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外墙内外保温性能的研究

 期刊栏目:工作研究     更新时间:2015-09-21 15:17:11     浏览: 673 次

外墙内外保温性能的研究

 

张竞一  兰鑫2  指导教师 张豫川

兰州大学,甘肃省 兰州市  730107

 

摘要:研究外墙内保温和外保温在传热性能上的差异,用ansys软件建立一个简单的框架模型,分别做出保温层在外墙内和保温层在外墙外的不同热量传递图,并基于热量传递图进行以下分析:1、总的传热差值在不同起始室外温度下的变化。2、具有不同热传导系数的不同材料在内外保温时的热量变化差异。并结合上述分析对不同气候环境下的保温措施提出意见。

关键字:外墙内保温;外墙外保温;导热系数;传热 

1、引言:

建筑节能是本世纪我国建筑业的一个重要的课题,而发展内外墙保温技术及节能材料则是建筑节能的主要实现方式。此次国家创新项目,我们将对内外两种保温形式建立模型,从传热性的角度进行理论对比分析。

2、研究背景及发展现状:

人们生活质量大幅提升的社会,对结构物的要求已经不仅仅局限在稳定性上,对节约能源与保护环境的需求更为强烈,基于此,墙体内外保温技术的合理改进极为重要。

3、理论分析过程:

3.1内保温和外保温的优缺点比较:

经过一些考察和资料查阅,首先对内外保温的优缺点进行一个简单的对比。

(一)外保温

优点:

1.“热桥”指的是在内外墙交界处、构造柱、外墙与楼板、外墙角、框架梁、门窗洞口以及屋顶与外墙交界等部位,在室内外温差的作用下,形成热流相对密集、内表面温度较低的区域。对于内保温而言,大部分“热桥”是不可以处理的。而外保温结构中导热系数相对低的保温材料将建筑全面包覆起来,从而消除了“热桥”。  

2.正是由于外保温材料的保护,蒸汽一般很难渗入主体结构墙体,从而使其不会发生冷凝现象,墙体的潮湿情况因此得到改善。同时,外保温墙体蓄热能力较大的结构层在保温层内侧,因此当室内受到不稳定热作用时,墙体结构层可以吸收或释放热量,从而有利于保持室温稳定。

3.外保温材料可以提高墙体的防水功能和气密性,同时缓冲了因温度变化导致结构变形产生的应力,也避免了外界恶劣气候条件对结构的破坏,起到保护主体结构延长了其使用寿命的作用。

缺点:

1.由于室外施工,受气候条件影响大,所以需要搭设脚手架,施工难度大。

2.被隔热体系被置于外墙外侧的外保温层,直接承受来自自然界的各种影响,比如刮大风时常常吹落保温层,出现开裂空鼓等质量问题。因此,它对外保温层的耐久性,材料和施工要求高,因此增加了建筑整体造价。

(二)内保温

优点:

1.由于室内施工,受气候影响小,而且内保温材料被楼板所分隔,又仅在一个层高范围内施工,所以不用搭设脚手架,对建筑外墙垂直度要求也不高,因而施工速度快、成本低。 

2.同时,它对饰面和保温材料的防水、耐候性等技术性指标的要求不高,取材方便。

缺点:

1.由于内保温不能隔断梁、横墙与柱子在墙体中形成的热桥,因而不可能杜绝由于热桥存在而带来的热损失,保温隔热性能差。同时,由于热桥保温处理困难,易出现冷凝、结露现象。而结露水的浸渍或冻融极易造成保温隔热墙面发霉、开裂,使墙体变形,影响耐久性和舒适度。

(三)总体保温隔热性能方面比较:

外保温墙体内部所受到的温度应力要比内保温小,因为当采用外保温时,室外的热流和冷气被保温材料都被拦截在室外,从而使得主体墙受室外空气温度的影响较小;而内保温不能室外的热流和冷气被保温材料拦截在室外而进入墙体内部,因而墙体所受温度应力大,相应的保温隔热性能差,易于产生裂缝。在热桥部位处理上,前已提及,外保温能够消除热桥,而内保温基本不能够消除热桥,这就大大降低了内保温墙体的保温隔热性能。               

