輕骨料混凝土預(yù)制隔熱構(gòu)件的安全與節(jié)能技術(shù)

針對現(xiàn)澆混凝土內(nèi)置保溫體系中挑板處熱橋較大的問題，展開技術(shù)研究，提出用輕骨料混凝土預(yù)制隔熱構(gòu)件代替部分層間挑板的方法，并首先設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行安全性驗(yàn)證，在保證安全性前提下對其熱工性能進(jìn)行模擬研究。1?層間結(jié)構(gòu)挑板斷熱橋措施研究1.1?能耗模擬以石家莊某典型高層居住建筑為例，采用DEST能耗模擬軟件，寒冷B區(qū)氣象條件，室內(nèi)環(huán)境參數(shù)、采暖制冷時間、人員在室率、電氣設(shè)備使用率、照明開啟率、換氣次數(shù)等均按照DB13（J）/T?8359—2020《被動式超低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)置，并以該標(biāo)準(zhǔn)中的能效指標(biāo)為評判標(biāo)準(zhǔn)。該建筑地上共17層，層高3.1?m，地下兩層，采暖面積6?716.7?㎡，外墻面積為5?783.85?㎡，每層4戶，結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu)。由表1可見，當(dāng)外墻總傳熱系數(shù)為0.3?W/（㎡·K）時，供暖年耗熱量及供冷年耗冷量均滿足標(biāo)準(zhǔn)限值，但供暖年耗熱量緊貼標(biāo)準(zhǔn)限值。DEST中設(shè)置的外墻總傳熱系數(shù)為考慮了建筑結(jié)構(gòu)的點(diǎn)熱橋、線熱橋?qū)ν鈮ζ矫娴挠绊?，外墻總傳熱系?shù)=外墻平均傳熱系數(shù)+建筑其他部位熱橋附加傳熱系數(shù)+結(jié)構(gòu)挑板熱橋附加傳熱系數(shù)。DB?13（J）/T?8359—2020《被動式超低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》條文8.2.3中提到，點(diǎn)熱橋，線熱橋在能耗計(jì)算部分進(jìn)行考慮。建筑的點(diǎn)熱橋和線熱橋?qū)ν鈮Φ挠绊懓疵裼媒ㄖ峁ぴO(shè)計(jì)規(guī)范條文3.4.6公式計(jì)算。此外，該建筑其他部位線性熱橋產(chǎn)生附加傳熱系數(shù)為0.074?W/（㎡·K）。表1?寒冷B區(qū)建筑供暖年耗熱量及供冷年耗冷量計(jì)算

