嚴(yán)寒地區(qū)集裝箱活動房的熱工性能(1)

2013年7月16日

受運輸條件限制，集裝箱活動房通常采用內(nèi)保溫形式。干貨箱結(jié)構(gòu)的活動房內(nèi)保溫層材料與內(nèi)裝修材料一般合二為一。例如，采用金屬面的聚苯乙烯、聚氨酯和巖棉等夾心板進行裝飾，或在泡沫塑料板表面貼石膏板或各類裝修板等。內(nèi)保溫形式的箱體容易出現(xiàn)熱橋現(xiàn)象，需要做適當(dāng)處理，防止結(jié)露和發(fā)霉影響室內(nèi)環(huán)境。本文以金屬面保溫夾心板為例，分析嚴(yán)寒地區(qū)集裝箱活動房的熱工性能。

1、工況概述

為適應(yīng)嚴(yán)寒地區(qū)的使用環(huán)境，以我國呼瑪（嚴(yán)寒地區(qū)A區(qū)）冬季室外計算參數(shù)為依據(jù)。集裝箱活動房屬輕型結(jié)構(gòu)體系，其熱惰性指標(biāo)D值較小，一般小于2.5，多數(shù)小于1.5。圍護結(jié)構(gòu)冬季室外計算溫度t_e＝-47℃（Ⅳ類），室內(nèi)計算溫度t_i＝18℃，平均相對濕度Ψ_i＝60%，露點溫度t_d＝10.13℃。箱體底部為防潮濕采用水泥墩架空，因此，除箱體前后、左右和頂部與室外空氣直接接觸外，底部也與室外空氣直接接觸。

2、最小傳熱阻和節(jié)能傳熱阻

最小傳熱阻是指在特定的室外計算溫度和室內(nèi)計算溫濕度條件下，允許采用的圍護結(jié)構(gòu)傳熱阻的下限值。確定最小傳熱阻的目的是確保圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度不低于室內(nèi)空氣露點，從而防止結(jié)露，同時避免因人體與圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面之間輻射換熱過多引起的不適感。設(shè)室內(nèi)空氣與外墻內(nèi)表面的允許溫差[△t₁]=6℃，室內(nèi)空氣與屋面內(nèi)表面的允許溫差[△t₂]=4℃，溫差修正系數(shù)η=1.00，圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面換熱阻R_i=0.11m²·K/W，則

外墻最小傳熱阻

屋面最小傳熱阻

為提高能源利用效率，圍護結(jié)構(gòu)的傳熱阻還應(yīng)符合有關(guān)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求。按我國《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189—2005）規(guī)定，嚴(yán)寒地區(qū)A區(qū)的屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)K≤0.30W（/m²·K）（即R_o≥3.33m²·K/W），外墻和架空樓板傳熱系數(shù)K≤0.40W（/m²·K）（即R_o≥2.50m²·K/W）。通過比較可見，集裝箱活動房的圍護結(jié)構(gòu)應(yīng)按節(jié)能傳熱阻校核熱工性能。

3、外墻和屋面內(nèi)保溫方案的熱工性能比較

為滿足墻面和天花板的耐火極限不小于45min的要求，室內(nèi)采用厚度不小于75mm的金屬面巖棉夾心板進行裝飾。外墻內(nèi)保溫方案見圖1和圖2。方案1采用厚度為150mm的金屬面巖棉夾心板直接裝飾，其插接槽口龍骨為PVC型材，門窗框鋼骨架部位墊厚度為75mm的膠合板；方案2預(yù)先在金屬外側(cè)板內(nèi)面粘貼厚度為75mm的聚苯乙烯泡沫板，然后在室內(nèi)裝飾厚度為75mm的金屬面巖棉夾心板，其插接槽口龍骨為PVC型材，夾心板直接覆在門窗框鋼骨架上。

單一保溫截面

圖1 單一保溫截面（方案1）

多層保溫截面

圖2 多層保溫截面（方案2）

鋼板是熱的良導(dǎo)體，其熱導(dǎo)率λ=58.2W/（m·K）。在建立外墻圍護結(jié)構(gòu)的熱工物理模型時，假設(shè)金屬外側(cè)板內(nèi)表面的環(huán)境參數(shù)等同于室外計算參數(shù)，同時不考慮金屬面巖棉夾心板的金屬面層對熱工性能的影響。金屬面巖棉夾心板的幅寬為1150mm，槽口PVC龍骨壁厚3mm，內(nèi)表面?zhèn)鳠嶙?em>R_i=0.11m²·K/W，外表面換熱阻R_e=0.04m²·K/W，修正系數(shù)Φ=0.93（λ₂/λ₁=0.314）。對上述2種外墻內(nèi)保溫方案按一維穩(wěn)態(tài)進行熱工計算，其傳熱阻計算結(jié)果見表1。其中，熱阻R=δ/λ，平均熱阻=，傳熱阻Ro=R_i+∑R+R_e。

表1 外墻內(nèi)保溫方案的傳熱阻

外墻內(nèi)保溫方案的傳熱阻

從表1的計算結(jié)果來看，方案1和方案2的傳熱阻均高于節(jié)能傳熱阻。如果屋面采用同樣方案，也基本符合節(jié)能傳熱阻的要求。采用金屬面保溫夾心板進行裝飾時，門窗框、保溫夾心板插接槽口、相互垂直的墻體以及墻體與天花板和地板的接縫等部位熱流密集，內(nèi)表面溫度較低，可能產(chǎn)生程度不同的結(jié)露現(xiàn)象，因此，需要對這些部位的內(nèi)表面溫度進行驗算，以便確定其是否低于室內(nèi)空氣露點溫度。

在0.2＜門窗墻面積比≤0.3的情況下，按照《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》的要求，門窗傳熱系數(shù)為2.0W（/m²·K）＜K≤2.5W（/m²·K），其傳熱阻與厚度為75mm的膠合板接近，門窗框部位的熱橋脅寬與結(jié)構(gòu)厚度比α/δ＞1.5，其內(nèi)表面溫度。在保溫夾心板插接槽口填實保溫材料的情況下，方案1的插接槽口部位類似《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》（GB50176—1993）中的a形式熱橋，方案2類似c形式熱橋，α/δ≤1.5，保溫夾心板插接槽口部位的內(nèi)表面溫度，其中方案1的修正系數(shù)η=0.12，方案2的修正系數(shù)η=0.25。保溫夾心板一般采用金屬角鐵固定，垂直交界處的接縫無法用發(fā)泡型填縫膠完全密封，因此存在縫隙。方案1和方案2的縫隙物理模型分別見圖3和圖4。按熱流密度計算縫隙部位的內(nèi)表面溫度，空氣與鋼板的表面換熱系數(shù)為3~10W（/m²·K），內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)α₁=8W（/m²·K），空氣間層傳熱系數(shù)α₂=4W（/m²·K）。上述3種形式的熱橋部位內(nèi)表面溫度的計算結(jié)果見表2。

相關(guān)內(nèi)容：

嚴(yán)寒地區(qū)集裝箱活動房的熱工性能(完)