双层表皮节能外墙技术在既有平房仓改造中的应用.docx

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双层表皮节能外墙技术在既有平房仓改造中的应用

“双层表皮”节能外墙技术在既有平房仓改造中的应用

　　【摘要】“双层表皮”节能外墙构造技术是一种新型建筑节能措施,通过在原有维护结构外墙的外侧架空设置ALC隔热板墙,形成内外两层结构围护墙,而中间构造出流动空气间层,大大改善了粮仓围护墙的热工性能,避免了粮食储藏的“冷芯”效应,取得了良好的技术和经济效果。

　　【关键词】“双层表皮”;流动空气间层;ALC隔热板墙;“冷芯”效应

　　Applicationof“Doubleskin”energy-savingexternalwalltechnologyintransformationwarehouse

　　ShengHong-ping

　　（NanjingHuayeArchitectureDesignInstituteindustrylimitedliabilitycompanyNanjingJiangsu210017）

　　【Abstract】The“double-skin”technologyenergy-savingwallstructureisanewtypeofbuildingenergyconservationmeasures,throughthemaintenanceofthestructureoftheoriginalwallofthelateralwallinsulationoverheadALCsettings,bothwithinandoutsidethetwo-tierstructureoftheformationoftheparapetwallsoftheCircuit,andtheintermediatestructuretheflowofairbetweenthelayers,greatlyimprovedtheheightoftheparapetwallofthegranarythermalperformanceandavoidthefoodstorage“coldcore”effect,andachievedagoodtechnicalandeconomiceffects.

　　【Keywords】“Doubleskin”;Flowairbetweenlayers;ALCinsulationwall;“Coldcore”effect

　　1.技术背景

　　1.1普通平房仓围护结构存在的热工问题。

　　普通平房仓设计一般采用钢筋砼大型屋面板、钢筋砼拱板或彩钢板屋面,墙体为490mm或370mm厚实心砖墙,钢筋混凝土的导热系数为1.74[W/（m•k）],砂浆黏土砖砌体的导热系数为0.81[W/（m•k）],屋面墙体保温、隔热性能差,尤其在南方地区,夏季酷热期较长,仓库外围结构受热辐射时间长,仓内粮食产生了较严重的“冷芯”效应,根据现有实测资料表明:

普通平房仓粮堆沿墙体四周以及粮堆顶层粮温较高,可达到27℃以上,超过了《粮食储藏规范》规定的准低温条件下仓内粮食最高温度≤25℃的要求。

由于传统粮库的围护结构热工性能不尽合理,近几年甚至在北方寒冷地区也有部分粮仓出现了仓内过热的现象。

因此,寻求一种能符合粮仓储粮特点的围护结构形式,改善围护墙体的热工性能,以求降低仓内温度和保持均温,是安全保粮、提高粮食品质的关键。

　　1.2国内外墙体保温隔热措施现状。

　　近年来,随着建筑节能要求的逐步提高,国内外关于建筑外围护结构热工性能的研究有了很大的发展,主要体现在外墙保温隔热系统（ExteriorInsulationandFinishSystem,EIFS）、双层表皮技术（DoubleFacadeSkin）、垂直绿化系统（VerticalGreenSystem）、高性能低辐射窗（Low-eWindow）以及高效外遮阳系统等诸多方面。

粮仓作为一种特殊建筑物,目前对其外围护结构热工性能的研究仍主要集中于墙体保温的传统技术,如内保温墙体、外保温墙体以及利用封闭空气间层等,但对于炎热期较长的地区而言,粮仓外围护结构不但要考虑自身的保温问题,更要考虑如何防止夏季高强度的太阳辐射以及较高的地热气温所导致的仓内局部过热问题,在设计中除要考虑白昼围护结构内表升温的控制,同时要考虑夜间的散热途径和方法,热工设计有其特殊要求。

根据目前流行的借鉴仿生学原理、倡导设计“适应气候变化的建筑表皮”方法,提出将“双层表皮”节能外墙技术应用于普通平房仓墙体改造是一种新的有益探索。

　　2.“双层表皮”节能外墙技术的应用特点

　　2.1工作原理。

　　“双层表皮”,即在原有的外围护结构墙体上增加一层轻型隔热板材（ALC板）表皮形成流动空气间层,利用热压效应提高“双层表皮”的昼间防热和夜间散热的效果,减少传入仓内的热量,降低仓内粮温升幅。

其基本工作原理为:

（1）昼间防热:

太阳辐射经外层表皮（ALC板）的反射作用以及空气间层内的空气流动带走大部分热量,从而降低传入内表皮围护结构的热量,降低围护结构内表面温升幅度;

（2）夜间散热:

利用热压效应原理使里层表皮沿流动空气间层散热,同时外层表皮可有效遮挡仓外混凝土地面的热辐射。

　　2.2应用特点。

　　“双层表皮”构造的创新点是通过流动空气间层的设计来达到夏季的单向流动,不同于传统意义上的保温节能外墙的单纯减弱室外作用的做法,使得围护内墙结构层能够自由的进行冷热交换,确保了准低温条件下仓内粮食恒温和均温。

这种通过合理构造设计的方法来改善围护墙体热工条件具有如下特点:

（1）通过围护结构的构造设计,形成流动的空气间层,这种解决方法更直接可靠,避免了单纯采用材料进行隔热保温所产生的材料质量、施工质量对其热工效果的影响;

（2）构造形成的流动空气间层,围护费用低,设置流动空气间层,不但改善热交换条件,同时能有效降低储粮仓内的温度;

