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走进神宇
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03
2018
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行业资讯 ｜ 预制混凝土夹心保温外墙板热桥影响解读（一）
作(zuò)者：
近几年来，预制混凝土夹心保温外墙板（以下简称夹心保温外墙板）技(jì )术开始在國(guó)内兴起并迅速普及，保温拉接件是制作(zuò)夹心保温外墙板的关键产(chǎn)品。拉结件在与内、外叶墙板混凝土共同工(gōng)作(zuò)时，除了要求具(jù)有(yǒu)足够的承载能(néng)力和耐久性能(néng)以外，还需要具(jù)有(yǒu)很(hěn)低的导热系数，以降低外墙板热桥的影响。常用(yòng)的保温拉接件有(yǒu) GFRP 拉结件和金属拉结件两类，它们对外墙板的热桥影响也有(yǒu)很(hěn)大的差异。
经常有(yǒu)技(jì )术人员提出“拉结件的截面积很(hěn)小(xiǎo)，因此热桥影响可(kě)以忽略不计”和“南方地區(qū)不需要夹心保温外墙”的观点，这是真的吗？筆(bǐ)者结合美國(guó)的研究资料，以及國(guó)内的相关检测报告，分(fēn)析金属和非金属保温拉结件热桥对外墙板损失率问题，以及怎样从技(jì )术上消除热桥，实现本质(zhì)上的节能(néng)。
01热量传递和热桥的基本概念
1. 热传导的方式
热传导有(yǒu)传导、对流、辐射（包含反射）三种方式。在建筑中(zhōng)，室内外的能(néng)量交换过程，主要通过建筑的外围护表面完成，并且三种方式同时存在，这就对建筑外围护提出了一定的技(jì )术要求，如屋顶、外墙、门窗的密闭性、隔热性、热辐射性等。随着城市建筑越来越高，外墙和门窗所占的建筑表面积超过了 80%，而外墙所占比例又(yòu)很(hěn)大，成為(wèi)建筑热量交换的主要媒介，且主要以传导方式為(wèi)主，因此，提高建筑外墙的热阻值（或降低外墙的热传导系数）可(kě)以阻止和减缓建筑室内外的热交换。
人类在室内生活工(gōng)作(zuò)的适合温度為(wèi)16℃~25℃左右，当夏天温度较高和冬季温度较低时，為(wèi)了保持室内的舒适性，往往需要输入能(néng)量进行制冷和供暖来调节温湿度。如果外墙的保温或隔热性能(néng)不好，就会提高建筑能(néng)耗。据统计，我國(guó)建筑消耗了社会能(néng)源的45%左右，节能(néng)空间很(hěn)大，提高墙體(tǐ)的热阻对于建筑节能(néng)意义重大。
2. 墙體(tǐ)传热性能(néng)热工(gōng)指标之间的关系
在民(mín)用(yòng)建筑的外墙节能(néng)中(zhōng)，墙體(tǐ)的传热系数是衡量保温隔热性能(néng)的关键指标之一，不同的材料具(jù)有(yǒu)不同的导热系数，材料导热系数越低表示在材料中(zhōng)热量传递越缓慢，一般来说外墙都是由多(duō)层不同的材料构成，因此墙體(tǐ)的传热性能(néng)用(yòng)传热系数或者热阻值指标来衡量（传热系数 K 与热阻值 R 成反比），R 值越高（K 值越低）代表保温隔热性能(néng)越好。相反地，R 值越低（K 值越高）代表保温隔热性能(néng)越差，建筑工(gōng)程在外墙节能(néng)上的投入，可(kě)以理(lǐ)解為(wèi)花(huā)钱提高墙體(tǐ)的热阻，是為(wèi)了创造長(cháng)期的节能(néng)效益；在各层墙體(tǐ)所用(yòng)材料和构造的厚度确定以后，墙體(tǐ)的传热系数和热阻值可(kě)以通过计算获得，其传热性能(néng)指标也可(kě)以通过实验进行检测。
3. 热桥的概念
