四川建筑自保温墙体热工性能技术导则

'建筑自保温墙体热工性能技术导则编写单位：四川省建筑科学研究院四川省建材工业科学研究院四川省建设厅科技发展中心22 前言外墙自保温系统是节能建筑在外墙保温系统中的一种类型，特别是在夏热冬冷及温和地区，研发应用外墙自保温系统更具适用性和可行性。对四川地区建筑自保温墙体材料生产应用的现状调查结果表明，在四川省研究开发和推广应用建筑自保温墙体材料用于墙体自保温系统工程中，不仅符合本地区的实际情况，而且也具备有自然资源丰富、技术条件成熟和工程应用范围广的良好基础。但同时也存在自保温墙体材料定义不明确，热工性能数据不确切，配套材料及应用技术不完善等问题。为指导和推动四川地区建筑自保温墙体材料的生产应用，做到技术先进、性能可靠、使用合理，有必要对自保温墙体的定义、热工性能指标、技术要点及检测技术提出相关的要求，本导则就是适应这一要求编制的。本导则包括总则、术语、热工性能指标及技术要点四部分，由四川省建设厅负责管理，四川省建筑科学研究院负责具体内容解释。若有意见和建议，可反馈给四川省建筑科学研究院建筑节能研究所（地址：四川省成都市一环路北三段55号，邮编：610081，电话：028-83371476-81，邮箱：yuzhongc@yeah.net），以供今后修改和完善时参考。22 本导则编写单位：四川省建筑科学研究院四川省建材工业科学研究院四川省建设厅科技发展中心22 目录1总则52术语63热工性能指标74技术要点10条文说明1122 1总则1.0.1为指导和推动自保温墙体材料的研发应用，促进墙体自保温系统的发展，做到技术先进、性能可靠、使用合理，制定本导则。1.0.2本导则适用于四川省夏热冬冷及温和地区的相关企业在结合本地区实际情况研发应用自保温墙体材料，和使用单位在选择自保温墙体时，应明确的热工性能技术要求。1.0.3自保温墙体材料的研发应用应在本地区建设行政主管部门的指导和支持，以及相关科技部门的协作、配合下进行。1.0.4除自保温墙体材料的热工性能指标应符合本导则表3.2的要求外，自保温墙体材料的产品质量及构成墙体的物理力学性能和在墙体自保温系统工程中应用的施工及质量验收，均应符合现行国家、行业和四川省地方相关技术标准的规定。22 2术语2.0.1自保温墙体材料具有良好热工性能，且构成的墙体主体符合建筑自保温墙体热工性能指标的墙体材料。2.0.2建筑自保温墙体由自保温墙体材料构成的符合建筑自保温墙体热工性能指标的墙体主体。2.0.3墙体自保温系统在建筑墙体主体两侧不复合保温系统，墙体主体部位的传热系数（Kp）能满足建筑所在地区现行建筑节能设计标准规定的墙体平均传热系数（Km）限值的墙体构造系统。2.0.4墙体主体部位墙体中除结构性冷（热）桥以外的部位，如砖混结构体系建筑中的承重墙墙体部位，框架结构体系建筑中的填充墙体部位。2.0.5结构性冷（热）桥部位墙体中的钢筋混凝土、混凝土或金属梁、柱等保温薄弱、热流密集、热（冷）损耗大的部位。22 3热工性能指标3.1自保温墙体的热工性能指标用自保温墙体热阻或自保温墙体当量导热系数来表征。3.1.1自保温墙体热阻（R）自保温墙体热阻是表征自保温墙体材料构成的墙体自身，在稳定传热条件下阻抗热传递的能力，用符号R表示，单位为(m2·K)/W。由板材构成的自保温墙体热阻R，可用板材的热阻表征；由块材砌筑成的自保温墙体热阻R，应以砌体的热阻表征。自保温墙体热阻R是墙体热工节能设计计算中一个必要的热物理参数，应按现行国家标准《绝热稳态传热性质的测定标定和防护热箱法》GB/T13475规定的试验方法测定。3.1.2自保温墙体当量导热系数（λe）自保温墙体不是由单一材料构成，不能用其组成材料的导热系数λ表征墙体在稳定传热条件下的热传导性能，只能用构成墙体后通过墙体热阻R的试验测定计算出一个相当的导热系数值表征，称之为当量导热系数，用符号λe表示，单位为W/(m·K)。自保温墙体当量导热系数λe也是墙体热工节能设计计算中一个必要的热物理参数，可用（3.0.1）式计算求出。