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对夹心保温外墙系统“冷热桥”的再认识（终稿）.pdf

对预制混凝土夹心保温外墙板热桥影响的再认识

谷明旺 （深圳市现代营造科技有限公司518000） 前言： 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）技术开始在国内兴 起并迅速普及，保温拉接件是制作夹心保温外墙板的关键产品。拉结件在与内、外叶墙板混 疑土共同工作时，除了要求具有足够的承载能力和耐久性能以外，还需要具有很低的导热系 数，以降低外墙板热桥的影响。常用的保温拉接件有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很大的差异。 经常有技术人员提出“拉结件的截面积很小，因此热桥影响可以忽略不计”和“南方地 区不需要夹心保温外墙”的观点，这是真的吗？笔者结合美国的研究资料，以及国内的相关 检测报告，分析金属和非金属保温拉结件热桥对外墙板损失率问题，以及怎样从技术上消除 热桥，实现本质上的节能。 关键词：预制混凝土夹心保温外墙板、保温拉接件、热桥损失率

一、热量传递和热桥的基本概念

热传导有传导、对流、辐射（包含反射）三种方式。在建筑中，室内外的能 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术要求，如屋顶、外墙、门窗的密闭性、隔热性、热 福射性等。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%， 而外墙所占比例又很大，成为建筑热量交换的主要媒介，且主要以传导方式为主， 因此，提高建筑外墙的热阻值（或降低外墙的热传导系数）可以阻止和减缓建筑 室内外的热交换。 人类在室内生活工作的适合温度为16~25℃左右，当夏天温度较高和冬季温 度较低时，为了保持室内的舒适性，往往需要输入能量进行制冷和供暖来调节温 显度。如果外墙的保温或隔热性能不好，就会提高建筑能耗。据统计，我国建筑 消耗了社会能源的45%左右，节能空间很大，提高墙体的热阻对于建筑节能意义 重大。 2、墙体传热性能热工指标之间的关系

在民用建筑的外墙节能中，墙体的传热系数是衡量保温隔热性能的关键指标 之一，不同的材料具有不同的导热系数，材料导热系数越低表示在材料中热量传 递越缓慢，一般来说外墙都是由多层不同的材料构成，因此墙体的传热性能用传 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）代表保温隔热性能越好。相反地，R值越低（K值越高）代表保温隔热 生能越差JB／T 10770-2019 真空技术 液环真空泵验收规范.pdf，建筑工程在外墙节能上的投入，可以理解为花钱提高墙体的热阻，是 为了创造长期的节能效益；在各层墙体所用材料和构造的厚度确定以后，墙体的 传热系数和热阻值可以通过计算获得，其传热性能指标也可以通过实验进行检 测。

在实际工程中，由于建筑构造的要求，墙体由多种不同材料的层片组成，如 承重层、保温层、装饰层组合成为一道墙体，多层构造之间需要通过拉结件（或 称为“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 获得受力的支撑，就会穿过墙体的保温层，穿过的部位就成为联通室内外的“桥”， 尽管保温层隔绝了大部分的室内外构造，提高了墙体的热阻，但是这些“桥”就 成为了室内外热量交换的热桥。局部的热桥就像一个装水的玻璃杯上被开了孔洞 样，会使水流干，只是墙体中热桥的存在所导致的能量流失过程难于直接观察， 也难以分析计算和检测，因此很容易被人忽视，事实上对墙体的热工性能影响很 大。 热桥的存在不但会降低墙体的热阻，导致长期的能耗损失，同时在一定温差 和湿度条件下，会导致室内空气中的水分冷凝结露，甚至结霜，导致霉菌生长 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。

告件的导热性能对夹心保温外墙板热工性能

属和GFRP材料拉结件热桥损失率的

2、对金属和GFRP材料拉结件热桥损失率的分析 众所周知，GFRP是由玻璃纤维和高分子树脂制成的复合材料，其导热性能 介于玻璃和塑料之间，导热系数为0.4W/m.K左右，不锈钢材料的导热系数为 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50OW/m.K 左右，因此更不能用作制造保温拉接件的材料

表1不锈钢拉接件和GFRP拉结件夹心保温外墙板热工性能对比

对比两个实验报告的测试数据可以发现，虽然采用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，墙板的热工性能下降了30%之多，这似乎 很难让人理解。大多数的人都会认为：保温材料只是被拉结件占去了不到0.029 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？其实道理很简单，用保温材料来隔绝热量交换，类似于我们用杯子盛水一 样，热桥就相当于在底部开了“小孔”，由于水流损失是持续的，即使小孔的面 积不到杯子表面积的1%，也可以让杯子里面的水流光。而且墙板混凝土的表面 积很大，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 彦语“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，采用不锈钢保温拉结件，比GFRP的热工性能下降了30%，在国 内对建筑节能要求越来越高的情况下，这30%的节能差距不容小。 3、美国试验研究的简介。 美国0akRidge国家实验室建筑技术中心在2001年对不同构造的夹心保温 外墙板进行了热工性能检测，用于研究墙体热性能受连接墙体两层混凝土的金属 或者纤维复合连接器影响，并发布了研究报告（图5）