在实际工(gōng)程中(zhōng)，由于建筑构造的要求，墙體(tǐ)由多(duō)种不同材料的层片组成，如承重层、保温层、装(zhuāng)饰层组合成為(wèi)一道墙體(tǐ)，多(duō)层构造之间需要通过拉结件（或称為(wèi)“连接器”）进行连接。如果室外悬挑阳台和空调板等需要伸入到室内才能(néng)获得受力的支撑，就会穿过墙體(tǐ)的保温层，穿过的部位就成為(wèi)联通室内外的“桥”，尽管保温层隔绝了大部分(fēn)的室内外构造，提高了墙體(tǐ)的热阻，但是这些“桥”就成為(wèi)了室内外热量交换的热桥。局部的热桥就像一个装(zhuāng)水的玻璃杯上被开了孔洞一样，会使水流干，只是墙體(tǐ)中(zhōng)热桥的存在所导致的能(néng)量流失过程难于直接观察，也难以分(fēn)析计算和检测，因此很(hěn)容易被人忽视，事实上对墙體(tǐ)的热工(gōng)性能(néng)影响很(hěn)大。
热桥的存在不但会降低墙體(tǐ)的热阻，导致長(cháng)期的能(néng)耗损失，同时在一定温差和湿度条件下，会导致室内空气中(zhōng)的水分(fēn)冷凝结露，甚至结霜，导致霉菌生長(cháng)，不利于影响室内环境健康，因此在建筑设计时，应该重视外墙热桥的治理(lǐ)。
02拉结件的导热性能(néng)对夹心保温外墙板热工(gōng)性能(néng)的影响研究
到底热桥对于夹心保温外墙板的热工(gōng)性能(néng)有(yǒu)多(duō)大影响？这是很(hěn)多(duō)工(gōng)程师普遍关心的问题，筆(bǐ)者收集了两组试验检测资料，通过对比也许可(kě)以给我们一些启发。一组是来自中(zhōng)國(guó)建科(kē)學(xué)研究院國(guó)家建筑工(gōng)程质(zhì)量监督检验中(zhōng)心的两份检测报告，检测报告的编号分(fēn)别為(wèi)“BETC-JN1-2007-161”和“BETC-JN1-2017-00141”，这两份报告為(wèi)分(fēn)别采用(yòng)美國(guó)Thermomass的GFRP拉结件和國(guó)内某企业不锈钢拉接件的夹心保温外墙板热阻值测试值；另一组检测试验来自于美國(guó)Oak Ridge國(guó)家实验室建筑技(jì )术中(zhōng)心对于不同拉结件和热桥的夹心保温外墙板进行试验研究，报告日期為(wèi)2001年10月26日。
1.GFRP拉结件和不锈钢拉结件夹心保温外墙板热阻值检验结果
北京万科(kē)是國(guó)内首家在装(zhuāng)配式建筑中(zhōng)采用(yòng)夹心保温外墙板的企业，為(wèi)了保证项目满足节能(néng)要求（北京的节能(néng)标准50%），拉结件供应商(shāng)在中(zhōng)國(guó)建筑科(kē)學(xué)研究院國(guó)家建筑工(gōng)程质(zhì)量监督检验中(zhōng)心对夹心保温外墙板的热工(gōng)性能(néng)进行检验，并取得了编号為(wèi) BETC-JN1-2007-161的检验报告（图1），该检验采用(yòng)1000mmx980mm的试验墙板，墙身构造為(wèi)60mm厚钢筋混凝土 +50mm厚 XPS保温 +60mm厚钢筋混凝土。
两层墙板混凝土之间用(yòng)6只MS50型Thermomass的GFRP保温拉接件连接，墙身构造如（图2）。根据编号“BETC-JN1-2007-161”报告的检验结果，其检验结论為(wèi)“砌體(tǐ)热阻=1.7（m 2 .K/W），传热系数 =0.54（W/m 2 .K）”。
國(guó)内某企业采用(yòng) 4 只直径 8mm 的不锈钢保温拉接件，制作(zuò)了相同的夹心保温外墙板，同样在中(zhōng)國(guó)建筑科(kē)學(xué)研究院國(guó)家建筑工(gōng)程质(zhì)量监督检验中(zhōng)心检验，取得编号 BETC-JN1-2017-00141（图 3）的检验报告，该检验采用(yòng) 980mmx980mmx300mm 的夹心保温外墙板，构造為(wèi)200mm 厚钢筋混凝土 +50mm 厚 XPS 保温板 +50mm 厚钢筋混凝土”，两层墙板混凝土之间用(yòng) 4 只直径 8mm 的不锈钢（金属）拉结件连接。
