1、保溫隔熱屋面鋼結構建筑保溫屋面系統方案設計與選擇2衛永梅1，（1.上海交通大學自動化系，上海200240；2.博思格建筑系統巴特勒(上海)有限公司，上海201613）摘要：建筑物合理選用保溫材料是重要的技術指標和經濟指標之一，鋼結構建筑常用的保溫材料有玻璃棉和巖棉兩類，本文通過這兩類保溫材料熱工性能的分析，結合其在巴特勒鋼結構建筑系統中的典型應用，其中包括適用于不同的氣候分區的單層保溫棉和雙層保溫棉兩大系統，為鋼結構建筑保溫屋面系統的設計與選用提供借鑒。關鍵詞：鋼結構建筑；屋面保溫；玻璃棉；巖棉文章編號：1007-497X（2012）-03-0044-05中圖分類號：TU231；TU55文獻標

2、識碼：BThermalRoofSystemDesignandChoiceforSteelBuilding2WeiYongmei1，（1.ShanghaiJiaoTongUniversity,DepartmentofAutomation,Shanghai200240,China;2.BlueScopeSteelButler(Shanghai)Inc.,Shanghai201613,China）Keywords:steelbuilding;thermalroof;glasswool;rockwool鋼結構建筑由于具有可回收、循環再利用、質量輕、節能、構件加工和安裝過程中對環境污染少的特點，與傳統的

3、混凝土結構建筑及砌體結構建筑相比較，具有諸多方面的優勢。正因為其無可比擬的優點，鋼結構建筑是國際建筑業的發展方向，有著廣闊的市場空間。目前，鋼結構建筑正逐步從工業廠房、物流倉收稿日期：2011-06-16儲發展到大型超市、會展中心等大型公共建筑，并不斷形成產業化、系統化、多樣化。1問題的提出鋼結構建筑從節能考慮，一方面建筑最好是南北朝向，且重視體形設計，并減少外表面凹凸；另一方面從提高外墻和屋面的熱工性能著手，要控制外墻和屋面的熱惰性指標，減少室溫的波動。目前，鋼結構建筑多采用與優質的保溫材料相結合的體系，來達到建筑保溫隔熱的功效。那么，在實際項目的操作過程中，如何選用合適的保溫材料，才能使建

4、筑物既達到保溫隔熱的效果，又符合經濟指標？2建筑物熱工性能評價44CBW-RoofingEngineering保溫隔熱屋面建筑物的熱工特性參數，主要包括屋面隔熱情況、外圍護結構的熱阻等。要改善建筑物的熱工性能，就必須分析研究這些參數對建筑物的影響。建筑物的熱工性能，主要體現在保溫和隔熱兩個保溫作用，以室內為例，是指建筑材料和結構在方面。冬季防止由室內向室外傳熱，從而使室內保持適當溫度的能力；隔熱作用，以建筑物外墻、屋頂為例，是指建筑材料和結構在夏季隔離太陽輻射熱和室外高溫的影響，從而使室內保持適當溫度的能力。通常，保溫性能用傳熱系數值或傳熱阻值來評價；隔熱性能用夏季室外計算溫度條件下（即較熱天

5、氣）圍護結構內表面最高溫度值來評價。材料傳熱系數K，是指單位時間內，在溫度梯度W/（m2·K）。的方向，通過單位面積物體的熱量，單位：傳熱阻R，為傳熱系數K的倒數，單位：m2·K/W。圍護結構的傳熱系數K值愈小，或傳熱阻R值愈大，保溫性能愈好。導熱系數，是表征材料導熱特性的一個物理指標，數值上等于熱流密度除以負溫度梯度，單位：W/（m·K）。減少建筑能耗，降低圍護結構的耗熱量及改善其熱工性能，是建筑節能取得成效的關鍵。根據GB50189公共建筑節能設計標準，整理得到圍護結構傳熱系數的限值，見表1。表1不同氣候分區圍護結構傳熱系數限值氣候分區圍護結構部位屋面嚴寒地區

