新型节能材料在严寒地区高铁站房的应用研究以齐齐哈尔南站为例Word文档格式.docx

1、陶粒泡沫混凝土砌块；双银Low-E膜 严寒地区按照建筑热工分区通常指新疆自治区、青海省、内蒙古自治区以及东北三省大部分区域。该区域气候特征为冬季气温低时间长、光照丰富、白天日照时间短、风大多雪、室内外温差大等特点。齐齐哈尔南站位于黑龙江省西北部，属于建筑热工分区的严寒A区，该站是目前我国已建成纬度最高的高铁客运站房。气候情况见表1，从表中可见，该地区冬季时间长、极端温度低，冬季采暖时间长达6个月。而站房室内空间大、外墙窗墙比高，要为室内旅客提供高品质的热舒适性，就必需提高站房设计中的节能措施。 表1 齐齐哈尔气候情况1序号13月份45月份68月份912月份平均温度/-1213193极端最低温/

2、-37-13-4-35 1 站房概述 1.1 站房简介 齐齐哈尔南站房选址在齐齐哈尔市城南高新区，客运站房建筑面积29 957 m2，车站高峰小时发送人数7 219人。地上主体2层，局部4层，车站总长度为216 m，总宽度为58.5 m。站房檐口最高点建筑高度为27.2 m。站房结构为混凝土框架结构体系，屋面采用空间网架体系。 1.2 立面造型 齐齐哈尔是著名的丹顶鹤栖息地，站房造型借鉴自当地的“鹤”文化元素，立面每个立柱向外不规则倾斜，并采用铝单板无缝拼接后喷涂白色氟碳漆的工艺，生动的勾勒出两片极具向上升腾动感的鹤翅膀，营造出了“黑土鹤高翔”的寓意主题。如图1所示。 图1 齐齐哈尔南站侧透视

3、 2 齐齐哈尔南站使用的新型节能材料 2.1 屋面 2.1.1 齐齐哈尔南站屋面结构体系（图2） 站房屋面是整个节能构造的重要组成部分，齐齐哈尔南站屋面部分面积占据整个建筑外围护结构的35%。屋面系统做法由上至下依次是： 0.8 mm厚镀铝锌钢板，内表面涂覆单层热能反射涂膜；0.49 mm防水透气膜；150 mm厚48 kg/m3厚离心玻璃棉；0.25 mm厚专用隔汽膜；50 mm厚超细玻璃棉毡吸音层（48 kg/m）；防尘无纺布 ；0.65 mm厚热镀锌钢板网；钢结构屋架。 站房屋面整体的传热系数经计算0.23 W/（m2K），小于严寒A区公共建筑热工性能判定中屋面的最小传热值0.35 W/

4、（m2K）。 图2 齐齐哈尔南站屋面结构轴测图 2.1.2 齐齐哈尔南站热反射金属屋面板与常用金属屋面板比较 在以往站房的金属屋面系统中，屋面板常用镀铝锌钢板，但是金属板材自身热阻很小，具有良好的导热性.热量易通过板材散失，影响室内的热舒适性。本次站房设计中在金属板内表面涂覆单层热能反射涂膜。这种新型涂覆有着较高红外线反射比和半球发射率，可以将室内人体和采暖设备散发的热红外辐射反射回室内，降低金属板的热量吸收率，提高整体金属屋面系统的保温性能。 根据热反射金属屋面板材隔热性能试验，用聚苯夹芯板制成内腔尺寸为350 mm350 mm350 mm的测试箱以模拟房屋。一组测试箱外壁为普通金属板，另一

5、组涂覆热能反射涂膜的金属板。将2组测试箱内腔加热到同等恒定温度，均放置在外部温度在-20 空间，在20 min后再测量2组测试箱内的温度，见表22。 由实验可知，带涂膜金属板的测试箱内部温度降低值比普通金属板测试箱内部温度降低值要少，故带涂膜的金属板隔热效果要优于普通的金属板，十分适合在严寒地区的站房金属屋面使用。 表2 样品1，样品2测试结果材料名称反射比隔热因子T/普通金属板0.0320.028-11带涂膜层金属板0.860.348-5 注：T为试验前后测试箱中空气温度的差值 2.2 墙体 2.2.1 齐齐哈尔南站墙体保温体系 外墙在整个外围护体系中占比非常大，对建筑节能的影响也最显著。特

