自20世紀80年代起至今，我國陸續頒布并實施了一系列建筑節能設計標準，標準涵蓋了居住建筑及公共建筑。隨著節能要求的不斷提高，建筑節能設計標準對圍護結構的熱工性能要求也不斷提升。作為圍護結構的重要組成部分，外墻的熱工性能提高對建筑節能的貢獻至關重要。集保溫與裝飾于一體的干掛式外墻保溫裝飾一體板保溫系統，由于具有裝飾效果美觀、施工效率高、維護成本低、完全干式施工等優點，近年來越來越多地應用于各類建筑的外墻保溫中。如何有效確保及改善其保溫性能，是應用此種保溫體系時需要考慮的問題。
近年來有學者對保溫裝飾一體板外墻保溫系統性能進行了多方面的研究。徐樂對此保溫系統的材料性能要求進行了研究，提出了保溫系統和主要材料的性能的具體參數要求，并提出了設計及施工中的注意事項。
1 石材保溫一體板外墻保溫系統概述
本文所研究的保溫裝飾一體板外墻保溫系統，是將保溫裝飾板用復合材料龍骨固定在建筑外墻面上，形成的由保溫板、空氣間層、建筑物基墻組成的外保溫系統。
保溫裝飾一體板( 以下簡稱“一體板”) ，是由鋁板、聚氨酯及鋁箔通過熱壓而制成的。一體板的外表面層是經輥壓制成制規定紋理的 0. 5 mm 厚的鋁板，鋁板面層進行表面聚酯漆或氟碳漆表面處理。一體板的內表面是 0. 06 mm 厚的鋁箔。一體板的保溫芯材為聚氨酯硬質泡沫塑料。2 研究中遇到的技術難題及解決方案
一體板是由保溫材料和包裹其周圍的鋁板和鋁箔構成，平行于熱流方向的鋁板處形成了明顯的熱橋，此結構屬于非勻質復合圍護結構。GB 50176—2016《民用建筑熱工設計規范》中規定了有兩種以上材料組成的、二( 三) 向非勻質圍護結構熱阻的計算方法。對于二( 三) 向非勻質圍護結構，當相鄰部分的熱阻比值小于等于 1. 5 時，上述規范給出了熱阻值的解析解———按照“面積加權法”計算熱阻。解析解形式簡單，便于手工計算，然而這種“面積加權法”熱阻計算方法并不適合本文所研究的一體板熱阻計算。一體板中鋁板、鋁箔和保溫層熱阻差異巨大，如按照“面積加權法”計算一體板熱阻，則會與實際值產生較大的偏差。為解決“面積加權法”的不足，GB 50176—2016《民 用 建 筑 熱 工 設 計 規范》，對于相鄰部分的熱阻比值大于 1. 5 的非勻質復合圍護結構熱阻的計算方法做了另行規定。該規定需通過計算機數值模擬的辦法，計算出圍護結構的傳熱系數，進而計算出其熱阻。
解決傳熱問題通常使用 3 種方法: 解析法、數值法、實驗法。由上述分析可知，對于本文研究的一體保溫板的熱阻值已不能按照“面積加權法”得到解析解，只能通過計算機數值模擬的方法或實驗的方法進行研究。筆者就以實驗測試為主，并輔以計算機模擬的方法來解決一體板熱阻的求解及保溫性能的優化
3 檢測原理及檢測裝置
1 檢測原理
按照 GB /T 13475—2008《絕熱、穩態傳熱性質的測定 標定和防護熱箱法》所規定的標定熱箱法進行檢測。標定熱箱法的原理是: 測定熱箱內電加熱器所發出的通過試件的熱量及試件冷、熱表面的平均溫度差，計算出試件的熱阻及傳熱系數。通過試件的熱量是通過測量熱箱的總輸入功率、經過標定的箱壁熱損失和側面迂回熱損失而得到的［5］。試件的傳熱系數按照式( 1) 得出:
4 測試方案
由于一體板之間的連接處存在明顯的熱橋，熱橋部位的熱流會明顯高于一體板的主體部位的熱流，且熱橋部位的溫度也會與主體部位的溫度有差別。因此，是否能準確測定通過一體板的熱流以及是否能解決一體板表面的平均溫度的測定問題，就成為能否準確檢測出一體板板保溫系統傳熱系數或熱阻的關鍵所在。1 熱流的準確測量
