表1 墻體材料的性能比較Table 1The performance comparison of wall materials

材料類型 干密度/(kg·m-3) 強度等級 規(guī)格尺寸/mm長 寬（厚）高P型(KP1型)燒結多孔

磚1 400 MU30, MU25 MU20, MU15 MU10 240 178 11590砂加氣混凝土砌塊(B07)

復合陶粒混凝土砌塊≤750≥A5.0600 50,75 100,120 200,240 900≥MU5.0390200,240

260,280 240 250 300 190

復合陶粒砼砌塊屬于陶粒混凝土小型空心砌塊中較為典型的一種，其密度屬于中等，

其物理熱工性能處于中上水平。因為使用了聚苯乙烯泡沫作為空心部分的填充物，施工時

并不會像其他空心砌塊那樣出現(xiàn)大量浪費砂漿的情況。另外從砌筑流程來看，加氣混凝土

砌塊需要專用砌筑砂漿及專用抹面砂漿進行施工，而復合陶粒砼砌塊可以直接使用普通砂

漿或干粉砂漿，也可以采用特種砂漿進行施工。當然，如果使用陶砂配套砂漿，則在熱工

性能方面會獲得更多提升。

2.2 結構設計

本試點項目設計外墻厚度為240 mm，采用復合陶粒砼砌塊，砌塊規(guī)格為390

mm×240 mm×190 mm，其強度等級采用MU5.0，外墻砌體外表面滿鋪鋼絲網(wǎng)或耐堿

玻纖網(wǎng)格布一層，其余部位凡不同墻體材料交接處均鋪設500 mm寬鋼絲網(wǎng)或耐堿玻纖

布一層。圍護結構的熱工性能設計參數(shù)如表2所示（以9～10號樓數(shù)據(jù)為例）。

表2 外墻主體熱工性能參數(shù)Table2 Thermal performance parameters of the

external wall材料名稱厚度/mm導熱系數(shù)/(W·m-1·K-1)蓄熱系數(shù)/(W·m2·K-1)熱阻值

/(m2·K·W-1)熱惰性指標抗裂砂漿（網(wǎng)格布）混合砂漿復合陶粒砼砌塊混合砂漿5 20 240

20 0.93 0.87 0.24 0.87 11.31 10.75 03.71 10.75 0.005 0.023 1.000 0.023 0.06 0.25

4.45 0.25

據(jù)表2可知，墻主體傳熱阻值為R0=Ri+∑R+Re=1.201 m2·K·W-1（其中Ri為內(nèi)表

面換熱阻，取0.11 m2·K·W-1，∑R為各層材料熱阻之和，Re為外表面換熱阻，取0.04

m2·K·W-1）[7]。墻主體的傳熱系數(shù)為K=1/R0=0.83 W·m-2·K-1。

根據(jù)圍護結構設計給出的參數(shù)，計算外墻的平均傳熱系數(shù)，結果見表3。

表3 外墻平均傳熱系數(shù)計算Table3 The calculation of average heat transfer

coefficient of the outer walls構造類型 面積/m2百分比/% 傳熱系數(shù)/(W·m-2·K-1) 熱

惰性指標墻主體柱梁門窗過梁1 715.80 227.26 387.07 259.20 66.26 8.78 14.95 10.01

0.83 2.32 2.95 2.95 5.00 4.51 2.93 2.93

據(jù)表3計算可得：外墻平均傳熱系數(shù)K=1.49 W·m-2·K-1，外墻平均熱惰性指標

D=4.44，而根據(jù)DB33/1015—2003浙江省《居住建筑節(jié)能設計標準》中的規(guī)定：D＞

2.5，K≤1.5 W·m-2·K-1，可知設計參數(shù)符合標準要求[8]。

據(jù)設計計算可知，若按常規(guī)工程中使用P型（KP1型）燒結多孔磚作為外墻材料，

則外墻平均傳熱系數(shù)將達到2.02 W·m-2·K-1，超出規(guī)范允許范圍[8]。若將陶砂砂漿作為

外墻外側的配套抹面砂漿替代混合砂漿使用，則外墻平均傳熱系數(shù)可降至1.29 W·m-2·K-

1，將優(yōu)于規(guī)范要求[8]。

3 墻體熱工性能測試

3.1 測試方法和原理

目前測試圍護結構傳熱系數(shù)的方法主要有熱流計法、熱箱法、紅外熱像儀法[9]，本

工程中采用的是較成熟的熱流計法。熱流計是建筑能耗測定中的常用儀表，本工程中采用

熱流計測量構件的熱流值，溫度傳感器測量構件的表面溫度，通過計算得出其熱阻值和傳

熱系數(shù)。

檢測基本原理為：在被測部位布置熱流計，在熱流計周圍的內(nèi)外表面布置熱電偶，建

筑物圍護結構內(nèi)外側的溫度用布置在被側墻體內(nèi)的熱電偶進行測量，熱流量可通過在該圍

護結構表面安裝平板狀熱流計測量，由于熱流計熱阻一般比被測圍護結構的熱阻小很多，

當被測圍護結構背面貼上熱流計后，傳熱工況影響較小，可忽略不計。因而在穩(wěn)定狀態(tài)下，

流過熱流計的熱流量亦為被測圍護結構的熱流量。將熱流計、熱電偶檢測的圍護結構熱流

量和其內(nèi)、外表面溫度，通過導線把測試信號直接輸入溫度熱流檢測儀，并通過計算機進

行數(shù)據(jù)采集；當傳熱過程穩(wěn)定后，開始測量。為使測試結果準確，測試時應在連續(xù)采暖穩(wěn)