22 λe＝δ/R（3.0.1）式中，λe——自保温墙体当量导热系数[W/(m·K)]；δ——自保温墙体的厚度（m）；R——自保温墙体热阻[(m2·K)/W]，由试验测定。3.2自保温墙体的热阻R或当量导热系数λe应符合表3.2的限值要求。表3.2自保温墙体热阻R或当量导热系数λe限值建筑性质结构体系墙厚(mm)夏热冬冷地区温和地区R(m2·K)/WλeW/(m·K)R(m2·K)/WλeW/(m·K)居住建筑砖混结构体系240≥0.56≤0.43≥0.31≤0.77框架结构体系200≥0.56≤0.36≥0.31≤0.65240≥0.56≤0.43≥0.31≤0.77框剪结构体系200≥0.51≤0.39≥0.31≤0.65240≥0.51≤0.47≥0.31≤0.77公共建筑砖混结构体系240≥1.17≤0.21≥0.52≤0.46框架结构体系200≥1.29≤0.16≥0.50≤0.40240≥1.29≤0.19≥0.50≤0.48框剪结构体系200≥1.30≤0.15≥0.44≤0.46240≥1.30≤0.19≥0.44≤0.55注：1、墙体热阻未包括两侧抹灰层的热阻。2、自保温墙体当量导热系数λe为实22 测值，热工计算中取修正系数a=1。3、墙体平均传热系数Km按现行地方标准《四川省居住建筑节能设计标准》DB51/5027中附录B.1的规定进行计算。3.3结构性冷（热）桥部位的传热系数Kb应符合表3.3的限值要求。表3.3结构性冷（热）桥部位的传热系数Kb限值结构体系Kb，W/(m2·K)夏热冬冷地区温和地区居住建筑公共建筑居住建筑公共建筑砖混结构≤2.0≤1.8≤2.0≤1.8框架结构≤1.8≤1.6≤2.0≤1.6框剪结构≤1.6≤1.4≤2.0≤1.422 4技术要点4.0.1充分利用地方的建材和技术优势，通过合理的砖、块、板型设计和复合技术，提高自保温墙体材料的热工性能。4.0.2以系统工程概念从自保温墙体材料构成的墙体及墙体与结构构件形成的整墙体两个整体性考虑，研发应用配套材料和构造技术，提高建筑自保温墙体和墙体自保温系统的热工性能及抗裂防水性能。4.0.3自保温墙体的热惰性指标设计值Dde可用（4.0.3-1）、（4.0.3-1）式计算。Dde＝R（4.0.3-1）＝0.51√ρ。λeCm（4.0.3-2）式中，R——自保温墙体热阻[(m2·K)/W]，由试验测定；——自保温墙体的平均蓄热系数[W/(m2·K)]，亦可按《民用建筑热工设计规范》GB50176-93中附录二之（二）进行计算；ρ。——自保温墙体干密度(kg/m3)；Cm——自保温墙体平均比热容[W.h/(kg.K)]。22 条文说明1总则1.0.1阐明编写本导则的目的。墙体自保温系统是节能建筑墙体保温隔热系统中的一种类型，特别是在我省地域面积较大、人口稠密、社会经济发展快和建筑节能工作开展较早且取得一定成效的夏热冬冷地区，采用自保温墙体材料作外墙保温系统，不仅符合国家建筑节能、保护环境的政策导向，而且符合四川地区特点和现实情况。为促进四川地区建筑自保温墙体材料在节能建筑墙体自保温系统中的应用，四川省建设厅于2007年6月，向四川省建设科技发展中心及四川省建筑科学研究院共同下达了《建筑自保温墙体研究》项目，该项目已于2009年4月28日由四川省建设厅组成项目验收专家组通过评审验收。2007年，成都市墙体节能办牵头开展的《自保温隔热围护结构系统和新型墙材的关键技术开发研究与示范》科研课题被列入《成都市“十一五”科技发展规划重大专项实施计划》。研究项目的负责单位对四川地区建筑自保温墙体材料生产应用的现状调查结果表明，在四川地区研究开发和推广应用自保温墙体材料用于墙体自保温系统中，不仅符合本地区的实际情况，而且也具备有自然资源丰富、技术条件成熟和工程应用范围广的良好基础，但同时也存在自保温墙体材料定义不明确；热工性能数据不确切，试验测定技术不规范；配套材料及22 应用技术不完善；设计、使用单位无法及时选择应用等问题。