6、别是在严寒地区，冬季站房室内外温差经常可以达到40 以上，这样就造成热能的大量损失。齐齐哈尔南站房采用外墙外保温节能体系。外保温相比其他保温形式具有切断混凝土梁、柱形成的冷桥，不占用室内空间等优点。墙体保温构造做法详见图3。 站房墙体的平均传热系数经计算为0.252 W/（m2K），小于严寒A区公共建筑热工性能判定中墙体的最小传热值0.45 W/（m2 图3 齐齐哈尔南站墙体剖面 2.2.2 齐齐哈尔南站砌体材料与常用砌体材料比较 相比以往站房经常使用的加气混凝砌块、黏土砖等传统材料，在本次站房设计中根据当地实地调研以及节能方面的考虑综合比较，砌体选用陶粒泡沫混凝土砌块，这种新型砌块添加了陶粒

7、等粗骨料，整个砌块的强度，吸水率、抗冻性、导热系数、蓄热系数等均优于加气混凝土砌块等传统材料3。具体对比见表3。 表3 砌体材料性能对比序号吸水率/%导热系数/（mK）抗冻质量/强度损失/%蓄热系数/（m2K）加气混凝土砌块30450.195.0/20.003.590陶粒泡沫混凝土19210.180.9/4.354.856混凝土空心砌块30450.535.0/16.805.490 砌块的吸水率在严寒地区是一个很严重的问题，因为严寒地区站房室内外温差很大，而水蒸气是由温度高（气压高）的地方向温度低的地方（气压低）迁移，如果围护结构的砌块吸水率高就会导致墙体的含水率增大，如遇冰点会使水汽冻结变成固

8、态导致体积变大膨胀，这样就极易使墙体冻胀开裂形成冷桥，影响整体建筑的保温性能4。其次，砌块吸水率增大会导致其热阻变小而降低整体外墙的保温效果5。再次，砌块吸水率高常常会吸附外墙水泥砂浆中的水分，导致产生墙体开裂、空鼓等质量问题。 加气混凝土砌块和混凝土空心砌块的结构特点是因为工艺特点导致孔隙率大，多为开孔并且孔洞相连的特点，它的吸水率会达到45%6。而陶粒泡沫混凝土砌块的构造特点是内部多为微孔（孔径为0.22.0 mm）、气孔为封闭式且互不相连，它的吸水率为19%21 %，只有加气混凝土的不到1/2左右。故在吸水性方面陶粒泡沫混凝土砌块是优于传统加气混凝土砌块和混凝土空心砌块7。 砌体的抗冻性

9、在严寒地区也是一项重要指标。材料抗冻性是指在吸水饱和的状态下经历多次冻融循环，保持其原有性质或不显著降低原有性质的能力。经试验表明，经过15次冻融后，陶粒泡沫混凝土的质量损失约为0.9%，强度损失为4.35%。而加气混凝土在同等条件下试验质量损失约为5%，强度损失为20%8。混凝土空心砌块的同等条件下试验质量损失约为5%，强度损失为16.8% 9。 在砌块的导热和蓄热系数性能中，陶粒泡沫混凝土的导热系数为0.18 W/（mK），加气混凝土砌块导热系数为0.19 W/（mK），两者基本相当。而混凝土空心砌块的导热系数为0.53 W/（mK），综合比较陶粒泡沫混凝土砌块的导热系数相比传统砌体材料中

10、也是最小的。蓄热系数是指材料储存热量的能力是衡量材料热稳定性的一个指标。从材料的蓄热系数来看陶粒泡沫混凝土的蓄热系数为4.856 W/（m2K），和加气混凝土砌块的蓄热系数3.590 W/（m2K）相比，蓄热系数增大了35%，仅次于混凝土空心砌块。故陶粒泡沫混凝土砌块体的热稳定性也是较好的10。 2.3 幕墙 2.3.1 齐齐哈尔南站玻璃幕墙构造 在严寒地区站房设计中幕墙是节能设计的重点区域，一般站房幕墙面积约占整个外围护面积的30%40%，幕墙的节能设计一般着重于保温性能及气密性这两方面。齐齐哈尔南站的整体造型是“鹤舞高翔”，为了整体造型效果，外立面采用了许多异型玻璃幕墙，为了满足造型效果的