根据“BETC-JN1-2017-00141”检验报告，检验结论為(wèi)“所送检验品传热系数為(wèi)0.70（W/m 2 .K）”。该报告没有(yǒu)给出墙板的热阻值。
2. 对金属和GFRP材料拉结件热桥损失率的分(fēn)析
众所周知，GFRP是由玻璃纤维和高分(fēn)子树脂制成的复合材料，其导热性能(néng)介于玻璃和塑料之间，导热系数為(wèi)0.4W/m.K左右，不锈钢材料的导热系数為(wèi)17W/m.K左右，两者的热导率相差 40 倍左右，因此不锈钢拉结件的传热会明显高于 GFRP 拉结件，其热桥效应不容忽视。
普通钢材的导热系数更是高达50W/m.K左右，因此更不能(néng)用(yòng)作(zuò)制造保温拉接件的材料。
对比两个实验报告的测试数据（表一）可(kě)以发现，虽然采用(yòng)不锈钢拉接件的墙板比GFRP 拉结件的墙板混凝土厚度增加了 80mm，且拉结件的截面积少了 1/3，但是由于不锈钢的热导率很(hěn)高，墙板的传热系数比 GFRP 夹心保温外墙板增大了 29.6%，差异非常之大。
这就意味着，尽管不锈钢拉接件的截面积只有(yǒu)夹心保温外墙板面积的 0.02%，但是由于不锈钢热桥的存在，墙板的热工(gōng)性能(néng)下降了30%之多(duō)，这似乎很(hěn)难让人理(lǐ)解。大多(duō)数的人都会认為(wèi)：保温材料只是被拉结件占去了不到 0.02% 的面积，热桥的损失应该也是在 0.02% 左右，那么前面实验报告的结论应该怎么解释？其实道理(lǐ)很(hěn)简单，用(yòng)保温材料来隔绝热量交换，类似于我们用(yòng)杯子盛水一样，热桥就相当于在底部开了“小(xiǎo)孔”，由于水流损失是持续的，即使小(xiǎo)孔的面积不到杯子表面积的 1%，也可(kě)以让杯子里面的水流光。而且墙板混凝土的表面积很(hěn)大，扩大了热桥与空气进行热交换的面积，进一步加速了热量的流失，东北谚语“针尖大的洞，斗大的风”说的就是这一现象。
从这一检测结果对比情况看，如果在夹心保温外墙板的各层构造厚度基本相同的情况下，采用(yòng)不锈钢保温拉结件，比 GFRP 的热工(gōng)性能(néng)下降了 30%，在國(guó)内对建筑节能(néng)要求越来越高的情况下，这 30% 的节能(néng)差距不容小(xiǎo)觑。
3. 美國(guó)试验研究的简介
美國(guó) Oak Ridge 國(guó)家实验室建筑技(jì )术中(zhōng)心在 2001 年对不同构造的夹心保温外墙板进行了热工(gōng)性能(néng)检测，用(yòng)于研究墙體(tǐ)热性能(néng)受连接墙體(tǐ)两层混凝土的金属或者纤维复合连接器影响，并发布了研究报告（图 5）。该试验研究一共制作(zuò)了5块夹心保温外墙板，对其中(zhōng)的5块测试墙板进行了稳态检测，并对3块墙板进行了动态检测，形成了系列检测数据，简述如下。
（1）墙板的构造和连接情况简介
根据 Oak Ridge 國(guó)家实验室建筑技(jì )术中(zhōng)心的试验报告，在一系列的对比试验检测中(zhōng)，共使用(yòng)了 5 块测试墙板试件，1 # ~4 # 测试墙板均由两层混凝土层中(zhōng)间夹一层绝热板组成。两个混凝土层分(fēn)别由 GFRP 拉结件、金属拉结件或混凝土肋穿过保温层进行连接，测试墙板的尺寸均為(wèi) 2590mmx2970mm，测试用(yòng)热箱的尺寸為(wèi)2440mmx2440mm。
其中(zhōng) 1 # ~4 # 测试墙板包括两个 3 英寸（约 76mm）厚的混凝土层，中(zhōng)间夹一个 2 英寸（约 50mm）厚的挤塑混凝土绝热板，6# 测试墙板的保温层由 2 英寸和 6 英寸的混凝土组成，保温由 6 英寸厚的黑色聚苯颗粒保温板（EPS）和 1/2 英寸厚的蓝色挤塑苯板（XPS）组成，并且在蓝色挤塑板的两个表面均附加了粘合聚苯烯膜（防潮层）。
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