为此，需要编写一本技术指导性文件，以指导和推动四川地区建筑自保温墙体材料的生产和应用，做到技术先进、性能可靠、使用合理。本导则就是适应这一需要编写的。1.0.2阐明本导则的使用范围，一是地区：夏热冬冷及温和地区；二是使用对象：研发应用自保温墙体材料的相关企业和使用单位；三是用途：明确主要的技术要求，包括术语、热工性能指标和技术要点。1.0.3强调自保温墙体材料的研究应用应在本地区建设行政主管部门的指导和支持以及相关科技部门的协作、配合下进行。四川乐山等地区利用工业废渣研究生产和推广应用工业废渣自保温墙材的实践经验表明，只有这样才可能使本地区研发生产的自保温墙体材料做到技术先进、性能可靠和使用合理。1.0.4阐明本导则与现行国家、行业和四川省地区相关技术标准的关系。本导则内容着重在建筑自保温墙体的热工性能技术方面，因此强调，在研究生产和推广应用自保温墙体材料时，产品质量及构成墙体的物理力学性能和在墙体自保温系统工程中应用的施工及质量验收，均应符合现行国家、行业和四川省地方相关技术标准的规定。22 2术语2.0.1～2.0.5明确几项与建筑自保温墙体有关的术语定义。需要着重指出的是：（1）自保温墙体材料必须具有良好的热工性能，其构成的自保温墙体热工性能应符合本导则3.2的要求。（2）建筑自保温墙体不包含两侧的抹灰层。若包含抹灰层，则属于墙体自保温系统。而且两侧抹灰层材料也不一定就局限于是普通砂浆，也可能是其他不同功能性的砂浆。所以，自保温墙体的定义只能是表征由自保温墙体材料构成的墙体自身。对于板材类自保温墙材，自保温墙体即是板材与骨架及勘缝构成的墙体；对于块材类自保温墙材，自保温墙体即是由块材与砌筑砂浆构成的砌体。而且，墙体的热工性能应符合本导则3.2的限值要求。（3）不论是外墙外保温系统或者是外墙内保温系统，都不是一个单一的材料构造层次，至少包括界面剂、粘结剂（或锚固件）、保温层、保护层等组成部分，而且还由于饰面材料的不同会采用不同的保护层作法，是一个复合在墙体基层上的构造系统。墙体自保温系统与墙体外保温系统和墙体内保温系统的本质区别，就是在墙体主体两侧不是复合保温22 系统，而仅仅是在两侧有不同功能要求的抹灰层及饰面层，也是一个系统工程。因此，应以系统工程概念认识墙体自保温系统和进行建筑热工节能设计（在《四川建筑科学研究》2009年第三期登出的“应以系统技术研究和应用自保温墙体材料”一文中有详细论述）。墙体自保温系统和墙体外（内）保温系统一样，应有相应的系统技术规程，对其系统及其组成材料的性能指标、设计、施工及质量验收作出具体规定。本导则着重对建筑自保温墙体的热工性能技术提出要求，而对墙体自保温系统只列为术语给予定义。（4）结构性冷（热）桥部位面积有大有小。不仅砖混结构体系建筑墙体中的构造柱、圈梁和窗过梁、窗台板等属结构性冷（热）桥部位；框架、框剪结构体系建筑墙体中的框架梁、柱（含异形柱）也属结构性冷（热）桥部位；就是在剪力墙结构体系建筑中占墙体主体部位的剪力墙仍都属结构性冷（热）桥部位。所以，2.0.4将墙体主体部位的定义扩展为墙体中除结构性冷（热）桥以外的部位。结构性冷（热）桥部位保温薄弱、热流密集、热（冷）损耗大，特别是在冬季正常采暖条件下，内表面温度降低，有可能产生程度不同的结露和长霉现象，影响使用和耐久性。建筑热工设计计算时，应使该部位的传热阻Rb≥低限传热阻Ro.min。22 3热工性能指标3.1自保温墙体材料及其构成的墙体用什么热工性能指标表征，不仅牵涉到对自保温墙体材料定性，也牵涉到在墙体自保温系统工程的建筑热工节能设计计算中，采用什么热工性能计算参数代入常用的墙体传热阻Ro及传热系数K的计算公式或表格中进行计算的问题。众所周知，墙体的传热系数K是表征墙体（含所有构造层次）在稳定传热条件下，当其两侧空气温差为1K（1℃）时，单位时间内通过单位平方米墙体面积传递的热量，单位为W/(m2·K)。即传热系数K是包含了墙体的所有构造层次和两侧空气边界层在内的，它只能表征墙体自保温系统的热工性能，而不能表征应用在该墙体自保温系统工程中的自保温墙体的热工性能。