結(jié)果關(guān)于外墻平均傳熱系數(shù)，DB13?J/T8359—2020《被動式超低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（2021年版）提到，由于保溫層厚度增加，連接件、斜腹絲的規(guī)格，數(shù)量均有所增加，且增加受力承托結(jié)構(gòu)，對外墻整體傳熱影響更為顯著，系統(tǒng)修正系數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)合熱工計(jì)算綜合確定；JGJ/T?451—2018《內(nèi)置保溫現(xiàn)澆混凝土復(fù)合剪力墻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》提到，“復(fù)合剪力墻的保溫層材料的導(dǎo)熱系數(shù)及蓄熱系數(shù)的綜合修正系數(shù)宜取1.3”。文中所提到綜合修正系數(shù)和系統(tǒng)修正系數(shù)，兩者都是對保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的修正，綜合修正系數(shù)包含材料修正系數(shù)和系統(tǒng)修正系數(shù)，系統(tǒng)修正系數(shù)則是將連接件、斜腹絲的規(guī)格數(shù)量，連接方式對保溫層的影響，以系統(tǒng)修正的形式考慮保溫材料的修正中。根據(jù)河北省已發(fā)布實(shí)施內(nèi)置保溫系統(tǒng)被動式超低能耗建筑構(gòu)造模型的4套圖集中綜合修正系數(shù)取1.1，保溫材料石墨聚苯板厚度取250?mm。1.2?層間結(jié)構(gòu)挑板常見斷熱橋措施內(nèi)置夾心體系的結(jié)構(gòu)組成及材料的導(dǎo)熱系數(shù)如表格2所示，挑板寬度與樓板同寬為100?mm。當(dāng)室內(nèi)溫度20?℃、相對濕度60?％時，計(jì)算的露點(diǎn)溫度為11.9?℃，考慮實(shí)際項(xiàng)目的使用性，要計(jì)算該熱橋部位室內(nèi)溫度是否低于露點(diǎn)溫度。表2?各材料厚度及導(dǎo)熱系數(shù)本次仿真計(jì)算模型為三維無內(nèi)熱源穩(wěn)態(tài)傳熱模型、第三類邊界條件，傳熱模型中室內(nèi)溫度為20?℃，室外溫度按石家莊季冬季空調(diào)計(jì)算溫度–8.8?℃，室內(nèi)外空氣對流換熱系數(shù)分別取8.7?W/（㎡·k）、23?W/（㎡·k），傳熱過程進(jìn)行相關(guān)假設(shè)如下：（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)每種材料為均質(zhì)，各材料導(dǎo)熱系數(shù)各項(xiàng)同性；（2）無內(nèi)熱源；（3）忽略圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)水蒸氣相變引起傳熱；（4）忽略內(nèi)表面的輻射傳熱。由于4號文規(guī)定，為保證防護(hù)層安全性，需要在層間混凝土設(shè)置挑板并伸至防護(hù)層厚度的4/5處，末端做隔熱設(shè)計(jì)，該結(jié)構(gòu)性熱橋處造成的熱損失較大，需要專項(xiàng)設(shè)計(jì)。以下是工程上兩種常見層間挑板斷熱橋措施，在其端部采取噴涂保溫砂漿或粘貼真空絕熱板削弱熱橋，結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。砂漿封堵高度L分別為300?mm、1?100?mm、2?100?mm、3?100?mm，真空板封堵高度L分別為300?mm、500?mm、700?mm、900?mm、1?000?mm，計(jì)算結(jié)果見表3和表4。圖1?挑板端部斷熱橋處理結(jié)構(gòu)示意表3?保溫砂漿封堵對應(yīng)的外墻總傳熱系數(shù)及內(nèi)表面

最低溫度表4?真空板封堵對應(yīng)的外墻總傳熱系數(shù)及內(nèi)表面最低溫度由表3可知，保溫砂漿封堵長度從300?mm到3?100?mm計(jì)算熱損失均較大，并且改變砂漿封堵長度對挑板處的熱損失影響并不大，外墻總傳熱系數(shù)不能滿足小于0.3?W/（㎡·K）的要求，但該處理方法室內(nèi)最低點(diǎn)的溫度均高于露點(diǎn)溫度，不會有結(jié)露風(fēng)險。由表4可知，真空板上下封堵長度L大于700?mm時，外墻總傳熱系數(shù)能滿足小于0.3?W/（㎡·K）要求，且該處理方法室內(nèi)最低點(diǎn)溫度均高于露點(diǎn)溫度，不會有結(jié)露的風(fēng)險。但真空板置于挑板端部斷熱橋處理存在施工難度大且耐久性較差問題，在實(shí)際項(xiàng)目開展時需謹(jǐn)慎考慮。提出新方法：使用輕骨料混凝土預(yù)制隔熱構(gòu)件代替部分層間挑板以達(dá)到斷熱橋效果。2?隔熱構(gòu)件的性能分析2.1?安全性分析輕骨料混凝土連接件與現(xiàn)澆混凝土的協(xié)同工作性能是組合構(gòu)件充分發(fā)揮力學(xué)性能，保證結(jié)構(gòu)安全性的重要前提。其協(xié)同工作性能主要受二者界面粘結(jié)以及筋材在二者之間的錨固情況等因素的影響。因此設(shè)計(jì)了組合挑板與普通現(xiàn)澆混凝土挑板在使用荷載作用下的對比試驗(yàn)。試驗(yàn)加載示意如圖2所示，具體試驗(yàn)參數(shù)如圖3所示。圖2?試驗(yàn)加載示意（a）

