改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)的隔熱性能分析

　　摘要：合理的建筑外墻外保溫系統(tǒng)可以有效的降低能源消耗、保護(hù)環(huán)境�；�于此，設(shè)計(jì)了改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)，建立了外墻外保溫系統(tǒng)的計(jì)算模型，擬定夏季熱雨和冬季供暖兩種工況，對比分析了改性聚苯板、普通水泥砂漿和�；�微珠混凝土三種不同外墻外保溫系統(tǒng)的隔熱性能。研究結(jié)果表明：改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)的隔熱性優(yōu)于普通水泥砂漿和�；�微珠混凝土外墻外保溫系統(tǒng);在夏天熱雨外部溫度最高時(shí)，改性聚苯板保溫層內(nèi)表面的溫度要比�；�微珠混凝土和普通水泥砂漿小約65%，外表面的溫度則要高約27%;在同樣的冬季室內(nèi)外溫差條件下滿足室內(nèi)供暖標(biāo)準(zhǔn)，改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)的能耗量比�；�微珠保溫系統(tǒng)減小73.7%，比普通砂漿保溫系統(tǒng)減小77.0%。

　　關(guān)鍵詞：外保溫系統(tǒng),改性聚苯板,玻化微珠保溫砂漿,普通水泥砂漿

　　隨著科技的不斷迚步，能源消耗量逐年增大[1]。目前，能源的粗獷式開發(fā)造成了不可再生能源的過度消耗和環(huán)境的惡化[2]，發(fā)展節(jié)能產(chǎn)業(yè)可以有效減小能源的消耗和保護(hù)環(huán)境[3]。建筑節(jié)能是節(jié)能產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，我國每年新增建筑面積17～18億m3，其中多數(shù)為高耗能建筑，其能耗占總能耗的30%以上[4]。提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能是建筑節(jié)能的關(guān)鍵之一[5]，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，墻體在采暖能耗中約占總能耗的三分之一，所占比例最大，因此改善墻體的保溫性能是重中之重[6]。

　　綜上所示，本文提出采用改性聚苯板設(shè)計(jì)外墻外保溫系統(tǒng)，建立改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)的熱力分析模型，在夏季熱雨和冬季供暖兩種工況下，對比分析改性聚苯板、普通水泥砂漿和玻化微珠混凝土的保溫特性。本文的研究成果可為建筑節(jié)能材料選取提供理論基礎(chǔ)。

　　1改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)

　　改性聚苯板是指對聚苯板迚行無機(jī)改性處理之后的復(fù)合材料，它具有優(yōu)良的保溫、防火性能。實(shí)際工程中一般將其作為保溫層附著在墻體基層外表面上，另外為提高保溫層的使用壽命或美化建筑裝飾，還需在保溫層外設(shè)計(jì)抗裂層(熱鍍鋅鋼絲網(wǎng)+抗裂砂漿)和飾面層(粘結(jié)砂漿+飾面磚)，由此構(gòu)成了改性聚苯板外墻外保溫墻體系統(tǒng)。

　　2數(shù)值模擬方案設(shè)計(jì)

　　2.1數(shù)值模擬模型

　　根據(jù)改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)的墻體構(gòu)造示意圖，本文采用FLAC3D建立改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)的熱力分析模型。熱力分析時(shí)，根據(jù)實(shí)際環(huán)境氣候條件，對墻體內(nèi)外表面分別施加不同的溫度和熱力交換系數(shù)。

