寒冷地区混凝土装配式建筑墙体热工性能分析研究

韩广成，周 红（天津建科建筑节能环境检测有限公司， 天津 300171）

装配式建筑由于较传统建筑具有节省能耗、设计安装效率高、对环境友好等优点，因此得到了国家的大力支持和推广[1]。与此同时，装配式建筑其拼装接茬部分无预制保温，容易形成散热热桥，因此其墙体的热工性能不能以传统的一维无限大墙体假设计算，应综合考虑热桥的影响[2]。本文通过模拟软件计算的方法，分析寒冷地区混凝土装配式建筑墙体热工性能特点。同时，针对装配式建筑在安装过程中容易忽略的建筑部位进行综合分析，为装配式建筑的施工和验收工作提供参考。

1 计算原理

在装配式居住建筑中，常见的热桥部位大多成线性分布，如墙体结构中的构造柱、圈梁等[3]。从整体来看，这些建筑热桥部位通常表现为温度和热流密度向一个方向变化远大于另一个方向。因此，可以将此种热桥看作是线性的，如此就可以用其垂直于某个平面（通常是多墙面）的断面图和其在该平面上的长度来描述这些热桥部位。由此展开分析，可以进而掌握整个热桥的热工状况[4]。

JGJ 26—2018《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》4.2 规定了围护结构热工设计的节能要求。其中， 4.2.3 指出：“外墙的传热系数是指考虑了热桥影响后计算得到的平均传热系数。平均传热系数的计算应符合现行国家标准 GB 50176—2016《民用建筑热工设计规范》的规定。”

一个单元墙体的平均传热系数可按式（1）计算。

外墙面典型结构性热桥如图 1 所示。

图 1 外墙面典型结构性热桥示意图

线传热系数计算公式如式（2）所示。

式中：Ψ—热桥线传热系数，W/(m2·K)；

2 计算结果及分析

2.1 混凝土装配式建筑外墙热工参数

本文以天津市某装配式居住建筑为研究对象。该建筑采用装配式钢架结构，为地上 18 F 住宅楼，无地下层。首层配电间层高 3.2 m，地上住宅各层层高均为 2.9 m。该混凝土装配式建筑外墙自室外向室内的层次分别为外墙板 50 mm 厚钢筋混凝土、带表皮挤塑聚苯板和内墙板 200 mm 厚钢筋混凝土。混凝土装配式建筑外墙热工参数如表1 所示。

表1 混凝土装配式建筑外墙热工参数

2.2 温度计算参数确定

天津市冬季供暖室外设计计算温度 te=﹣7.0 ℃。天津市冬季室外热工计算温度如表2 所示。依据 GB 50176—2016《民用建筑热工设计规范》，天津市冬季室外热工计算温度应根据不同围护结构的热惰性指标，按表2 取值。

表2 天津市冬季室外热工计算温度

2.3 外墙面典型热桥线传热系数计算

利用某建科院线传热系数计算软件 Ptemp 构造墙体结构。将各项参数代入，计算出外墙热桥各部分的线传热系数，外窗和墙角的温度分布和计算结果如图 2 和图 3 所示。

图 2 外窗侧口 W—WL(W—WR)

图 3 墙角 W—C

根据计算结果可以得出在装配式建筑的各种热桥结构中线传热系数由大到小依次为搁板、内隔墙、楼板 、墙角、女儿墙、外窗。因此，为保证建筑节能效果，应在线传热系数大的结构部位加强保温做法，同时在验收过程中重点核查相关部位施工质量。

2.4 不同朝向墙体综合传热系数计算与修正

求得各典型热桥结构的线传热系数后，其综合传热系数计算如（3）所示。同时根据 JGJ 26—2018《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》附录 B，混凝土装配式建筑外墙的平均传热系数也可按下式（3）计算。

式中：φq—混凝土装配式建筑外墙主断面传热系数的修正系数。

该建筑外墙的结构性热桥传热系数、平均传热系数和传热系数修正系数的计算结果如表3、表4 所示。

表3 混凝土装配式 80 mm 厚挤塑聚苯板建筑外墙平均传热系数计算结果(标准层)

表4 混凝土装配式 80 mm 厚挤塑聚苯板建筑外墙平均传热系数计算结果(顶层)

由表3、表4 可知，对装配式居住建筑综合传热系数影响的程度由大到小为内隔墙、楼板、外墙角、外窗、屋顶。各热桥传热系数与综合传热的比值如图 4 所示。

图 1 试验房及参比房内外墙温度

图 4 各热桥传热系数与综合传热的比值

3 结 语

（1）装配式建筑的构造中，搁板、内隔墙、楼板和墙角的线传热系数较大，而且热桥的存在增大了建筑物的耗热量。因此，在设计及施工阶段应充分考虑，采取合理的保温措施降低其不利影响。

（2）装配式建筑外墙综合传热系数的修正系数均在 1.2 以上。因此，在进行建筑热工性能检测时，应在常规测量的基础上，通过相关计算软件分析结构性热桥产生的修正系数，以保证测量结果的准确性。