可以看出,在保温性能上,外保温明显高于内保温,因此对于实验结论可以有一个初步预测。但在墙外起始温度不同的情况下,外保温所增加的保温热量有多大。也就是说,在寒冷北方地区,温度较温和的地区,和南方夏季高温地区,内保温和外保温差异究竟有多大,在什么温度范围内的内外保温效果差别不大,不同材料又是否有什么变化,以下是递进的分析过程。 

3.2保温层起到的作用有多大:

在实验的初期,首先用一面墙为例,分析保温层的有无引起的热量变化情况。我们选取起始温度为25度,历经24小时,看一面墙的温度传递情况。

 

 我们得到以下几点

1)有保温层的热量损失明显低于没有保温层,可见保温措施的重要性。

2)有保温层的模拟墙体在初期温度变化缓慢,而当穿越保温层后温度变化加快  ;没有保温层的墙体在初期变化速度快,而后期内外温差减小,变化速度相对缓慢。

3.3.1外墙内外保温在起始室外温度不同情况下的保温差异(同种材料下)

首先我们的基本参数设置为:以eps保温板为保温材料,起始室内温度统一为恒量20度,历时4小时。在此情况下,以零下10度为最低温度,零上30度为最高温度,测量了:-20,-101015 ,  25,  30几个室外温度下内外保温的墙体温度变化(由于室内外同为20度时无法分析,所以跳过20度。)

以零度内外保温差异热量图为例:

 

室外0度时候内保温热量变化

                    室外0度时候外保温热量变化

 

内保温24小时内温度变化

 

外保温24小时内温度变化

其他温度时候截止温度变化见表格:

室外温度

内保温室内温度

外保温室内温度

该温度下内外保温差值

20

7.183

18.428

11.245

10

10.387

18.821

8.434

0

13.591

19.214

5.623

10

16.796

19.607

2.811

15

18.398

19.834

1.436

25

21.602

20.166

1.436

30

23.204

20.393

2.811

从表格中我们可以看出以下几点

1)和外墙内保温相比,无论在何种温度下,外墙外保温的保温隔热性能都明显高于外墙内保温,而且室内外温差越大,差异越明显。

2)在 零上10到零上30度,内外保温差异已经缩小为少于三度。

3)内保温24小时内温度变化为曲线,而外保温区域斜率不变的直线(除起始部分)

 

3.3.2外墙内外保温的差异(不同种材料下对比)

目前市场上常用的保温材料有等,不同的保温材料具有不同的导热系数,我们又以xps导热系数为差异进行了是外-20度室内20度时候的情况,进行了如下对比。

 

Eps

Xps

内保温

7.183

7.281

外保温

18.428

18.671

    可以看出虽然差异不大,但是xps保温性能稍好一些

4、结论

内保温和外保温各有其优缺点,所以在选择保温模式时候应该按照具体不同情况选择不同保温措施,因此我们给出如下的参考意见。

在不考虑气候,湿度,施工难度等因素的影响下,单纯的以保温隔热的效果来看我们建议采用外墙外保温的保温模式,因为它的包覆面大,保温效果明显。

但是介于上述分析过程中体现的外墙外保温存在的一些弊端和施工难度,我们提议,在四季温差不大,室内外温差不大的气候环境下,鼓励提倡外墙内保温的保温措施,尤其是南方潮湿地区,保温层容易受到腐蚀破坏,此时采用外墙内保温模式是对保温层的一种保护。此外,xpseps保温性能差异不大,因此可按建筑特性和材料特性选择,而不必考虑保温差异,此处不做研究。

参考文献:

1,《外墙的内、外保温优劣》.何禹(中国新兴建设开发总公司,北京 100143


 

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