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知识问答

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轻型木结构的保温隔热性能咋样?

引言

俗话说:“一个人的家就是他的城堡”,不过说实话,旧时的城堡又冷又漏风。现今的家居则是舒适的港湾,具备高效运转的中央采暖系统和保温隔热效果良好的建筑围护结构。冬季,我们靠房子的墙体和屋顶保暖,酷暑炎夏,则靠他们隔热。如今人们在买房时需要的是能够节能,并具有很高的保温隔热性能的房子。考虑到能耗的成本和环境影响,“减少能耗”已成为人们追求的目标。

 

保温性能

在温和的气候条件下,几乎百分之二十的总能耗用于住宅采暖、制冷和照明。

 

热传递的定义

热始终从温暖的区域向寒冷的区域移动。冬季,热从屋内通过建筑物围护结构流向屋外,夏季,则从屋外流向屋内。我们不可能完全阻止热流出入建筑物,但可以综合采用阻止热流动的各种材料,最大限度#降低热流动。热传递方式有以下几种:

1.传导是在固体材料分子受到材料一侧热源的激发时发生的。这些分子将能量(热)传送到材料的冷侧。传导主要通过建筑物的基础和框架构件发生。热流速率取决于所用的材料。

2.对流是指空气流动,空气受热后变稀上升,冷空气被吸入来填补热空气移动后所出现的空间。

3.辐射是在一个物体通过释放热波向另一个物体传热时发生的。例如,太阳产生辐射能,为地球供热。辐射可影响建筑物的表面温度,但主要通过玻璃门窗影响采暖条件。

4.气流可携带热空气或冷空气,这取决于建筑物的内外的压差以及建筑物围护结构的漏气状况。虽然漏气有时可导致对流,但也能直接通过小孔进入墙体和屋顶。这可能会将水蒸汽带入墙体的空腔,导致冷凝。

这四种传热传递方式都会对建筑物造成影响。但在建筑结构紧密的建筑物中,热损失大多通过建筑构件的传导而发生。要最大限度地提高能效,建筑的构件必须采用能阻止热传导的框架材料设计,并且必须包括连续气密层、隔热材料和防潮层,以防止通过建筑物围护结构发生空气泄漏。

 

气密层是指限制空气进出建筑物围护结构的一层膜,目的是控制由于不受控制的空气泄漏而发生的热损失,同时也可确保不会讲多余潮气带入墙体或屋顶的孔隙。

在一般框架结构中,在管线、通风口和管道穿过外墙和天花板的地方,可能会发生空气泄漏。所采用的气密层必须坚固耐用,连续包绕整个建筑物围护结构,而且还应正确施工,以便抵抗因风、换气和空气运动而产生的压差。例如,将0.15毫米的聚乙烯薄膜放置在框架结构内侧,堵住缝隙,用石膏板紧固到位,即构成气密层。

在较冷的气候条件下,可以同时使用内部的聚乙烯薄膜和外部的“墙衣”薄膜。这是因为,聚乙烯气密层也是一种蒸汽阻隔层,而外部“墙衣”材料同时也是一种防潮层。在寒冷的条件下,蒸汽阻隔层设在阻热层的温暖的一层,防止蒸汽通过内墙或天花板饰面扩散,然后再墙体或天花板构件中冷凝。

在比较寒冷的气候条件下,由于聚乙烯膜会留住墙体构件内的潮气,所以不应用于房屋外部。而“墙衣”型材料并不是一种蒸汽阻隔层,因而可适用于房屋外部。

放置在墙体、屋顶或地板空腔内的隔热材料可减低从热区域向冷区域的热传递速率。其效能基础是降低通过材料中气孔而发生的热传导,并且通过保持气孔微小来减少对流。普通隔热材料可采用各类材质制造,其中包括矿物质或玻璃纤维以及膨胀发泡材料。

防潮层是放置在外墙面板上的一层薄膜,可充当保护围护结构免受风雨雪侵袭的第一道防线。在某些情况下,这还包括“墙衣”型薄膜或用作气密层的其他材料,但这种薄膜必须连续覆盖在墙体上,而且孔隙周围须安装防水板,以确保排水畅通。

若采用保温隔热性能差的构件,其显而易见的后果就是为建筑物采暖和制冷所需的能耗增加。除对环境的不利影响外,增加能耗也增加了建筑物业主在建筑物使用寿命内所需持续负担的成本。因此必须运用恰当的设计手段,来提高建筑物的能效和耐久性。

 

木材:天然绝热材料

由于木材的蜂窝状结构具有数以百万计的小气孔,所以木材是一种天然隔热材料。因为材料的热传导性随其相对密度的增加而增加,所以木材的保温性能优于密度高的材料。

针叶材的保温性能是相同厚度的玻璃纤维棉隔热层的一半,但却是混凝土和砖石的10倍左右,实心钢材的400倍。然而,尽管木材的隔热性能在主要框架结构材料中时最好的,木结构技术确是基于包括墙体、屋盖、楼盖结构中有效隔热材料共同作用的结果。