6、A區外墻屋面嚴寒地區B區外墻屋面寒冷地區外墻屋面夏熱冬冷地區外墻屋面夏熱冬暖地區外墻1.51.51.00.91.00.90.600.700.500.700.500.550.450.450.450.450.400.353鋼結構常用保溫材料及其熱工性能一般來說，建筑物圍護結構中保溫材料的設計厚建度主要取決于以下幾個方面：建筑物的體型系數、筑物墻面和屋面開窗面積、圍護結構的熱惰性指標、國家相關節能規范或標準對圍護結構傳熱系數的限值、防結露計算得出的圍護結構最小傳熱阻等。鋼結構常用保溫材料，有玻璃棉、巖棉、聚苯乙烯擠塑泡沫板等。這些材料在保溫隔熱性能、防火性能、穩定性、抗壓強度、防水性能、隔音性能、有

7、害物質含量等方面，存在較大差異。在選擇建筑圍護結構保溫材料時，除保溫材料本身外，應結合考慮建筑物的用途、地理位置及建筑的形狀、大小、朝向等因素。3.1建筑絕熱用玻璃棉建筑絕熱用玻璃棉，已成為金屬結構建筑普遍采用的保溫隔熱材料。它通過縱橫交叉的玻璃纖維把單位體積的空氣分割成無數的小氣室，從而阻礙空氣的保溫玻璃棉除了出眾的保溫對流以達到保溫的目的。性能外，還具有隔熱、隔音、防潮、輕質、高彈性、抗壓、安裝方便、成本低等特點。建筑上選用的保溫玻璃棉，產品性能應滿足建筑絕熱用玻璃棉制品（GB/T17795）要求，其燃燒性能不低于建筑材料及制品燃燒性能分級（GB8624）中的A2級；其24平均溫度下的導熱

8、系數見不同厚度所對應的傳熱系數見表3。表2，表2保溫玻璃棉24下不同容重所對應的導熱系數容重（/kg/m3）材料導熱系數/W/（m·K）120.043140.040160.03920240.350.3表3保溫玻璃棉24下不同厚度所對應的傳熱系數K/W/（m·K）保溫玻璃棉厚度/mm5075100150容重（/kg/m3）由上可見，保溫玻璃棉的熱工性能具有如下特點：20123屋面工程保溫隔熱屋面1）保溫材料的厚度對保溫效果的貢獻比較直接，接近正比關系。保溫玻璃棉厚度增加，熱阻值明顯提高，而成本增加不多。2）保溫材料容重越大，材料的傳熱系數越小。保溫玻璃棉容重提高，可以提高熱阻

9、值，但不明顯，而成本增加很快。3）保溫玻璃棉的極限溫度較低。達到538時，保溫玻璃棉就會軟化，因此保溫玻璃棉不適用于有防火極限要求的建筑。另外，建筑設計防火規范（GB50062006）條文解釋中明確指出：二級耐火等級廠房的屋頂承重構件可采用無保護層的金屬構件。條文解釋為保溫玻璃棉的廣泛使用提供了法律依據。3.2建筑用巖棉、礦渣棉某些建筑有特殊要求，如防火極限，建議在金屬結構建筑中采用建筑絕熱用巖棉作為保溫隔熱材料。這種材料具有隔熱、隔音、輕質、高彈性、抗壓性、安裝成本低、抗老化、耐候性好等特點。方便、針對此類要求，應選用品牌巖棉，產品性能應滿足建筑用巖棉、礦渣棉絕熱制品（GB/T19686）的

10、有關規定，燃燒性能達到建筑材料及制品燃燒性能分級（GB8624）中的A級。巖棉保溫材料24平均溫度下的導熱系數見表4，不同厚度巖棉氈24時的傳熱系數見表5，不同厚度巖棉板24時的傳熱系數見表6。表4巖棉保溫材料24下不同容重對應的導熱系數項目容重（/kg/m3）50巖棉氈60801004050巖棉板6080100120表5巖棉氈保溫材料24下不同厚度對應的傳熱系數2K/W/（m·K）容重（/kg/m3）巖棉氈厚度/mm50305075100150表6巖棉板保溫材料24下不同厚度對應的傳熱系數2K/W/（m·K）容重（/kg/m3）巖棉板厚度/mm50305075100150

