复合陶粒混凝土砌块自保温墙体的热工性能分析

2024年3月31日发(作者：质量排名第一的充电宝)

复合陶粒混凝土砌块自保温墙体的热工性能分析

曾理;孙林柱

【摘 要】以温州大学E区二期学生公寓为试点工程，采用复合陶粒混凝土砌块为主

要建筑材料，对自保温外墙的围护结构进行了节能设计。对试点工程热工性能进行了现场

测试，并对测试数据进行了分析评价，结果表明：依据DB33／1015—2003浙江省《居

住建筑节能设计标准》的规定，该试点工程可达到建筑节能50％的设计要求。%Taking

student apartments （the cond period of E area） in Wenzhou University as a

pilot project, designed an energy efficient envelope structure for lf-insulation

wall made of composite ceramic concrete block. Conducted on-site tests on its

thermal performance and made an analysis and evaluation on the tested data.

The results show that： According to DB3311015--2003 ＂ Design standards for

energy efficiency of residential buildings＂ of Zhejiang province, the project has

reached the design requirement of 50% energy saving.

【期刊名称】《湖南工业大学学报》

【年(卷),期】2011(025)006

【总页数】5页(P61-65)

【关键词】复合陶粒混凝土砌块;自保温墙体;热工性能

【作 者】曾理;孙林柱

【作者单位】温州市建筑设计研究院绿色建筑中心,浙江温州325000;温州大学建筑

与土木工程学院,浙江温州325035

【正文语种】中 文

【中图分类】TU111.4

0 引言

为了推进温州地区墙体材料改革，节约土地资源，利用工业废料逐步取代破坏耕地且

耗能较高的黏土砖，建筑行业科研人员对替代墙体材料进行了试验研究[1-5]，其中陶粒

混凝土砌块和复合陶粒混凝土砌块以其质轻、多孔、保温性能好、强度可靠、便于施工、

综合造价低等优点逐渐受到建设、设计、施工等单位的青睐。为了推动温州地区墙体材料

改革，促进陶粒混凝土砌块的大面积推广和应用，确保建筑施工质量，需针对本地区实际

情况，制定适合于本地区砌体施工的相关技术规范。为此，温州市建设局和市墙改办委托

温州大学节能减排研究院建筑节能与墙材革新研究所，进行陶粒混凝土砌块和复合陶粒混

凝土砌块推广应用中关键技术的研究。其相关研究内容主要有：1）改善陶粒混凝土本身

性能，提高陶粒混凝土的质量；2）建立适应当地的施工技术规定，规范施工工艺；3）

研究配套的砌筑和抹面砂浆，防止墙体裂缝和空鼓；4）推广建筑节能设计，提高墙体隔

热保温的效果。本文仅对复合陶粒混凝土砌块建筑外墙的热工性能进行测试和分析。

1 工程概况

本课题组选择温州大学E区二期学生公寓作为试点项目。该项目为6层框架结构建筑，

总建筑面积为38 044 m2，建筑工程等级为二级，设计使用年限50 a，建筑高度为

21.30 m，防火设计为耐火等级二级，于2008年9月通过课题验收，并于2008年10

月竣工投入使用。该项目依据建筑节能50%的标准进行设计，外墙采用240 mm厚复合

陶粒混凝土砌块（以下简称复合陶粒砼砌块），其规格为390 mm×240 mm×190 mm；

门窗、屋面等均按标准采用相应的节能措施（在此不作分析）。为了对复合陶粒砼砌块在

实际工程应用中的热工性能进行论证，对该项目外墙的热工性能参数进行了现场测试，同

时进行理论计算和分析。

2 围护结构节能设计

2.1 材料选择

在本节能设计项目中，外墙采用复合陶粒砼砌块，其结构如图1所示。

图1 复合陶粒砼砌块Fig.1Composite ceramic concrete block

复合陶粒砼砌块与同类型材料的性能比较参数见表1。复合陶粒混凝土小型空心砌块

规格尺寸符合现行国家标准GB/T15229—2002《轻集料混凝土小型空心砌块》的要求

[6]。强度等级不小于MU5.0，实心率大于75%，砌块壁厚不小于70 mm，密度等级不

大于1 200 kg/m3，砌块壁厚不应小于70 mm，吸水率不应大于20%，砌块施工时的

相对含水率不大于40%，干缩率不大于0.045%。

表1 墙体材料的性能比较Table 1The performance comparison of wall materials

材料类型 干密度/(kg·m-3) 强度等级 规格尺寸/mm长 宽（厚）高P型(KP1型)烧结多孔

砖1 400 MU30, MU25 MU20, MU15 MU10 240 178 11590砂加气混凝土砌块(B07)