 

节能与轻型木结构建筑

建筑物节能包含两个方面:实体能耗和运行能耗。

实体能耗

建筑物的“实体能耗”是指在原料获取、加工、制造、运往现场和建筑施工中所消耗的能源。初始实体能耗由两部分组成:一是直接能耗,即建造建筑产品并将其运到施工现场以及建造房屋时所使用的能耗;二是间接能耗,即加工、运输、转换燃料和能源并将其交付到使用点所耗用的能源。

建筑物种的循环实体能耗表示,在建筑物使用寿命周期内用于维护、修理、修复、翻新或更换各种材料、部件或系统时所消耗的不可再生能源。

运行能耗

通过降低建筑物的运行能耗来满足节能之需,这一点已成为全世界的共识。

通过采用隔热性和气密性很高的建筑物围护结构系统、高性能窗户、高能效采暖、制冷和水暖设备、低能照明和节能家用电器,可以大大提高住宅和商业建筑的运行能效。

增强建筑物基础、墙体和顶盖以及隔热门窗的保温性能,也有利于大大降低建筑物的运行能耗。但是,这些都要求采用更多具有较高实体能耗的材料。

 

低保温性能的效应

钢墙骨柱墙体上的鬼印记

鬼印记是出现在外墙内侧框架上方的难看的垂直印记。它产生的原因是朝哥哥方向不断运动的浮尘粉粒从暖空气中吸收能量的速度高于从冷墙吸收能量的速度。因此,尘粒就被推向冷墙表面。

在木结构墙体等表面温度均匀的墙体上,由于尘埃在墙体表面上均匀散开,因此,粉尘聚集不明显。但在带冷点的墙体上,比如钢结构墙体,粉尘在较冷区域的集聚速度较快,因而会出现明显的鬼印记。

每当墙体表面温差超过1.8℃时,就会出现鬼印记,并且,当钢墙骨柱比墙体空腔的温度低4.5℃以上时,就会出现严重的变色现象。

室内空气质量

霉菌是多数家庭的主要室内污染物。在湿度较大的房屋内,局部的冷表面可在经历最初数月寒冷之后,造成严重的霉变问题。减少冷点的办法是在钢结构构件的外部放置隔热材料,以减少霉变的可能ing,从而降低对健康的不利影响。

建筑成本的提高

钢结构需要在外部增加发泡保温层,才能达到句结构系统所能达到的热阻值。另外,门窗边框等需要加长,这同样也提高了成本。

能源要求和环境成本的提高

钢框架的保温性能较低,导致建筑物采暖和制冷所需要的能耗增加。由此所造成的环境影响则转化为必须由社会承担的成本。这种成本通过各种形式体现出来,如空气污染加剧、二氧化碳排放量增加,以及对不可再生矿物燃料用量增加。

使用发泡保温板来提高钢结构构件保温性能的做法也增加了其环境成本。发泡保温板采用不可再生的矿物燃料制成。在制造某些类型的发泡板过程中,会产生氢氟碳,这会引起臭氧耗竭,而且能耗很大。例如,生产100平方米的25毫米硬质发泡保温板,即覆盖120平方米的平方所需的发泡保温材料,大约需要耗电1600千瓦时(度)。

 

木结构和钢结构系统保温性能的总结

1.对纯墙的实验室研究表明,钢结构墙体的保温性能显著低于木结构墙体;

2.实测研究表明,钢结构房屋的保温性能低于实验室试验的预期结构;

3.通过计算机建模表明,与门窗和角落等形成交接的建筑结构特征,对钢结构墙体保温性能的负面影响大于类似的木结构的墙体,这也是实验室研究和实测研究存在差异的原因;

4.钢结构需要在框架外部增加额外的隔热层,才能达到木结构构件所能达到的热阻值。

钢结构房屋如不采用额外的保温层,则采暖和制冷费用都要增加,墙壁上会出现鬼印记,室内空气质量也会由于霉变加剧而变化。

 

与钢材和混凝土相比,木材由于其独特的蜂窝结构而具有出色的隔热性能能。因此,在建筑围护结构设计中,木结构经由热传导而损失的热量低于其他建筑材料。

还有,当木结构与适当的施工技术及包括保温层、气密层和防潮层等材料相结合使用时,空气泄漏现象可降至最低,从而减低房屋在寿命周期内的净能耗。

此外,木材是唯一可再生的建筑材料,木材产品的生产可减少对工业能耗的要求,减少对地球环境的影响。同时,轻型木结构建筑也很坚固、安全、保温隔热性能好,具有很好的成本效益。


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