11、圖1是巴特勒鋼結構建筑系統中比較典型的單層保溫棉屋面系統，表7是該屋面系統對應的熱阻系數，表8則是保溫材料相應的傳熱系數。用表8中的公共建筑節能設計標準（GB50189）中傳熱系數與的傳熱限值進行比較，可以方便地確定保溫方案適用的范圍和地區。材料導熱系數/W/（m·K）相對而言，巖棉保溫材料比玻璃保溫棉材料重，而且價格高，因此，采用巖棉保溫材料的屋面系統造價更高。4典型的鋼結構保溫屋面系統及其應用4.1典型的鋼結構保溫屋面系統1）典型的單層保溫棉屋面系統46CBW-RoofingEngineering保溫隔熱屋面表7典型的單層保溫棉屋面系統及其熱阻系數編號名稱材料描述0.61.0mm

12、厚恒麗板或鋁板50mm厚120kg/m3方案A1：巖棉方案A2：100mm厚120kg/m3巖棉方案B1：100mm厚12kg/m3玻璃保溫棉方案B2：150mm厚12kg/m3玻璃保溫棉隔汽層內襯板吸音板穿孔內襯板無紡布0.40.8mm金屬板泡沫金屬Rt=+0000保溫要求，此時就必須加厚保溫材料的厚度。但當超出安裝附件的限值，如連接件釘子長度、強度等時，保溫棉必須分層鋪設。圖2是巴特勒鋼結構建筑系統中比較典型的雙層保溫棉屋面系統，表9是該屋面系統對應的熱阻系數，表10則是保溫材料相應的傳熱系數。同樣，用表10中的傳熱系數與公共建筑節能設計標準（GB屋面板保溫棉總熱阻值/（m2·K

13、/W）1.35，2.70，1.35，2.70，總傳熱系數/Kt=1/RtW/（m2·K）應用范圍巖棉適用于具有防火要求的鋼結構建筑，如果有隔音要求，+是需要的。編號表9典型的雙層保溫棉屋面系統及其熱阻系數名稱材料描述0.61.0mm厚恒麗板或鋁板方案A1：50mm厚120kg/m3巖棉方案A2：100mm厚120kg/m3巖棉方案B1：100mm厚12kg/m3玻璃保溫棉方案B2：150mm厚12kg/m3玻璃保溫棉保溫棉隔汽層吸音板穿孔內襯板50mm厚12kg/m3玻璃保溫棉無紡布泡沫金屬Rt=+0.84000注：考慮到保溫絕熱材料在安裝時的壓縮以及冷橋現象等，玻璃棉材料的折減系數

14、為1.3；巖棉材料的折減系數為1.1。總傳熱系數可公共建筑節能設計標準（GB50189）中0.3<體型系數0.4列下與的傳熱系數進行比較。屋面板表8不同單層保溫方案對應的傳熱系數及適用地區傳熱系數K/W/（m·K）2保溫材料50mm厚120kg/m3單層巖棉100mm厚120kg/m3單層巖棉100mm厚12kg/m3單層玻璃棉150mm厚12kg/m3單層玻璃棉適用地區保溫棉夏熱冬暖地區夏熱冬暖地區，夏熱冬冷地區，寒冷地區夏熱冬暖地區，夏熱冬冷地區夏熱冬暖地區，夏熱冬冷地區，寒冷地區單層保溫棉屋面系統由于既能滿足建筑的需求，符合國家相關規范，又較為經濟，已成為大多數業主的首選

