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集裝箱活動房圍護結構的保溫設計

2013年4月8日

近年來,隨著世界各地自然災害的頻頻發生以及對礦產資源的加緊開發,災民臨時安置房和油田礦山現場辦公居住房的需求量不斷增長,堅固耐用、搬運容易、安裝便捷的集裝箱活動房因而得到迅速發展。順應當今建筑節能、環保和經濟的潮流,加強集裝箱活動房圍護結構的保溫技術研究,已成為集裝箱活動房發展的必然趨勢。

1 圍護結構保溫設計目標及標準

1.1 室內熱舒適性

室內熱舒適性是人們對室內熱環境感到滿意的一種主觀感覺。影響室內熱舒適性的因素,除了人體的新陳代謝率、衣著情況等主觀因素外,主要包括室內溫度、室內濕度、空氣流動速度和環境熱輻射等多個室內客觀因素。環境熱輻射是由可能進入室內的太陽輻射及人體與房屋墻壁、地面、屋頂等周圍環境界面之間的輻射熱交換組成的。室內空氣溫度是影響室內熱舒適性的主要因素。

根據國家標準《采暖通風與空氣調節設計規范》,民居舒適性室內熱環境要求如表1所示。

民居舒適性室內熱環境要求

提高圍護結構的保溫隔熱性能及門窗的保溫性和氣密性,可以有效地改善集裝箱活動房室內的熱環境。

1.2 建筑圍護結構保溫與隔熱的區別

建筑圍護結構的保溫性能是指在冬季室內外條件下,圍護結構阻止由室內向室外傳熱,從而使室內保持適當溫度的能力。圍護結構的隔熱性能是指在夏季自然通風情況下,圍護結構在室外綜合溫度(由室外空氣和太陽輻射合成)和室內空氣溫度波動作用下,使其內表面保持適當溫度的能力。兩者的主要區別在于:

(1)傳熱過程不同。保溫性能反映的是冬季由室內向室外的傳熱過程,隔熱性能反映的是夏季由室外向室內以及由室內向室外的傳熱過程。冬季室外氣溫在一天中波動很小,其傳熱過程以穩定傳熱為主;夏季室外氣溫和太陽輻射在一天中隨時間有較大的變化,是周期性的不穩定傳熱。

(2)評價指標不同。保溫性能通常用傳熱系數K值(單位:W(/m2?K))或傳熱阻RO值(單位:(m2?K)/W)來評價。隔熱性能通常用夏季室外計算溫度條件下,圍護結構內表面最高溫度值來評價。在現行節能設計標準中,隔熱直接用圍護結構的熱惰性指標(D值)來衡量,透明玻璃可用遮陽系數SC來評價。

(3)構造措施不同。冬季保溫一般只要求提高圍護結構的熱阻,可采用輕質多孔或纖維類材料,通過復合保溫或自保溫來滿足節能要求。夏季隔熱不僅要求圍護結構有較大的熱阻,而且要求有較好的熱穩定性(即D值較大);外窗還應該提高玻璃的遮陽系數或設置遮陽,以減少太陽輻射熱。

2 圍護結構保溫設計要求

2.1 保溫形式

在進行集裝箱活動房圍護結構保溫設計時,要結合當地的氣候條件、集裝箱活動房的結構特點、多式聯運條件以及經濟性方面的要求,考慮保溫形式(即采用外保溫還是內保溫),通過最小總熱阻的計算,確定保溫構造與厚度。對夏熱冬冷地區,既要考慮建筑外圍護結構的隔熱,又要考慮冬季建筑外圍護結構的保溫。

因多式聯運過程中的起吊、堆碼、栓固等要求,以及港口、堆場作業條件和海陸運輸環境的限制,集裝箱活動房圍護結構通常采用內保溫形式。

2.2 保溫材料

盡可能采用熱導系數小的高效保溫隔熱材料,以減少保溫層的厚度,提高室內使用面積。

保溫隔熱材料按材質可分為無機保溫隔熱材料、有機保溫隔熱材料和金屬絕熱材料3大類;按形態又可分為纖維狀保溫隔熱材料、多孔(微孔、氣泡)狀保溫隔熱材料、層狀保溫隔熱材料等幾種。保溫隔熱材料的性能取決于材料的熱導系數,熱導系數愈小,其保溫隔熱的性能則愈好。保溫隔熱材料的熱導系數與其成分、表觀密度、內部結構以及傳熱時的平均溫度和材料的含水率有關。在建筑圍護結構中最常用的絕熱保溫材料有模塑聚苯乙烯泡沫塑料、擠塑聚苯乙烯泡沫塑料、硬質聚氨酯泡沫塑料、巖棉板、玻璃棉等。

2.3 防火性能

保溫系統防火性能的相關文獻表明,對于低層住宅(3層以下),各國規范對建筑構件的耐火極限要求均為0.5~1.0h,對建筑構件燃燒性能的要求以我國規范最為嚴格。在進行集裝箱活動房圍護結構的內保溫設計時,可遵循《建筑設計防火規范》GBJ16—1987、《住宅建筑規范》GB50368—2005和《建筑內部裝修設計防火規范》GB50222—1995的相關規定,采用不燃或難燃材料,如礦棉板(氈)、玻璃棉板等;若采用泡沫塑料類材料,其燃燒性能應達到B1級。

2.4 健康與環境保護

保溫隔熱材料應采用不對室內環境產生污染的環保材料,即不含有放射性、致癌以及其他污染室內環境的物質。目前,我國對室內環境污染的控制有《民用建筑工程室內環境污染控制規范》GB50325—2001和《室內空氣質量標準》GB/T18883—2002等2項標準。