而且在墙体自保温系统工程的传热阻Ro（或传热系数K）设计计算中，自保温墙体两侧的构造层次及其材料是个变数，两侧边界层的换热阻也是随着墙体所处的位置（外墙或内墙）不同而异。所以只能用自保温墙体材料构成的自保温墙体自身可测试判定的热工性能作为评价自保温墙体的热工性能指标，同时也可为墙体自保温系统工程的建筑热工设计计算提供可资应用的热物理参数。只有自保温墙体自身的热阻R或墙体自身的当量导热系数λ22 e能满足以上两方面的要求。3.1.1～3.1.2分别对自保温墙体热阻R和自保温墙体当量导热系数作了定义性的解释，并提出了墙体热阻R的试验测定应依据的现行国家标准《绝热稳态传热性质的测定标定和防护热箱法》GB/T13475和墙体当量导热系数λe的计算公式。在按GB/T13475标准进行墙体传热系数测试时，由于墙体两侧往往有10～20mm厚的抹灰层，以及两侧边界的换热条件有所差异，应将墙体传热阻（传热系数倒数）实测值减去两侧抹灰层热阻（按常规方法计算）及边界的换热阻实测值，计算出墙体自身的热阻R。3.2～3.3分别以表3.2和表3.3列出了在夏热冬冷及温和地区，不同结构体系的居住建筑和公共建筑中采用的自保温墙体热阻R或当量导热系数λe限值，以及结构性冷（热）桥部位的传热系数Kb的限值。攀枝花地区属温和地区，但公共建筑的围护结构是按现行国家标准《公共建筑节能设计标准》GB50189中的夏热冬暖地区进行热工设计，表中温和地区的R和λe值就是按这个要求计算列出。要强调指出的是，在现行的居住建筑与公共建筑节能设计标准中，外墙的传热系数都要求以考虑结构性冷（热）桥部位影响的平均传热系数Km表征。所以，必须以不同气候分区的22 外墙平均传热系数Km的要求来计算确定不同气候分区的自保温墙体的热阻或当量导热系数，而且还必须要求结构性冷（热）桥部位的传热系数Kb不能大于表3.3的限值。计算表明，如果不考虑表3.3中Kb的限值要求，就是在温和地区，240厚的实心砖墙也不符该地区外墙平均传热系数的要求。所以，对于温和地区，不要像夏热冬冷地区或寒冷地区那样，以在冬季正常采暖条件下从结构性冷（热）部位的内表面温度θi应高于室内空气露点温度td去认识对结构性冷（热）桥部位的传热系数Kb限值要求，而要从外墙平均传热系数Km的要求，扩大自保温墙材的应用范围去认识。比如：对于温和地区，要求外墙的平均传热系数Km≤2.0W/(m2·K)，就是砖混结构体系建筑，若结构性冷（热）桥部位仅是钢筋混凝土构件[Kb=3.03W/(m2·K)]，主体部位墙体的传热系数Kp应≤1.65W/(m2·K)，而240厚实心粘土砖墙加双面20厚水泥砂浆抹灰层的传热系数K＝2.06W/(m2·K)，大于Kp≤1.65W/(m2·K)的要求。何况在四川省的温和地区大多属于地震设防要求高的地区，建筑多为框架结构体系，Kp值应≤1.44W/(m2·K)。所以，只有对结构性冷（热）桥部位采取适当的保温处理，使Kp≤2.0W/(m2·K)，才有可能将240厚实心砖墙用于温和地区的砖混结构体系建筑中。由于建筑节能设计标准规定外墙的传热系数应取平均传热系数Km进行外墙的热22 工节能设计计算，因此必须考虑结构性冷（热）桥部位的热工性能对主体部位墙材热工性能的影响，为此，列出了表3.3的结构性冷（热）桥部位的传热系数Kb限值要求表3.2和表3.3中未列入剪力墙结构体系建筑，如果剪力墙部位采取保温系统后的传热系数较小，仍可通过平均传热系数Km的计算在填充墙部位采用适宜的墙体自保温系统。22 4技术要点4.0.1四川省境内河流较多，拥有丰富的砂石资源。四川又是我国三线建设时期的大后方基地，基础工业发展较早，长期以来积垫了大量未开发利用的工业废渣，如煤矸石、粉煤灰、矿渣、钢渣等，不仅掩盖和污染了城市郊区和矿区清澈的河流及绿色植被与农田，破坏了生态环境，而且也给当地的环境生态平衡和旅游资源的开发利用造成了很大的、持续的不利影响。