15、。2）典型的雙層保溫棉屋面系統當建筑內部環境高溫高濕、容易結露時，如紡織車間以及寒冷地區的建筑，單層保溫棉屋面無法滿足總熱阻值/（m2·K/W）2.55，3.90，2.19，3.54，總傳熱系數/Kt=1/RtW/（m2·K）應用范圍巖棉適用于具有防火要求的鋼結構建筑，如果有隔音要求，+是需要的。20123屋面工程保溫隔熱屋面表10不同雙層保溫方案對應的傳熱系數及適用地區保溫材料傳熱系數K/（m2·K）W/3統。經過計算，該建筑的體型系數為0.31。該廠房屋面的保溫方案比較，見表11。表11武漢地區某鋼結構廠房屋面保溫方案比選可選擇的屋面保溫系統A方案：75mm厚

16、16kg/m3玻璃保溫棉B方案：50mm厚24kg/m3玻璃保溫棉熱阻值R/（m2·K/W）傳熱系數K/W/（m2·K）屋面每h耗熱量Q/W520000720000適用地區夏熱冬暖地區，夏熱冬冷地區夏熱冬暖地區，夏熱冬冷地區，寒冷地區，嚴寒地區B區，嚴寒地區A區夏熱冬暖地區，夏熱冬冷地區，寒冷地區夏熱冬暖地區，夏熱冬冷地區，寒冷地區，嚴寒地區B區，嚴寒地區A區50mm厚120kg/m巖棉+50mm厚12kg/m3玻璃保溫棉100mm厚120kg/m巖棉+50mm厚12kg/m3玻璃保溫棉100mm厚12kg/m保溫棉+50mm厚12kg/m3玻璃保溫棉150mm厚12kg/

17、m保溫棉+50mm厚12kg/m3玻璃保溫棉3330.460.280.410.30表11中，屋面耗熱量Q=T·A/R，其中假定室A為材料表面積，此處為廠房內外溫差T為10；的屋面面積。在兩種屋面系統的材料價格完全相同的前提下，B方案的每小時屋面耗熱量比A由表11可以看出，方案高出近30%。因此，選用前者。5結語綜上所述，金屬結構建筑結合優質的保溫材料,是很容易達到保溫隔熱的功能，滿足國家對建筑物節能的要求。建筑文化的發展與進步來源于建筑理念的不斷提升，建筑理念的表達離不開建筑技術的支撐，兩者之間的關系相輔相成，建筑技術也同樣具有創新性、邏輯性、趣味性等特質。對建筑技術、建筑構造與材料

18、的深入理解，有助于合理選用材料，為綠色建筑（圍護結構及屋面）理念的發展提供動力。參考文獻：1全國絕熱材料標準化技術委員會.GB/T17795-2008建筑絕熱用玻璃棉制品S.北京：中國標準出版社，2008.2全國絕熱材料標準化技術委員會.GB/T19686-2005建筑用巖棉、礦渣棉絕熱制品S.北京：中國標準出版社，2005.3中國建筑科學研究院,中國建筑業協會建筑節能專業委員中國會.GB50189-2005公共建筑節能設計標準S.北京：建筑工業出版社，2005.4中國建筑科學研究院.GB50176-1993民用建筑熱工設計規范S.北京：中國標準出版社，1993.5聶玉強.從舒適性空調建筑圍護結構熱工性能看建筑節能J.建筑節能，2001（9）.50189）中的傳熱限值進行比較，可以方便地確定保溫方案適用的范圍和地區。雙層保溫棉屋面系統在單層保溫棉系統的基礎上，增加了保溫材料的厚度，安裝時可采用錯縫鋪設的方式，避免保溫棉橫向拼接時產生的冷橋，提高了保溫隔熱的效果。高溫高濕環境的建筑，如紡織車間，選用雙層保溫棉屋面系統配合防滲膜，可以避免冷橋結露，還可以增設內襯板，從建筑的內部來看，美觀大方，提高了建筑美感，是一些有較高要求的建筑常選的方案。4.2應用案例建于2005年的湖北武漢某公司生產車間，長443m，寬241m，高13.5m。該生產廠房采用鋼結構體系，建筑面積約為9