林中健

摘 要：建筑物的隔熱保溫是節(jié)約能源、改善居住條件和保證使用功能的一個重要方面。建筑能耗在人類整個能源消耗中所占比例一般在30%～40%，其中絕大部分是采暖和空調(diào)的消耗，所以建筑節(jié)能意義重大。地鐵站作為城市交通基礎(chǔ)設(shè)施，2014年軌道交通總耗電約占全國總耗電的1.7‰，預(yù)計未來會占到全國總耗電的5‰以上。特別是在南方地區(qū)，環(huán)控能耗占了地鐵總能耗的50%左右。地鐵站均采用保溫材料來降低環(huán)控能耗?，F(xiàn)場往往會由于一些原因?qū)е卤夭牧线M(jìn)水，不僅會嚴(yán)重影響保溫材料的隔熱保溫性能增加能源消耗，還會增加綜合支吊架的荷載，對綜合支吊架系統(tǒng)的安全性造成影響。本文簡要論述了地鐵車站中的保溫材料在干燥狀態(tài)和最大吸水量狀態(tài)下的荷載變化。

關(guān)鍵詞：保溫材料;干燥;最大吸水量;綜合支吊架;荷載變化

中圖分類號：U231.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著各個城市軌道交通的快速發(fā)展以及車站功能的日益豐富，車站的能耗也越來越高。據(jù)清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心發(fā)布的《軌道交通車站能耗與節(jié)能》中顯示，在供冷季電耗中，冷源、風(fēng)機(jī)電耗占比高達(dá)60%～70%以上。為降低環(huán)控能耗，地鐵站均采用保溫材料對風(fēng)管、空調(diào)水管等進(jìn)行包覆，以此來減少管內(nèi)介質(zhì)在傳輸過程中的能量損耗，從而降低環(huán)控能耗。地鐵站數(shù)量的飛速增長，保溫材料的使用也越來越普遍。而現(xiàn)場往往會由于環(huán)境以及施工安裝等方面的原因?qū)е卤夭牧线M(jìn)水，增加了綜合支吊架系統(tǒng)的荷載，通過試驗研究了保溫材料在干燥狀態(tài)和最大吸水量狀態(tài)下荷載的變化情況。

1 試壓方案選定

地鐵車站中用于風(fēng)管和水管保溫材料為離心玻璃棉。離心玻璃棉是將處于熔融狀態(tài)的玻璃用離心噴吹法工藝進(jìn)行纖維化噴涂熱固性樹脂制成的絲狀材料，再經(jīng)過熱固化加工處理而成。離心玻璃棉內(nèi)部纖維蓬松交錯，存在大量微小的孔隙，有阻燃、無毒、耐腐蝕、容重小、導(dǎo)熱系數(shù)低、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、吸濕率低、憎水性好等諸多優(yōu)點，是公認(rèn)的性能最優(yōu)越的保溫隔熱材料，具有十分廣泛的用途。

為研究保溫材料在干燥狀態(tài)和最大吸水量狀態(tài)下的綜合支吊架荷載變化，需分別測量同一體積保溫材料在干燥狀態(tài)下的重量和最大吸水量狀態(tài)下的重量，再根據(jù)同一體積保溫材料在干燥狀態(tài)下的重量和最大吸水量狀態(tài)下的重量，推算出單位體積下保溫材料的吸水重量，即保溫材料的單位吸水重量。再根據(jù)測出的單位吸水重量，與綜合支吊架系統(tǒng)上需要使用的保溫材料體積進(jìn)行計算，即可得出最大吸水量狀態(tài)下綜合支吊架的荷載情況，就可與干燥狀態(tài)下綜合支吊架的荷載情況進(jìn)行對比分析，得出保溫材料在干燥狀態(tài)和最大吸水量狀態(tài)下的綜合支吊架荷載變化結(jié)果。

2 試驗方案難點分析

（1）保溫材料的干燥狀態(tài)可以很輕易明顯地獲取到，但保溫材料的最大吸水狀態(tài)卻不那么輕易獲取，無法直觀地判斷出保溫材料是否已達(dá)到最大吸水狀態(tài)。

（2）離心玻璃棉的吸濕率低、憎水性好，但所采用的保溫材料不僅只有離心玻璃棉，外部還帶有貼面，貼面的透水性極差，導(dǎo)致安裝完成好的保溫材料進(jìn)水后，水無法流出，被外部貼面包裹住。而單獨離心玻璃棉樣品在達(dá)到最大吸水狀態(tài)后水會從其他幾個沒有外部貼面的面流出，從而無法保持離心玻璃棉在最大吸水狀態(tài)下測得重量。

3 擬采取的措施

針對上述試驗方案難點，通過認(rèn)真研究與探討，擬采取以下針對措施進(jìn)行解決。

（1）針對上述試驗方案難點分析第1點提出的無法直觀地判斷出保溫材料是否已達(dá)到最大吸水狀態(tài)的問題，通過分析，得出以下措施：保溫材料的最大吸水狀態(tài)即保溫材料吸水量達(dá)到最多無法再增加的狀態(tài)，就可以通過多次測量完全沒入水中保溫材料的重量，直到保溫材料重量無法再繼續(xù)增加，就可以認(rèn)為保溫材料達(dá)到了最大吸水狀態(tài)。