2.5 內裝飾設計

(1)集裝箱活動房圍護結構的內保溫設計應兼顧圍護結構的內裝飾設計,力求保溫隔熱材料和內裝飾材料的一體化裝修,實現內裝修過程的標準化、工業化,提高內裝修的勞動生產率,提升內裝修的質量和水平。

在多式聯運過程中,集裝箱活動房受起吊、插舉、堆碼等裝運作業以及海陸運輸的顛簸和震動等諸多因素影響,箱體不可避免地產生變形。為防止內裝飾材料及其接縫的開裂,內裝飾材料宜采用橫向和縱向抗彎模量較高且有一定韌性的裝飾材料,不得直接用脆性材料裝飾,如瓷磚貼面和石材貼面等。內裝飾板接縫宜采用明縫或壓條處理,如需無縫處理,應嚴格按嵌縫工藝進行操作,選用具有較高的自黏結能力和強度、一定的韌性和較好的施工性能的接縫膠和接縫帶。

(2)集裝箱活動房內墻面或天花板上需固定或懸掛重物時,應事先在箱體上預埋襯板。

(3)保溫設計應確保內表面不結露,即內表面溫度不低于室內空氣的露點溫度。結露會使圍護結構內表面潮濕、霉變甚至淌水,惡化室內衛生條件。內保溫圍護結構的露點位置是在靠近外墻內側的表面存在結構冷(熱)橋的部位,這些部位因內外溫差過大常產生結露現象。在內保溫設計中應避免結構冷(熱)橋的存在。

3 集裝箱活動房圍護結構常用的內保溫系統

3.1 彩鋼夾芯板內保溫系統

彩鋼夾芯板是將彩色涂層鋼板面板及彩色涂層鋼板或鍍鋅鋼板底板與保溫芯材通過黏結劑(或發泡)復合而成的保溫圍護板材,按保溫芯材的不同可分為硬質聚氨酯夾芯板、聚苯乙烯(或擠塑聚苯乙烯)夾芯板和巖棉夾芯板。彩鋼夾芯板間采用咬合連接形式,用于潮濕場所的,可預先在面板表面高頻熱合PVC飾面。彩鋼夾芯板內保溫系統一般用于干箱箱體結構、對保溫性能要求不高的集裝箱式活動房。

3.2 龍骨內保溫系統

龍骨內保溫系統是配合石膏板、纖維水泥板、硅酸鈣板、氧化鎂板等內墻裝飾板而采取的一種內保溫方式。箱體結構結合輕鋼結構住宅的構造特點。薄板輕鋼龍骨既作為結構承載件,也作為內墻板的固定基礎,外側板可為干箱大波筋、平板、墻面壓型板等多種截面形式,龍骨間通常填充巖棉和玻璃棉等纖維狀保溫材料。

3.3 復合保溫石膏板內保溫系統

歐洲于20世紀70年代初開始在建筑上應用復合保溫石膏板內保溫系統,經過近40年的大規模工程實踐和考驗,已形成完善的技術標準,成為歐洲主流的建筑圍護結構保溫系統。自2006年由以拉法基為代表的外資建材企業引進到我國之后,該系統已通過建筑行業的一系列理論和檢測論證,發布相關技術規程和圖集,并成功應用于許多工程項目中。復合保溫石膏板兼有石膏板的裝飾性和保溫材料的出色保溫性能,實現集裝箱活動房保溫材料和內墻裝飾板的一體化裝修,提升內裝修效率。

3.4 聚氨酯內保溫系統

聚氨酯內保溫系統是結合冷箱發泡技術而形成的一種集裝箱活動房圍護結構內保溫系統,其主要工藝特點是預先對集裝箱活動房各圍護結構進行聚氨酯模壓注射發泡,從而形成頂、側、底等幾大總裝部件,總裝后,再對各整體部件交界處進行二次發泡。聚氨酯內保溫系統適用于各種形式的箱體結構,相對于EPS,XPS等保溫材料具有不可比擬的優勢:

(1)保溫效能好 聚氨酯硬泡的熱導系數≤0.024W(/mK),是EPS,XPS等保溫材料中熱工性能最好的的保溫材料。模壓注射聚氨酯硬泡能適應各種形狀截面,形成連續有效的保溫層,避免空氣通過縫隙或空腔流通而產生的冷(熱)橋現象。

(2)黏附力強 聚氨酯硬泡能與混凝土、木材、鋼材、瀝青、橡膠等材料粘結牢固。模壓注射聚氨酯硬泡能與箱體、內墻裝飾板有效結合,即使在最不利的溫度與濕度,以及自重、正常碰撞等諸多因素的影響下,保溫層仍保持穩定性,不出現與箱體和內墻裝飾板的分離、脫落現象。

(3)防火性能較好 聚氨酯硬泡添加阻燃劑后是一種難燃、自熄碳化的材料,且無XPS,EPS遇火及高溫而熔滴造成墻體脫落的的缺陷,其防火性能可達到B2級。

(4)防水性能好 由于聚氨酯硬泡屬于閉孔結構,閉孔率90%,吸水率≤4%,能很好地阻斷水和水蒸氣的滲透,能使保溫系統長期保持在良好、穩定的絕熱狀況。

(5)抗裂性能好 聚氨酯硬泡是一種柔性較好的材料,抗外界變形能力強,在外力、溫度、濕度等變形作用下,不易發生裂縫,有效地保證體系的穩定性和耐久性。

(6)環保性能好 聚氨酯硬泡屬于三維熱固交聯結構,是一種化學穩定性較高的材料,其發泡劑可用無氟或半氟型的,因而不會產生有害氣體,不會對室內環境和臭氧層造成危害。

(7)施工便捷 模壓注射的施工可以進行機械化作業,效率高。聚氨酯施工對集裝箱活動房外形適應能力強,能全方面保證復雜部位的保溫效果。

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