定的房間中進行。

一般來說，室內(nèi)外溫差愈大，其測量誤差相對愈小，所得結果亦較為精確，其缺點是

受季節(jié)限制。該方法是目前國內(nèi)外常用的現(xiàn)場測試方法。

3.2 測試設備和布置

主要測試設備為北京東方奧達儀器設備有限公司生產(chǎn)的JW-II型建筑熱工溫度與熱流

自動測試系統(tǒng)，其中包括WRC銅-康銅熱電偶式溫度傳感器、規(guī)格為10 cm×10 cm的

熱流計以及計算機。當表面材料凝固和干燥后，用乳膠與水泥拌合物或者其他黏結劑將銅

-康銅熱電偶溫度傳感元件粘貼在試件的冷熱表面上，同時用黃油把熱流計粘貼在試件的

熱表面上，粘貼熱電偶和熱流計時一定要貼緊，防止出現(xiàn)空隙，否則會嚴重影響檢測結果。

在外墻的內(nèi)表面上，布置7塊熱流計，在每個熱流計周圍布置2個熱電偶，對應的冷表

面上也相應的布置2個熱電偶，熱電偶的表面覆蓋，避免陽光直接照射，同時在內(nèi)外空氣

中布置2個熱電偶，用來觀察墻體內(nèi)外表面及空氣中的溫度狀況。測試設備布置如圖2

所示。

圖2 現(xiàn)場測試設備布置圖Fig.2The layout of the field test equipment

3.3 測試數(shù)據(jù)的采集

數(shù)據(jù)的采集要持續(xù)到墻體進入熱穩(wěn)定狀態(tài)，不同的材料構件進入穩(wěn)定狀態(tài)的時間不同，

重質(zhì)的建筑構件需要較長時間才能達到穩(wěn)定狀態(tài)。監(jiān)測儀器每隔30 min進行數(shù)據(jù)的采集，

記錄每一點的溫度和熱流量，數(shù)據(jù)采集過程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)采集過程Fig.3The process of the data collection

4 測試結果分析及評價

對墻體進行了6 d連續(xù)測試，某一觀測點的測試結果見圖4～6。

圖4 墻體各層界面實測溫度Fig.4The measured temperature of the interface of

the different wall layers

圖5 墻體各層間溫差曲線Fig.5The curve of temperature difference among the

different wall layers

圖6 墻體傳熱系數(shù)隨時間的變化Fig.6The change of Wall heat transfer

coefficient with time

對圖4中墻體各層界面實測溫度數(shù)據(jù)進行分析計算，可得出圖5墻體各層間溫差曲

線，據(jù)墻體內(nèi)外表面最大溫差的平均值及熱流量計在對應時刻的流量值Q，可得墻體傳熱

阻值R0，墻體傳熱系數(shù)K=1/R0，計算結果見表4。

表4 實測墻體熱工參數(shù)Table 4The measured thermal parameters of the wall項

目 測量值墻體外表面溫度T1/℃墻體內(nèi)表面溫度T2/℃墻體內(nèi)外表面溫差/℃墻體熱流量

值Q/(w·m-2)墻體傳熱阻值R0/(m2·K·W-1)外墻傳熱系數(shù)K/(W·m-2·K-1)40.43 25.98

14.44 11.862 6 01.367 34 00.731 4

據(jù)表4可知，實測復合陶粒砼砌塊自保溫墻體的傳熱系數(shù)為0.731 4 W·m-2·K-1，

能夠滿足節(jié)能50%的目標要求[8]。

從表2和表4可知，外墻主體傳熱阻R0的理論值為1.201 m2·K·W-1，實測值為

1.367 34 m2·K·W-1，則其誤差為13.9%。理論設計值與實際測量值均能滿足

DB33/1015—2003浙江省《居住建筑節(jié)能設計標準》的要求[8]。理論設計值與實際測

量值存在一定誤差，且實際測量值優(yōu)于理論計算值，主要原因是修正系數(shù)1.2[10]取值偏

大，若將修正系數(shù)取值設為1.1，則可將誤差控制在5%左右；其次是測試時間較短，且

僅選擇了夏季測試，沒有在冬季進行測試，對測試結果有一定影響。

5 結論

1）通過理論設計值與實際測量值的比較，兩者誤差在可接受范圍內(nèi)，檢測論證結果

基本正確。

2）通過示范工程項目的試點，及時總結新型墻體材料的生產(chǎn)、施工實踐經(jīng)驗，確保

建筑工程質(zhì)量，為復合陶粒砼砌塊的推廣應用提供可靠的技術參考。

3）復合陶粒砼砌塊自保溫墻體可替代常規(guī)的黏土多孔磚聚苯顆粒保溫漿料外保溫墻

體，對“禁實”工作的深入開展及墻體材料的節(jié)能減排和推廣應用具有重大的現(xiàn)實意義。

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