复合陶粒混凝土砌块≤750≥A5.0600 50,75 100,120 200,240 900≥MU5.0390200,240

260,280 240 250 300 190

复合陶粒砼砌块属于陶粒混凝土小型空心砌块中较为典型的一种，其密度属于中等，

其物理热工性能处于中上水平。因为使用了聚苯乙烯泡沫作为空心部分的填充物，施工时

并不会像其他空心砌块那样出现大量浪费砂浆的情况。另外从砌筑流程来看，加气混凝土

砌块需要专用砌筑砂浆及专用抹面砂浆进行施工，而复合陶粒砼砌块可以直接使用普通砂

浆或干粉砂浆，也可以采用特种砂浆进行施工。当然，如果使用陶砂配套砂浆，则在热工

性能方面会获得更多提升。

2.2 结构设计

本试点项目设计外墙厚度为240 mm，采用复合陶粒砼砌块，砌块规格为390

mm×240 mm×190 mm，其强度等级采用MU5.0，外墙砌体外表面满铺钢丝网或耐碱

玻纤网格布一层，其余部位凡不同墙体材料交接处均铺设500 mm宽钢丝网或耐碱玻纤

布一层。围护结构的热工性能设计参数如表2所示（以9～10号楼数据为例）。

表2 外墙主体热工性能参数Table2 Thermal performance parameters of the

external wall材料名称厚度/mm导热系数/(W·m-1·K-1)蓄热系数/(W·m2·K-1)热阻值

/(m2·K·W-1)热惰性指标抗裂砂浆（网格布）混合砂浆复合陶粒砼砌块混合砂浆5 20 240

20 0.93 0.87 0.24 0.87 11.31 10.75 03.71 10.75 0.005 0.023 1.000 0.023 0.06 0.25

4.45 0.25

据表2可知，墙主体传热阻值为R0=Ri+∑R+Re=1.201 m2·K·W-1（其中Ri为内表

面换热阻，取0.11 m2·K·W-1，∑R为各层材料热阻之和，Re为外表面换热阻，取0.04

m2·K·W-1）[7]。墙主体的传热系数为K=1/R0=0.83 W·m-2·K-1。

根据围护结构设计给出的参数，计算外墙的平均传热系数，结果见表3。

表3 外墙平均传热系数计算Table3 The calculation of average heat transfer

coefficient of the outer walls构造类型 面积/m2百分比/% 传热系数/(W·m-2·K-1) 热

惰性指标墙主体柱梁门窗过梁1 715.80 227.26 387.07 259.20 66.26 8.78 14.95 10.01

0.83 2.32 2.95 2.95 5.00 4.51 2.93 2.93

据表3计算可得：外墙平均传热系数K=1.49 W·m-2·K-1，外墙平均热惰性指标

D=4.44，而根据DB33/1015—2003浙江省《居住建筑节能设计标准》中的规定：D＞

2.5，K≤1.5 W·m-2·K-1，可知设计参数符合标准要求[8]。

据设计计算可知，若按常规工程中使用P型（KP1型）烧结多孔砖作为外墙材料，

则外墙平均传热系数将达到2.02 W·m-2·K-1，超出规范允许范围[8]。若将陶砂砂浆作为

外墙外侧的配套抹面砂浆替代混合砂浆使用，则外墙平均传热系数可降至1.29 W·m-2·K-

1，将优于规范要求[8]。

3 墙体热工性能测试

3.1 测试方法和原理

目前测试围护结构传热系数的方法主要有热流计法、热箱法、红外热像仪法[9]，本

工程中采用的是较成熟的热流计法。热流计是建筑能耗测定中的常用仪表，本工程中采用

热流计测量构件的热流值，温度传感器测量构件的表面温度，通过计算得出其热阻值和传

热系数。

检测基本原理为：在被测部位布置热流计，在热流计周围的内外表面布置热电偶，建

筑物围护结构内外侧的温度用布置在被侧墙体内的热电偶进行测量，热流量可通过在该围

护结构表面安装平板状热流计测量，由于热流计热阻一般比被测围护结构的热阻小很多，

当被测围护结构背面贴上热流计后，传热工况影响较小，可忽略不计。因而在稳定状态下，

流过热流计的热流量亦为被测围护结构的热流量。将热流计、热电偶检测的围护结构热流

量和其内、外表面温度，通过导线把测试信号直接输入温度热流检测仪，并通过计算机进

行数据采集；当传热过程稳定后，开始测量。为使测试结果准确，测试时应在连续采暖稳