（b）圖3?具體試驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)（a）組合挑板；（b）現(xiàn)澆挑板該試驗(yàn)共3組，每組3個試件，分組情況見表5。表5?實(shí)驗(yàn)分組使用狀態(tài)試驗(yàn)荷載值和撓度限值參考GB?50010—2022《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，分別為1?562.1?N和1.875?mm。實(shí)驗(yàn)加載及量測參考GB/T?50152—2012《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。試驗(yàn)情況如圖4所示，結(jié)果見表6。圖4?輕骨料混凝土預(yù)制隔熱構(gòu)件與混凝土組合懸臂

構(gòu)件加載實(shí)驗(yàn)表6?試驗(yàn)結(jié)果表6的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在2倍的使用狀態(tài)荷載下混凝土懸臂構(gòu)件端部撓度為0.006?mm，輕骨料混凝土預(yù)制隔熱構(gòu)件與混凝土組合挑板端部撓度為0.01~0.02?mm，雖比現(xiàn)澆混凝土挑板撓度大，但也遠(yuǎn)小于撓度計(jì)算限值1.875?mm，且在以上荷載條件下，試件均未出現(xiàn)裂縫，滿足適用性和安全性要求。因此，輕骨料混凝土預(yù)制隔熱構(gòu)件與混凝土組合挑板安全性和適用性均能滿足要求。2.2?節(jié)能分析輕骨料混凝土預(yù)制隔熱構(gòu)件導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.35?W/(m·K)，遠(yuǎn)低于混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)；合理使用輕骨料混凝土預(yù)制隔熱構(gòu)件，可達(dá)到削弱熱橋、降低建筑能耗的效果，結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。圖5?輕骨料混凝土預(yù)制隔熱構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意使用不同長度輕骨料混凝土預(yù)制隔熱構(gòu)件代替部分混凝土挑板削弱熱橋時，模型及溫度云圖如圖6所示，計(jì)算結(jié)果見表7。（a）

（b）圖6?輕骨料混凝土預(yù)制隔熱構(gòu)件代替部分混凝土挑板（a）結(jié)構(gòu)模型；（b）溫度云圖表7?隔熱構(gòu)件的外墻傳熱系數(shù)及內(nèi)表面最低溫度由表7知，保溫材料的厚度為250?mm，使用輕骨料混凝土預(yù)制隔熱構(gòu)件的長度大于150?mm時，且置于挑板中間位置，外墻的總傳熱系數(shù)均可滿足不大于0.3?W/(㎡·K)的要求，該處理方法室內(nèi)最低點(diǎn)的溫度高于露點(diǎn)溫度，不會有結(jié)露的風(fēng)險。3?結(jié)論采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法，針對現(xiàn)澆混凝土內(nèi)置保溫系結(jié)構(gòu)受力挑板部位熱損失過大，提出使用輕骨料混凝土預(yù)制隔熱構(gòu)件代替部分層間挑板方法，對其可行性從安全和節(jié)能兩方面研究，得到如下結(jié)論。（1）對于層間結(jié)構(gòu)挑板使用常規(guī)斷熱橋措施，保溫材料石墨聚苯板的厚度為250?mm時，層間挑板端部使用高300~3?100?mm的砂漿封堵，挑板部位仍有很大熱損失，無法滿足河北省被動式超低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的能效指標(biāo)要求；當(dāng)在挑板端部粘貼真空板，并上下延伸至少300?mm可使外墻總傳熱系數(shù)滿足K≤0.3?W/（㎡·K），滿足采暖和制冷能效指標(biāo)限值要求。但在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)考慮粘貼真空板的施工難度和真空板的安全性、耐久性問題。（2）使用輕骨料混凝土預(yù)制隔熱構(gòu)件情況下