冷彎薄壁型鋼組合墻體傳熱性能研究綜述

張秀華 李月嬌 李思雨

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江哈爾濱 150040)

建筑業作為國家支柱產業，在滿足社會需求、促進國家經濟發展的同時也消耗大量的資源，導致了環境污染和氣候變暖等負面影響。從全球來看，建筑能耗占總能耗的29.74%，而在建筑能耗中，通過外墻耗散的熱量占建筑總熱量的40%左右，是氣候相近國家的2倍～3倍。因此提高外墻的保溫隔熱性能迫在眉睫，開發節能建筑墻體對推動節能發展具有重要意義。結合國家對綠色建材的重視與推廣，本文主要對冷彎薄壁型鋼組合墻體的傳熱性能進行總結研究。

1 組合墻體傳熱性能研究現狀

組合墻體主要由型鋼骨架與覆面板組成，通過ST4.8級自攻螺釘連接，中間空腔用巖棉填充而成。根據覆面板材料不同，組成結構也有所不同。常見的覆面板有稻草板、石膏板、OSB板、膠合板與竹板等。

1.1 國外研究

國外對組合墻體的傳熱性能研究起步早比較成熟。Jeffrey E等［1］通過耐候試驗和耐腐蝕測試，研究腹板開孔輕鋼龍骨墻體的耐久性能，得出結論:腹板開孔后可以有效的減少墻體的熱量損失，減少局部熱橋現象。Kosny J等人［2］對輕鋼龍骨組合墻體進行了標定熱箱試驗和有限元模擬分析，得出結論:龍骨的布置形式和龍骨比重對墻體熱阻影響程度較大。并在此基礎上提出使用隔熱材料包裹龍骨可以有效減小復合墻體中熱橋效應。在此基礎上Syed A M和Kosny J［3］通過分區法計算并對比了龍骨比重分別為5%，8%，11%與14%時鋼龍骨與木龍骨墻體的熱阻。結果表明:隨著墻體中龍骨比重的提升，墻體熱橋影響增大，墻體保溫性能顯著下降。Lassue S等［4］將腹板開孔的輕鋼龍骨墻體熱損失簡化方程植入計算機程序，并提出一種新型可視化熱橋的紅外熱成像法用于計算熱損量。

1.2 國內研究

我國對組合墻體傳熱性能研究雖然起步晚、基礎差，但經過科研人員的不斷鉆研并通過借鑒發達國家的經驗和技術，在該方面也已經取得了巨大進步。

顏於滕［5］利用標定熱箱試驗法和ABAQUS有限元分析軟件對腹板開孔的輕鋼龍骨進行保溫性能分析，并提出應用于腹板開孔組合墻體傳熱系數的計算公式。楊華等［6］采用有限元分析軟件對腹板開孔后截面參數對輕鋼復合墻體傳熱性能的影響進行分析。截面參數包括龍骨幾何尺寸、孔洞參數、覆面石膏板與外加苯板厚度等。研究表明:腹板高度、孔洞排數、孔洞長度及苯板厚度是影響腹板開孔輕鋼龍骨墻體傳熱性能的主要參數。武勝等［7］采用熱電偶測溫法對腹板開孔、帶外保溫層腹板開孔輕鋼龍骨組合墻體傳熱性能試驗研究。結果表明:兩種墻體傳熱系數為0.315W/(m2·K)，0.250 W/(m2·K)，可以滿足我國寒冷地區規范要求。李玉順等［8］對鋼—竹組合墻體試件進行傳熱性能試驗研究，得到該組合墻體傳熱系數約為0.387 W/(m2·°C)，具有良好的保溫效果，復合嚴寒地區居住建筑的傳熱系數限值要求。

2 組合墻體傳熱性能影響因素

冷彎薄壁型鋼組合墻體因其強度高，自重輕等優點，廣泛被應用到住宅的主要承重部分。本文通過總結前人對冷彎薄壁型鋼組合墻體進行的試驗探究和有限元模擬分析，得出影響組合墻體傳熱性能主要因素:

1)型鋼截面尺寸，包括型鋼腹板高度、厚度和翼緣寬度;

2)龍骨比重、龍骨間距;

3)型鋼形式及布置位置;

4)型鋼腹板開孔參數，包括開孔排數、孔洞長度、孔洞寬度及孔洞縱向間距;

5)組合墻體是否外加苯板;

6)覆面板的種類、導熱系數及保溫性能。

3 冷彎薄壁型鋼—稻草板組合結構

我國是一個農業生產大國，有著豐富的秸稈資源，稻草秸稈每年生產數量大體上3億t。但因為村民的循環利用意識低，大多數秸稈成為了村民的生活燃料或在田間焚燒，不僅造成資源浪費，也污染環境。如能將其充分利用，不僅可解決焚燒秸稈帶來的環境問題且發揮稻草秸稈生產周期短、利用率高、成本低的優勢。因此從利用效率和利用成本的角度出發，稻草板在綠色建筑領域中具有很大的發展空間。

3.1 國內外研究現狀

Khedari J和Suttisonk B［9］對稻草秸稈和無機膠結合材料應用于建筑保溫中進行了大量的研究，提出使用不同的農業廢棄物可以提高建筑的保溫性能，其中稻草秸稈的效果最為明顯，可以發展成為一種新型的輕質建筑保溫材料。

稻草板具有綠色環保、保溫隔熱和隔音降噪等諸多特點。張秀華等［10］對壓型鋼板—稻草板組合樓蓋進行了力學性能試驗，得出壓型鋼板—稻草板組合樓蓋具有良好的承載力，力學性能可以滿足建筑結構樓蓋的要求。楊景程［11］對冷彎薄壁C型鋼—稻草板組合墻體的力學性能進行試驗研究。研究結果表明:薄壁型鋼和稻草板可以協同工作，具有良好的抗剪承載力。

可見鋼—稻草板組合結構充分發揮了二者的優勢，是一種良好的綠色建筑結構。該組合結構具有輕質高強延性好、抗震性能優良、整體性好、節能環保等特點。

3.2 組合墻體傳熱性能研究建議

該組合墻體的力學性能已經得到了試驗證明，但目前對其傳熱性能研究未見成熟報道。建議主要對其進行三個方面的研究:

1)截面參數對組合墻體傳熱性能的研究，包括型鋼腹板高度、厚度以及翼緣寬度;

2)型鋼開孔參數的影響，包括開孔縱向間距、橫向間距、孔洞長度以及孔洞寬度;

3)對該組合墻體的傳熱系數進行公式的修正;以及該結構保溫性、經濟性能研究。

4 結語

目前，國內學者對于冷彎薄壁型鋼組合墻體的傳熱性能已進行了大量的試驗研究并取得了階段性的成果。由于其覆面板材的多樣性，組合結構的保溫性有較大不同，稻草板作為綠色建筑材料，有較大的發展空間。稻草板作為覆面板時，組合墻體的傳熱性能的研究應進一步探索。