由于檢測使用的是標定熱箱法，計量的是經標定后熱箱的功率，測得的熱流就是通過整個試件的熱流，克服了熱流計法“以點代面”測熱流的不足之處。所以標定熱箱法解決了準確測定通過一體板熱流的問題。
2 表面平均溫度的準確測量
在一體板達到熱平衡時，用紅外熱像儀拍攝一體板試件的紅外熱像圖。根據紅外熱像圖的溫度分布，確定熱橋的影響區域，布置表面溫度測點。例如，根據所拍攝到的紅外熱像圖，如果熱橋區域與主體區域的面積比例為 1∶5，那么我們就分別在熱橋部位和主體部位布置溫度測點，并且熱橋測點數和主體部位布置溫度測點數為 1∶5。這樣就解決了一體板表面平均溫度的準確測定問題。
5 保溫系統保溫性能的測定
經測定，保溫一體板內的聚氨酯導熱系數 0. 021 W/( m·K) 。因此，40 mm 厚一體板主體部位的熱阻應為 1. 90 ( m2·K) /W。
將一體板按照圖 1 的方式連接，經標定熱箱法測定，保溫系統的總熱阻值為 0. 93 ( m2·K) /W，遠小于一體板主體部位的熱阻。圖 3 為保溫系統熱側表面的紅外圖像。由此圖可以看出，一體板連接處存在明顯的熱橋。使用傳熱分析軟件 PTemp 對一體板保溫系統進行傳熱模擬。模擬結果顯示，保溫系統的總熱阻值為 0. 98 ( m2·K) /W，與實驗測試結果吻合。圖 4為計算機模擬的一體板保溫系統剖面的溫度分布。6 保溫系統保溫性能的優化
由上述檢測結果可知，熱橋的存在使得一體板保溫系統的熱阻值大大降低。為了削弱熱橋對石材保溫一體板保溫系統保溫性能的影響，兼顧到不改變一體板的生產工藝和方便其施工安裝這一原則，提出以下優化措施:
1) 斷開一體板內表面鋁箔和鋁板的連接，或者用其他導熱系數小的材料代替鋁箔;
2) 在一體板板內側鋁板與建筑物基墻之間的空氣間層內添加 60 mm × 25 mm( 寬 × 厚) 的保溫材料條，以減小熱橋的影響。
采用上述改進措施后，再次測得一體板保溫體系的總熱阻值為 1. 72 ( m2·K) /W，傳熱系數為0. 58W / ( m2·K) 。改進后熱阻值較改進前增加 86% ，保溫性能有大幅度提升。改進后的保溫系統熱側表面的紅外圖像如圖 7 所示。
對比圖 2 及圖 7，可以看出改進后熱橋的影響范圍及影響程度明顯減弱。
7 氣密性能對保溫系統性能的影響
為了研究氣密性對石材保溫板保溫系統的影響，做了如下對比實驗: 把試件與試件架之間的密封材料撤去，留出大約 5 mm 寬的縫隙，使一體板與基墻之間的空腔里的空氣能通過此縫隙與冷箱的空氣相通，其余實驗條件與第 5 節完全一致。用此工況模擬由于現場施工不當等原因，導致保溫系統氣密性得不到保障的情況。測得保溫系統的總熱阻值為0. 61 ( m2·K) /W。保溫系統總熱阻降低 34% 。由此可見，系統的氣密性對一體板保溫體系的保溫性能有較大的影響。
8 結 論
本文介紹了石材保溫一體板外墻保溫系統的保溫性能的測試及優化過程，通過數值模擬、實驗室測試得到如下結論:
1) 影響保溫裝飾一體板外墻保溫系統保溫能力的 2 個最主要因素為: a) 一體板的保溫性能; b)一體板保溫系統的密閉性能。應從這兩個方面采取措施來提高一體板保溫系統的保溫能力;
2) 為了提高保溫裝飾一體板外墻保溫系統的保溫能力，筆者提出了保溫裝飾一體板的改進措施:a) 斷開一體板內表面鋁箔和鋁板的連接，或者用其他導熱系數小的材料代替鋁箔; b) 在一體板內側鋁板與建筑物基墻之間的空氣間層內添加 60 mm × 25mm( 寬 × 厚) 的保溫條，以減小熱橋的影響。改進后的保溫系統總熱阻與改進前相比，總熱阻增加86. 2% 。
3) 一體板保溫系統的密閉性對其保溫能力有著重要的影響。在施工過程中，應高度重視一體板、橫向龍骨與基墻連接的嚴密性。
標簽： 外墻
