“双层表皮”节能外墙技术在既有平房仓改造中的应用

1、“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Application of “ Double skin” energy-saving external wall technology in transformation warehouseSheng Hong-pin

2、g(Nanjing Huaye Architecture Design Institute industry limited liability company Nanjing Jiangsu 210017)【Abstract】 The “ double-skin” technologyenergy-saving wall structure is a new type of building energy conservation measures, through themaintenance of the structure of the original wall of thelate

3、ral wall insulation overhead ALC settings, both within and outside the two-tier structure of the formation of the parapet walls of the Circuit, and the intermediate structure the flow of air between the layers, greatly improved the height of the parapet wall of the granary thermal performance and av

4、oid the food storage“ coldcore ” effect, and achieved a good technical and economic effects.【Key words】“Double skin”; Flow air between layers;ALC insulation wall; “ Cold core ” effect技术背景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、钢筋硅拱板或彩钢板屋面，墙体为490mm或370mm厚实心砖墙,钢筋混凝土的导热系数为1.74W/(mk), 砂浆黏土砖砌体的导热系数为 0.81 W/

5、(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W25c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。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

6、, 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(Exterior Insulation andFinish System,EIFS)双层表皮技术(Double Facade Skin) 垂直绿化系统(Vertical Green System)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

7、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。“双层表皮”节能外墙技术的应用特点工作原理。“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

8、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。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

9、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，选才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。“双层表皮”节能外墙技术的设计方法设计思路。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

10、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混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 TOC o 1-5 h z 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。设计实例。现结合中储粮扬州直属库的一栋30m x 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

11、 :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330X200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=(KpFp+KB1FB1+KB2FB2+ KB3FB3)/( Fp+ FB1+ FB2+ FB3) 式中:Km外墙的平均传热系数W/(m2K);Kp外墙主体部位的传热系数 W/(m2K);KB1、KB2、KB3外墙周边热桥部位的传热系数W/(m2K);Fp外墙主体部位的面积(m2);FBI、 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.

12、50 W/(m2K),传热阻R为1/Km,蓄热系 数 S为 10.63 W/(m2K)M热系数为 0.81 W/(mK);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/(m2K);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/(m2K) 。综合以上计算，该“双层表皮”围护结构的K值为 1/2R约为 0.72 W/(m2K),远小于 1.5 W/(m2K) 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=R1S1 +

13、R2S2+ + RnSn式中:R1、 R2Rn各层材料的热阻 (m2K/W);S1、 S2 Sn-一各层材料的蓄热系数 W/(m2K);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。“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 X 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

14、8 日 27.523.525.524.031.027.027.024.52006 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。结论采用“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;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