（2）針對上述試驗方案難點分析第2點提出的無法保持離心玻璃棉在最大吸水狀態(tài)下測得重量的問題，通過研究分析，得出以下措施：特制一個專門的容器，底部設(shè)有水龍頭可以放出容器內(nèi)的水，特制試驗容器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。其中：①為40角鋼，作為容量的四個支腳;②為水龍頭，通過管道與③相連;③為容器底板上開的圓孔;④為鐵質(zhì)容器。試驗時，將離心玻璃棉樣品放置于容器中間，加水淹沒離心玻璃棉樣品。每間隔一段時間后，打開水龍頭放凈容器中的水，測量特制容器以及離心玻璃棉樣品的整體重量。多次測量并記錄數(shù)據(jù)后，測得的實驗數(shù)據(jù)至少4次基本穩(wěn)定后，即可認(rèn)為離心玻璃棉樣品達(dá)到了最大吸水量狀態(tài)，再相應(yīng)減去特制容器干燥狀態(tài)下的重量，就可以得到離心玻璃棉在最大吸水量狀態(tài)下的重量。

為解決水從離心玻璃棉樣品其他幾個沒有外部貼面的面流出的問題，將離心玻璃棉樣品四邊用塑料隔板進(jìn)行密封，塑料隔板高出離心玻璃棉5 cm，防止水流出。離心玻璃棉樣品四邊包塑料隔板示意圖如下圖2所示。

4 試驗步驟

（1）取試驗樣品。為研究保溫材料在干燥狀態(tài)和最大吸水量狀態(tài)下的綜合支吊架荷載變化，采用的是同一塊離心保溫棉樣品。試驗選用一塊300*300的正方形帶貼面離心玻璃棉板，厚度為40 mm。試驗樣品得到后，用塑料隔板將離心玻璃棉樣品四邊緊貼包裹起來。測得此時保溫材料為干燥狀態(tài)下的重量。

（2）將離心玻璃棉樣品放入特制試驗容器正中，離心玻璃棉樣品帶有黑色貼面的一面朝下放置。緩緩向容器內(nèi)加水，至液面超過離心玻璃棉樣品頂面10 cm，保證離心玻璃棉樣品完全浸入在水中。

（3）半個小時后，打開特制容器底部的水龍頭，將容器內(nèi)的水完全放干凈，并用干毛巾或吸水紙擦拭干凈容器內(nèi)的水和離心玻璃棉頂面上多余的水。擦拭干凈后，連同特制容器和試驗樣品一同測量重量，記錄下此時的重量。

（4）數(shù)據(jù)記錄完畢后，再緩緩向容器內(nèi)加水，同樣加水至液面超過離心玻璃棉樣品頂面10 cm。

（5）重復(fù)第3步和第4步，直至最后三組測得的試驗數(shù)據(jù)保持基本穩(wěn)定。

5 試驗數(shù)據(jù)

通過試驗，一共獲得了10組試驗數(shù)據(jù)，試驗數(shù)據(jù)如下表1所示。

6 數(shù)據(jù)分析

通過離心玻璃棉浸水試驗數(shù)據(jù)表可繪制出重量變化曲線圖，曲線圖如下圖3所示。

從數(shù)據(jù)表以及曲線圖可知：

（1）試驗離心玻璃棉樣品（300*300*40）在干燥狀態(tài)下的重量為230 g，通過計算可得出，1 m3的離心玻璃棉在干燥狀態(tài)下的重量為64 kg。

（2）試驗數(shù)據(jù)在210 min、240 min、270 min時的重量基本保持不變，分別為3 159 g、3 155 g、3 158 g。表明，此時保溫材料達(dá)到了最大含水量狀態(tài)。為方便計算，離心玻璃棉樣品最大含水量狀態(tài)下重量取值為3 160 g。

（3）試驗離心玻璃棉樣品體積為300 mm*300 mm*40 mm=3 600 000 mm3=0.003 6 m3，最大含水量狀態(tài)下重量為3 160 g，通過計算可得出，1 m3的離心玻璃棉在最大含水量狀態(tài)下的重量為878 kg。

綜上可得，保溫材料在干燥狀態(tài)下的綜合支吊架荷載為64 kg/m3，在最大吸水量狀態(tài)下的綜合支吊架荷載為878 kg/m3。

7 試驗結(jié)論

通過試驗數(shù)據(jù)分析可得知，離心玻璃棉這種保溫材料在干燥狀態(tài)與最大吸水量狀態(tài)下在綜合支吊架系統(tǒng)上的荷載相差約14倍，從64 kg/m3陡增至878 kg/m3，將會給綜合支吊架系統(tǒng)的安全性帶來非常巨大的影響。由此可見，管道保溫施工質(zhì)量和管道焊接質(zhì)量非常重要。若管道保溫施工質(zhì)量差，導(dǎo)致管道壁上產(chǎn)生了冷凝水，雖然一次產(chǎn)生的冷凝水量很小，但日積月累下保溫材料內(nèi)積攢的水無處排放的話，會大大增加綜合支吊架的荷載，對綜合支吊架系統(tǒng)的安全性造成影響，甚至?xí)斐杀夭牧厦撀涞那闆r。若管道焊接質(zhì)量差，造成漏水，那么保溫材料內(nèi)含水量將會急劇上升，綜合支吊架荷載急劇增大，嚴(yán)重威脅綜合支吊架系統(tǒng)安全，同樣可能會造成保溫材料脫落的情況。

參考文獻(xiàn)：

[1]軌道交通車站能耗與節(jié)能.

[2]一種離心玻璃棉制品保溫管殼.