　　2.2模擬工況

　　(1)不同環(huán)境氣候條件根據(jù)墻體的日常工作環(huán)境條件，本文設(shè)計(jì)了兩種最不利氣候條件：1)夏天熱雨條件。墻體內(nèi)溫度設(shè)計(jì)為恒溫25℃;墻體外表面溫度在上午7點(diǎn)至下午1點(diǎn)由25℃逐步提升到75℃，下午1點(diǎn)到下午3點(diǎn)為恒溫75℃，下午3點(diǎn)到4點(diǎn)遭遇暴雨由75℃降至20℃，暴雨后至第2天早上7點(diǎn)設(shè)計(jì)為恒溫25℃。2)冬天供暖條件。墻體內(nèi)溫度設(shè)計(jì)為恒溫25℃;墻體外溫度由凌晨2點(diǎn)至下午2點(diǎn)由-15℃逐步提升到-5℃，下午2點(diǎn)到第2天凌晨2點(diǎn)由-5℃又緩慢降至-15℃。

　　(2)不同保溫層材料為迚一步研究改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)的隔熱性能，本文對比設(shè)計(jì)了另外2種墻體構(gòu)造條件，第1種是將改性聚苯板保溫層替換為�；�微珠混凝土，另1種是將改性聚苯板保溫層替換為普通水泥砂漿。

　　3數(shù)值模擬結(jié)果分析

　　3.1夏天熱雨情況

　　熱雨情況下改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)各構(gòu)造層的溫度變化曲線。上午7點(diǎn)到下午2點(diǎn)這段時(shí)間，夏天太陽直照外面飾面層，導(dǎo)致飾面層外表面溫度隨時(shí)間急劇升高。同時(shí)，因抗裂層和飾面層導(dǎo)熱系數(shù)較高，改性聚苯板保溫層外表面和抗裂層外表面的溫度也隨時(shí)間與飾面層外表面溫度變化保持同步增長。但有一點(diǎn)需要說明的是，這段時(shí)間內(nèi)聚苯板的高度阻熱性能起到了非常好的效果，其內(nèi)表面溫度僅升高了3.2℃，是其外表面溫度變化幅度的7%，有效阻隔了墻體基層的熱量傳遞。

　　當(dāng)暴雨來臨時(shí)，抗裂層和飾面層溫度急劇下降至20℃，而保溫層和墻體基層溫度下降則相對有個(gè)滯后的過程。最終，夜晚來臨，墻體各構(gòu)造層溫度則基本都保持在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。夏天室內(nèi)外溫度差最大時(shí)墻體在不同保溫層構(gòu)造下的溫度分布圖。當(dāng)保溫層為改性聚苯板材料時(shí)，墻體外表面的溫度最高而內(nèi)表面的溫度最低，即此時(shí)，墻體的內(nèi)外溫差最大。同時(shí)，在保溫層位置，其墻體的溫度集中程度也要進(jìn)高于�；�微珠混凝土保溫層以及普通水泥砂漿情況。

　　夏天熱雨情況下，當(dāng)保溫層為改性聚苯板時(shí)，墻體基層內(nèi)表面的最高溫度為28.4℃，是玻化微珠保溫層情況的67.8%，是普通砂漿保溫層情況的63.6%;而飾面層外表面最高溫度為72.3℃，是�；�微珠保溫層情況的119.5%，是普通砂漿保溫層情況的123.4%。這意味著夏天熱雨最不利情況下，改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)的能耗量要比�；�微珠保溫系統(tǒng)減小81.3%，要比普通砂漿保溫系統(tǒng)減小83.6%。

　　不同保溫層構(gòu)造下保溫層內(nèi)外表面溫度隨熱雨循環(huán)時(shí)間的變化規(guī)律基本都保持一致。但改性聚苯板保溫層內(nèi)表面的溫度始終都要小于�；�微珠混凝土和水泥砂漿;而外表面溫度則在暴雨前大于�；�微珠混凝土和水泥砂漿，暴雨后反而要小于�；�微珠混凝土和水泥砂。當(dāng)室外溫度最高時(shí)，改性聚苯板保溫層內(nèi)表面的溫度要比�；�微珠混凝土和普通水泥砂漿小約65%，外表面的溫度則要高約27%。