各地区政府及矿区的管理部门，对开发利用堆积如山的工业废渣、尾矿等都非常重视和关心，一直在寻求有效的开发利用信息和途径。近年来，四川省的有关科研设计单位、高等院校与生产企业通力合作，结合地区的建材资源和建设工程的实际需要，联合研制、生产和应用了一些具有较好热工性能的空心砖和空心砌块，编制了技术规程和标准图，并通过工程实践的总结，取得了宝贵的经验，为进一步在四川地区研究应用保温砌块和墙体自保温系统奠定了良好的技术基础。对空心块（砖）墙体材料热工性能的试验研究成果表明，可通过块（砖）型的优化设计改善热工性能。例如：（1）孔洞的长边以垂直热流方向的矩形孔为最佳。（2）增加一排垂直热流方向的矩形孔洞，砌块热阻增22 值在20%以上。（3）减薄平行于热流方向的肋或局部断肋，也能增加热阻。（4）垂直热流方向的矩形孔错排，不仅可使通过砌块热流的桥路（肋）增长，而且还可使砌块的热阻值比齐排增大约5%。但是，由于多排孔、错排和薄肋对生产工艺要求很高，而且也难使其表观密度降低，热工性能的提高也是有限的。另一个途径是，采取轻质高效的保温板材与砌块复合成一个整体，或将轻质保温材料填充在矩形孔洞内，有效地提高砌块的热工性能。4.0.2（1）不同类型的自保温空心砖或砌块都要用砌筑砂浆砌筑形成砌体，有的还要在梁（板）底部及门窗洞口侧边填实。自保温空心砖或砌块应用在墙体保温隔热工程中时，不仅应采用与其性能配套的砌筑砂浆；而且在热工性能计算时，还应考虑砌筑砂浆及填充实体的影响，以砌体的热阻R（或当量导热系数λe）和平均蓄热系数进行热工计算。（2）自保温砖或砌块有承重型和非承重型，承重型自保温砖或砌块应用在建筑外墙体中，少不了有构造柱、圈梁和门窗过梁等构造要求的钢筋混凝土构件。为此，自保温砖或砌块砌体不能脱离梁、柱、板等结构与构造要求的钢筋混凝土构件独立地作为建筑的墙身，而且必须在砌体和结构构件的内、外作抹灰层和饰面层形成“整墙体”。所以，自保温空心砖或砌块在22 墙体保温隔热工程中应用时，不仅要考虑砌体与钢筋混凝土构件之间的牢固性，而且还要考虑专用砂浆抹灰层及适宜的饰面层形成“整墙体”的整体性。建筑的墙体是一个系统工程，自保温墙体材料在墙体自保温系统中应用也是一个系统工程，牵涉到配套材料及应用技术的系统研究和应用。所以，必须从自保温墙材构成的墙身和墙身与主体结构形成的整墙体两个整体性考虑，以系统工程概念研发应用与自保温墙材配套的砌筑与抹面砂浆、饰面材料，和与主体结构形成一整体的系统构造技术。不仅要求“整墙体”的平均传热系数Km及平均热惰性指标Dm符合现行建筑节能设计标准的规定，而且还应同时要求整墙体的抗裂防水性能满足相关标准的要求。4.0.3部分自保温墙体的热惰性指标较小，墙体热工节能设计时，往往会出现外墙平均传热系数符合标准规定限值，而热惰性指标不符合对应限值的情况。在墙体自保温系统的建筑热工设计计算时，可按下式选择表面太阳辐射吸收系数ρs低的外饰面材料调整墙体的热惰性指标设计值Dde，使其符合标准要求的热惰性指标限值Dre。Dde＝1.5×ρs×Dre式中，Dde——自保温墙体的热惰性指标设计值；ρs——外饰面材料的太阳辐射吸收系数；22 Dre——与外墙平均传热系数Km限值相对应的热惰性指标限值。夏热冬冷及温和地区的居住建筑节能设计标准中都规定了外墙的热惰性指标限值。热惰性指标一般只能计算求出。本条提出了自保温墙体热惰性指标D的计算方法。关键的是D值中平均蓄热系数的计算，本条提出可按《民用建筑热工设计规范》GB50176-93中附录二之（二）的方法进行计算。该计算方法是：如某层有两种以上材料组成，该层的平均蓄热系数按下式计算：＝式中：F1、F2……Fn——在该层中按平行于热流划分的各个传热面积（m2）；S1、S2……Sn——各个传热面积上材料的蓄热系数[W/(m2·K)]。平均比热容Cm可按平均蓄热系数的计算方法，用不同组成材料的比热容与其在墙体中所占的面积进行加权计算求出。计算时应将单位为kJ/kg.K的比热容乘以0.28换算为单位为W.h/(kg.K)的比热容代入公式（4.0.4-2）进行计算。22'