11、同时又不降低室内的热舒适性。站房幕墙采用的是8+12Ar+8的low-E离线双银充氩气中空钢化玻璃幕墙，框料采用的是断桥铝合金型材。 通过计算本站房设计的玻璃幕墙传热系数可以达到2.3 W/（m2K），低于严寒地区的所属窗墙比范围的最小限值2.5 W/（m2 2.3.2 齐齐哈尔南站玻璃幕墙与常用玻璃幕墙比较 本次站房设计玻璃幕墙采用离线双银充氩气中空钢化玻璃，与传统中空玻璃幕墙相比具备很多优点。氩气相对于空气而言，密度大，导热系数小，还可降低中间充气层的热对流和辐射，减少气体的导热性，有助于改善中空玻璃的保温性能和节能效果。具体对比见表4。 表4 常用气体导热系数11 W/（mK）气体名称（

12、0时）（10时）空气0.02410.0249氩气0.01630.0168氙气0.00520.0053氪气0.00870.0090 其次，设计幕墙加设离线双银Low-E膜，可以有效隔绝室内外热辐射的传递。离线是一种工艺，它是利用磁控溅射设备，在真空环境里将金属用等离子体轰击，金属从靶表面溅射出来并沉积在玻璃表面成膜，而双银Low-E膜是指利用此方法沉积多层膜，其中的主要层的银膜设在中间部位，最外层膜为金属氧化物膜，其主要功能是减少银膜的反射率，增加透光性，银膜的两侧是金属氧化物层，起到保护银膜层的作用，最内层金属氧化物层是隔绝空气层起保护及增加透光率的作用12。详见图4。 图4 离线双银low-

13、E镀膜结构分析 这种双银Low-E膜玻璃对室外阳光的透射比rv可以达到0.6213，符合公共建筑节能设计标准中的要求。从热量辐射角度来看，它可以透过来自室外的太阳短波辐射热量，将室外的热能尽量传递到室内；而室内人体和采暖设备向外部散发的是热红外长波辐射，它对这种波长的透射率只有0.03，大部分室内长波热辐射都被反射回去，这样就可以有效地锁住热能，减少室内热损失，保持室内的温度不降低14。非常适合在高纬度的严寒地区站房使用。见图5。 图5 离线双银low-E镀膜中空玻璃透射分析15 3 结语 齐齐哈尔南站运营近1年，在冬季采暖期间候车大厅经实测平均温度为19 ，采暖效果达到并超过设计标准。严寒地

14、区建筑的节能设计是一个必须引起高度重视的问题，特别是像铁路站房这种人流量密集，能耗高的公共建筑。优秀的节能设计不仅可以提高室内的热舒适性，也可以降低采暖能耗，减少后期运营中产生的费用。希望工程师们结合目前严寒地区已建成站房的设计经验，从建筑材料、建筑构造以及设备上不断创新，总结工程设计过程中的缺陷与不足，努力提高严寒地区站房的室内热环境舒适度;节约能源，为我国经济的可持续发展做出一份贡献。 参考文献： 1 齐齐哈尔市志编审委员会.齐齐哈尔市志综合卷M.合肥：黄山书社，1998：56-61. 2 刘顺利，刘翼，蒋荃.热反射金属屋面板材隔热性能测试方法的研究J.中国建材科技，2012（12）：3-

15、5. 3 中国建筑标准设计研究院，等.12CJ342012陶粒泡沫混凝土砌块墙体建筑构造S.北京：中国标准出版社，2012. 4 雷鹏，苏永涛.浅谈严寒地区站房墙体透气性问题J.科教文献，2016（6）:181-182. 5 徐婷婷.墙体含水率对墙体热工性能的影响研究D.杭州：浙江大学，2010. 6 国家技术监督局.GB/T 119711997加气混凝土力学性能试验方法S.北京：中国标准出版社，1997. 7 范锦忠.陶粒泡沫混凝土砌块J.砌块与墙体，2009（7）：44-47. 8 中国建筑标准设计研究院，等.03J104 蒸压加气混凝土砌块建筑构造S.北京：中国标准出版社，2003. 9 中国建筑标准设计研究院，等.05J1021混凝土小型空心砌块墙体建筑构造