定的房间中进行。

一般来说，室内外温差愈大，其测量误差相对愈小，所得结果亦较为精确，其缺点是

受季节限制。该方法是目前国内外常用的现场测试方法。

3.2 测试设备和布置

主要测试设备为北京东方奥达仪器设备有限公司生产的JW-II型建筑热工温度与热流

自动测试系统，其中包括WRC铜-康铜热电偶式温度传感器、规格为10 cm×10 cm的

热流计以及计算机。当表面材料凝固和干燥后，用乳胶与水泥拌合物或者其他黏结剂将铜

-康铜热电偶温度传感元件粘贴在试件的冷热表面上，同时用黄油把热流计粘贴在试件的

热表面上，粘贴热电偶和热流计时一定要贴紧，防止出现空隙，否则会严重影响检测结果。

在外墙的内表面上，布置7块热流计，在每个热流计周围布置2个热电偶，对应的冷表

面上也相应的布置2个热电偶，热电偶的表面覆盖，避免阳光直接照射，同时在内外空气

中布置2个热电偶，用来观察墙体内外表面及空气中的温度状况。测试设备布置如图2

所示。

图2 现场测试设备布置图Fig.2The layout of the field test equipment

3.3 测试数据的采集

数据的采集要持续到墙体进入热稳定状态，不同的材料构件进入稳定状态的时间不同，

重质的建筑构件需要较长时间才能达到稳定状态。监测仪器每隔30 min进行数据的采集，

记录每一点的温度和热流量，数据采集过程如图3所示。

图3 数据采集过程Fig.3The process of the data collection

4 测试结果分析及评价

对墙体进行了6 d连续测试，某一观测点的测试结果见图4～6。

图4 墙体各层界面实测温度Fig.4The measured temperature of the interface of

the different wall layers

图5 墙体各层间温差曲线Fig.5The curve of temperature difference among the

different wall layers

图6 墙体传热系数随时间的变化Fig.6The change of Wall heat transfer

coefficient with time

对图4中墙体各层界面实测温度数据进行分析计算，可得出图5墙体各层间温差曲

线，据墙体内外表面最大温差的平均值及热流量计在对应时刻的流量值Q，可得墙体传热

阻值R0，墙体传热系数K=1/R0，计算结果见表4。

表4 实测墙体热工参数Table 4The measured thermal parameters of the wall项

目 测量值墙体外表面温度T1/℃墙体内表面温度T2/℃墙体内外表面温差/℃墙体热流量

值Q/(w·m-2)墙体传热阻值R0/(m2·K·W-1)外墙传热系数K/(W·m-2·K-1)40.43 25.98

14.44 11.862 6 01.367 34 00.731 4

据表4可知，实测复合陶粒砼砌块自保温墙体的传热系数为0.731 4 W·m-2·K-1，

能够满足节能50%的目标要求[8]。

从表2和表4可知，外墙主体传热阻R0的理论值为1.201 m2·K·W-1，实测值为

1.367 34 m2·K·W-1，则其误差为13.9%。理论设计值与实际测量值均能满足

DB33/1015—2003浙江省《居住建筑节能设计标准》的要求[8]。理论设计值与实际测

量值存在一定误差，且实际测量值优于理论计算值，主要原因是修正系数1.2[10]取值偏

大，若将修正系数取值设为1.1，则可将误差控制在5%左右；其次是测试时间较短，且

仅选择了夏季测试，没有在冬季进行测试，对测试结果有一定影响。

5 结论

1）通过理论设计值与实际测量值的比较，两者误差在可接受范围内，检测论证结果

基本正确。

2）通过示范工程项目的试点，及时总结新型墙体材料的生产、施工实践经验，确保

建筑工程质量，为复合陶粒砼砌块的推广应用提供可靠的技术参考。

3）复合陶粒砼砌块自保温墙体可替代常规的黏土多孔砖聚苯颗粒保温浆料外保温墙

体，对“禁实”工作的深入开展及墙体材料的节能减排和推广应用具有重大的现实意义。

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