　　（3）从围护结构的外层着手,选择ALC轻质隔热板材,直接限制太阳辐射产生的综合温度;

　　（4）该围护结构投资成本低,经测算,一次性投资0.52元/t.a,使用年限与建筑本身合理使用年限相匹配50年,辅助设施使用年限为10年,完全符合现行国家《粮食储藏规范》,《建筑节能设计规范》的要求。

　　3.“双层表皮”节能外墙技术的设计方法

　　3.1设计思路。

　　首先通过温度场的实测与热工计算的比较,确定“双层表皮”围护结构与外界的动态传热计算模型;其次计算控制间层的空气流场,使之能达到散热的目的;然后结合粮库现有构造方式,通过材料与构造设计来达到“双层表皮”建筑围护结构对热量转移的昼夜单向流动。

　　墙体改造设计方案应根据不同地区、既有仓形具体情况确定相应的技术指标,主要有:

（1）控制间层的厚度及外层围护（ALC）板的厚度;

（2）改造前后围护结构内表面计算及实测的平均温度差别值;

　　（3）改造前后围护结构内表面计算及实测的温度波幅变化值;

　　（4）改造前后仓内湿度变化值;

　　（5）改造前后单方造价分析。

　　3.2设计实例。

　　现结合中储粮扬州直属库的一栋30m×150m的既有平房仓进行墙体保温隔热层的改造设计,对“双层表皮”围护结构构造设计介绍如下:

　　3.2.1热工计算。

　　需改造的扬州直属库既有平房仓建筑外墙按建筑构造要求沿150m跨长方向每隔6m设330×200混凝土构造柱一根,取6m宽为一计算单元,则其原砌体结构墙体的平均传热系数为:

　　Km=（Kp•Fp+KB1•FB1+KB2•FB2+KB3•FB3）/（Fp+FB1+FB2+FB3）

　　式中:

Km――外墙的平均传热系数[W/（m2•K）];

　　Kp――外墙主体部位的传热系数[W/（m2•K）];

　　KB1、KB2、KB3――外墙周边热桥部位的传热系数[W/（m2•K）];

　　Fp――外墙主体部位的面积（m2）;

　　FB1、FB2、FB3――外墙周边热桥部位的面积（m2）。

　　经计算,370厚、高7.15m的实心粘土砖墙的Km值为1.50[W/（m2•K）],传热阻R为1/Km,蓄热系数S为10.63[W/（m2•K）];导热系数为0.81[W/（m•K）];

　　外层增加的100厚ALC板的传热系数K为1.35[W/（m2•K）],传热阻R为1/K,蓄热系数S为3.59[W/（m2•K）];

　　流动空气间层取330厚（>300）,其通风良好,蓄热系数S=0,可以不考虑热阻,此时间层温度可取进气温度,表面换热系数可取12.0[W/（m2•K）]。

　　综合以上计算,该“双层表皮”围护结构的K值为1/ΣR,约为0.72[W/（m2•K）],远小于1.5[W/（m2•K）]的规范限定指标。

　　围护结构的热惰性指标D值计算:

　　D=D1+D2+……Dn=R1•S1+R2•S2+……+Rn•Sn

　　式中:

R1、R2……Rn――各层材料的热阻（m2•K/W）;

　　S1、S2……Sn――各层材料的蓄热系数[W/（m2•K）];

　　3.2.2建筑结构节点设计示意。

　　利用原有平房仓建筑外墙6m间隔壁柱,将仓体外墙分割成若干隔热单元,将100厚ALC

　　板外挂在壁柱上,设计施工较为方便。

　　4.“双层表皮”节能外墙技术的实例效果分析

　　中储粮扬州直属库30m×150m平房仓现已完成实施改造,改造完成后先后进行了二次温度实测,数据如下表1:

　　表1现场测温记录（℃）

　　测点位置测温时间

　　北侧外墙南侧外墙西侧外墙东侧外墙

　　ALC外侧空气间层ALC外侧空气间层ALC外侧空气间层ALC外侧空气间层

　　2006年6月8日27.523.525.524.031.027.027.024.5

　　2006年6月17日28.524.529.025.532.027.529.525.0

　　注:

表中所有测点时间均为下午16:

00左右;6月8日风速:

0.6m/s;6月17日风速:

0.5m/s。

　　以上实测数据表明,采用“双层表皮”围护结构形式改造后,粮仓围护墙的外墙内侧温度普通下降了3～40C,说明增加了ALC外侧隔热层和流动空气间层,夏季降温效果明显,有效减少了传入内表皮围护结构的热量,降低围护结构内表面温升幅度。

　　5.结论

　　5.1采用“双层表皮”围护结构构造形式进行保温隔热,技术可行,实施效果明显直接可靠;

　　5.2采用“双层表皮”围护结构构造形式进行保温隔热,可广泛适用于既有旧仓改造和新仓建造,符合节能政策,满足《粮食储藏规范》。

　　5.3通过实测资料反演分析及热工计算模型分析表明,为保证“双层表皮”围护结构的热工效果能满足粮仓储粮温控要求,必须采用小于《民用建筑热工设计规范》（GB51076-93）的外墙传热系数Km指标值。

　　参考文献

　　[1]《建筑新技术》

（2）陈衍庆王玉容主编中国建筑工业出版社2003-11.

　　[2]《建筑节能与设计方法》胡吉士方子晋主编中国计划出版社2005-5.

　　[文章编号]1006-7619（2009）05-07-317

　　[作者简介]盛洪萍（1965.8-）,女,暖通工程师。