　　3.2冬天供暖情況

　　可以看出，墻體基層內(nèi)外表面溫度均隨供暖時(shí)間的增長，其溫度逐漸升高并趨于定值;而保溫層、抗裂層和飾面層外表面溫度則隨室外溫度變化呈現(xiàn)周期性的同步變化規(guī)律。由此可見，改性聚苯板保溫層的存在隔絕了冬天外界溫度變化對室內(nèi)溫度的影響，起到了良好的隔熱保溫效果。冬天供暖情況時(shí)，不同保溫層構(gòu)造下墻體保溫層內(nèi)外表面的溫度變化曲線。

　　當(dāng)保溫層材料為改性聚苯板時(shí)，保溫層內(nèi)表面溫度則隨供暖時(shí)間增長而逐漸增大;而當(dāng)保溫層材料為�；�微珠混凝土和普通水泥砂漿時(shí)，保溫層內(nèi)表面溫度則隨室外溫度變化出現(xiàn)周期性的起伏變化，但�；�微珠混凝土的變化幅度要略小。對于保溫層外表面溫度，不同的保溫材料，其均出現(xiàn)相同的周期起伏變化規(guī)律，但改性聚苯板的變化幅度要大于�；�微珠混凝土，更大于普通水泥砂漿。

　　當(dāng)室外溫度最低時(shí)，改性聚苯板保溫層內(nèi)表面的溫度要比�；�微珠混凝土和普通水泥砂漿大約18℃，外表面的溫度則小約7℃�？梢�，改性聚苯板的使用對于提高墻體的隔熱保溫性能具有重大的作用。

　　4結(jié)論

　　本文提出了采用改性聚苯板設(shè)計(jì)外墻外保溫系統(tǒng)，建立了改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)的熱力分析模型，在夏季熱雨和冬季供暖兩種工況下，對比分析了改性聚苯板、普通水泥砂漿和�；�微珠混凝土的保溫特性，主要結(jié)論如下：(1)在夏季熱雨工況下，聚苯板的高度阻熱性能起到了非常好保溫效果，其內(nèi)表面溫度變化僅為其外表面溫度變化的7%，有效阻隔了墻體基層的熱量傳遞。(2)夏天熱雨外部溫度最高時(shí)，改性聚苯板保溫層內(nèi)表面的溫度要比玻化微珠混凝土和普通水泥砂漿小約65%，外表面的溫度則要高約27%，這表明聚苯板的保溫效果優(yōu)于�；�微珠混凝土和普通水泥砂漿。

　　(3)在冬季供暖工況下，保溫層、抗裂層和飾面層外表面溫度則隨室外溫度變化而同步變化。而墻體基層內(nèi)外表面溫度均隨供暖時(shí)間的增長而逐漸升高并趨于定值。由此可見，改性聚苯板保溫層的存在起到了良好的隔熱保溫效果。(4)在同樣的冬季室內(nèi)外溫差條件下滿足室內(nèi)供暖標(biāo)準(zhǔn)，改性聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)的能耗量比�；�微珠保溫系統(tǒng)減小73.7%，比普通砂漿保溫系統(tǒng)減小77.0%。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]郭海濤,趙婧,李瑞.2018年中國能源政策調(diào)整方向及重點(diǎn)研判[J].國際石油經(jīng)濟(jì),2018(2).

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　　建筑論文投稿刊物：《環(huán)境科學(xué)與管理》以促進(jìn)環(huán)繞科學(xué)、環(huán)繞保護(hù)與環(huán)保產(chǎn)業(yè)等行業(yè)的科技人員科學(xué)技術(shù)素質(zhì)的現(xiàn)代化為指針，以滿足環(huán)�？萍既藛T及環(huán)保企業(yè)一線人員更新知識(shí)，掌握新動(dòng)向，學(xué)習(xí)新技術(shù)，啟迪創(chuàng)造能力，開闊思維為辦刊宗旨，它已成為環(huán)境保護(hù)、科研及相關(guān)專業(yè)的企業(yè)和科研設(shè)計(jì)單位，高等院校師生的得力助手。

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