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热桥效应

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建筑物围护结构中热传导异常导致的物理现象

定义与术语

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热桥效应特指建筑围护结构中的钢筋混凝土或金属构件(如抗震柱、圈梁、门窗过梁等)因导热系数显著高于周边材料,形成热流密集通道的物理现象。我国1986年颁布的《民用建筑热工设计规范》将其定义为围护结构中热阻较小、传热能力显著增大的局部区域 [2]

形成机理

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形成条件包含三个要素:
  • 材料差异性:混凝土导热系数(1.74W/m·K)是普通砖材(0.43-0.81W/m·K)的2-4倍,金属构件导热性更高 [1]
  • 温度梯度:当室内外温差超过10℃时,热桥部位表面温度可降至露点以下
  • 湿度条件:湿度>65%环境中,热桥表面易产生结露
以砖混建筑为例,混凝土构造柱贯穿墙体时,热量通过柱体快速传递形成热流通道,导致该区域冬季内表面温度比其他墙面低2-5℃。

建筑影响

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该效应引发的物理现象包括:
  • 能耗增加:单个DN800管道固定墩热桥可造成3057W散热损失
  • 结露现象:内墙表面温度低于空气露点时形成冷凝水
  • 霉菌滋生:持续潮湿环境导致墙面霉斑
  • 结构破坏:热桥效应导致墙体结露、发霉甚至滴水现象 [2]

工程案例

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2012年山东建筑大学研究表明,直埋供热管道固定墩的热桥效应导致混凝土散热损失占比达管网总损失的21%。某北方住宅项目实测显示,未做热桥处理的建筑内墙冬季结露面积可达墙面的15%-30%,采用50mm厚聚苯板外保温后该比例降至2%以下 [2]

热桥分类

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按形成机制可分为两类:
  • 结构性热桥:梁柱等承重构件穿透保温层形成的热流失通道,占建筑总能耗损失的17%-25% [2]
  • 系统性热桥:锚栓、连接件等不可避免的局部导热,单个构件损失较小但总量可观 [2]

解决措施

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工程技术方案包括:
  • 阻断传导路径:采用断桥铝合金窗框(导热系数降低60%以上)
  • 加强保温覆盖:外保温系统需完整包裹建筑外围结构,保温层厚度北方地区建议≥80mm [2]
  • 材料改良:使用加气混凝土(导热系数0.15-0.22W/m·K)替代普通砌块
  • 工艺优化:对穿墙管道采用弹性保温材料密封,减少冷桥形成
2020年工程实践表明,采用50mm厚石墨聚苯板外保温系统的建筑,热桥部位内表面温度可提高4-6℃,有效消除结露现象 [2]