国OakRidge国家实验室建筑技术中心检测场景

5美国OakRidge国家实验室建筑技术中心检测

图6研究报告测试结果数值的附表

保温厚度和拉结件连接方式情况如表2： 表2各测试墙板保温厚度及拉结件情况汇总表

2各测试墙板保温厚度及拉结件情况汇

置进行测试，该测试方法的测量误差约为8%。

置进行测试，该测试方法的测量误差约为8%。 （2）夹心保温外墙板的稳态和动态热箱测试结果对比 此试验研究中，1#~4#测试墙板的混凝土和保温厚度均一致，只是使用的保 温拉接件形式不同，也就是所形成的热桥与差别，通过测试结果可以对比反映不 司的拉结件所形成的热桥损失，由于美国使用F和ft、Btu作为温度和尺寸、热 量单位，为了方便国内读者参考，根据其试验检测结果，翻译和换算结果摘录如 下表 3（1h.f.2.°F/Btu=0.1761m.K/W）

表3各测试墙板热阻测试结果对比表（小数点后保留两位）

在以上表格中，我们假定采用GFRP保温拉结件的1#墙板热阻值为100%：2# 墙板采用了碳钢拉接件，导致墙板热阻下降25%；3#墙板采用混凝土肋穿过保温， 导致墙板热阻下降40%；4#墙板同时采用碳钢金属拉结件和混凝土肋穿过保温， 导致墙板的热阻下降50%。 从以上试验检测结果可以看出，金属拉结件和混凝土穿过保温板时，虽然所 形成的热桥面积只有墙板面积的0.0250.26%，也会导致墙板的热工性能下降 25%50%，墙板的热阻值就是人们花钱所购买得到的保温隔热性能，如果保温拉 接件设计有问题，一旦形成了热桥就会极大地降低墙板热工性能，不但损失了投

资成本，还会造成长期的能源浪费，因此，在进行建筑节能设计时，不能够忽视 热桥的影响。 4、夹心保温外墙热桥损失对节能设计的影响分析 通过前面两个检测报告的对比以及美国对夹心保温外墙板热桥试验研究的 报告可以看出，热桥的存在会导致墙板热工性能指标下降，为了满足正常的建筑 节能要求，在对夹心保温外墙板设计时，应该注意哪些问题？ 首先，应该重视保温拉接件的选型。根据常识，金属材料具有较高的导热性 能，应该尽量选用导热系数较低的GFRP保温拉接件，有利于彻底消除热桥。 如果采用金属材质制作的保温拉接件，应尽量选用导热系数较低的不锈钢材 料，可以比普通碳钢减少1/2~2/3左右的热桥损失。 其次，阳台和空调板由于受力要求，钢筋和混凝土往往要穿过夹心保温外墙， 也会形成较大的热桥，当室内外温差较大时，甚至会引起局部冷凝结露或墙体发 霉，应该采取措施进行治理。通过以上分析，只要有不到3%的墙板保温缺失， 形成的内外混凝土联通，就会使墙板的保温性能下降40~50%，一般阳台和空调 板的热桥面积分别占墙板的6~7%和2%左右，必须引起重视Q／GDW 10731-2016 10kV有载调容配电变压器选型技术原则和检测技术规范.pdf，应该采取措施避免 联通桥对墙板的保温性能影响，如采用哈芬的阳台断桥连接器，隔绝阳台板与室 内的热交换（见图7）。必要时，也可以将空调板改为不锈钢室外支架，直接挂 装在外叶墙上，既轻便也有利于施工，并节省造价。

图7德国哈芬的热断桥阳台构造 另外，通常门窗洞口部位往往是墙体热阻的薄弱环节，容易形成热桥。对夹 心保温外墙板的设计，应该用保温材料完全阻断内外层混凝土的连接。除了门窗 的节能性达标以外，门窗洞口的构造方法非常重要，夹心保温外墙板的内外表面 温度不同，因此产生的热胀冷缩也有差异，应该用保温层完全隔开，如果在洞口 部位把混凝土联通，不但会存在严重的热桥，同时也无法避免联通桥混凝土的开 裂，上海地区大量三明治外墙曾经采用钢筋混凝土封边，所出现的问题也证实了 这二点，因此设计时应该尽量避免室内外混凝土联通

三、采用不同类型拉接件的夹心保温外墙板热桥对比计算分析

三、采用不同类型拉接件的夹心保温外墙板热桥对比计算分析

xx公司新建工程施工组织设计图8美国Thermomass的门窗洞口构造做法

假设有三个实心山墙的尺寸均为3600*2800mm，采用200厚混凝土内叶墙 +50厚XPS+50厚混凝土外叶墙”构造的夹心保温外墙，如果分别采用Thermomass 载面5*10mm的GFRP保温拉结件和截面直径8mm不锈钢保温拉接件、碳钢拉结件 制作，布置间距均为500*600mm，试分别计算三个墙板的热阻值和热桥造成的热 阻值损失率。（导热系数取值：混凝土为1.28W/m.K，XPS为0.03W/m.K，GFRP 为0.4W/m.K，不锈钢为17W/m.K，普通碳钢为48W/m.K。） （1）GFRP夹心保温外墙板的热工性能指标计算