程杰等：热冷循环下外墙外保温系统耐候性能数值模拟 ·757· 46.6℃：墙体内表面温度随时间的变化程度最小， 从而导致热应力与变形的产生.对外保温墙体温度 日变化量在2℃以内.升温阶段，墙体内表面温度 应力进行计算，可以更有针对性地了解墙体内各结 为22.8℃，与室内恒定温度相差2.2℃；降温阶段， 构层热应力的分布状况，以便更好地进行保温墙体 墙体内表面温度为22.3℃，与室内恒定温度相差 设计，并对其耐候性能及使用寿命进行深入讨论与 2.7℃.由此可见，胶粉聚苯颗粒外保温系统墙体内 研究. 表面温度与室内温度差距很小，保温隔热效果显著， 图5为胶粉聚苯颗粒外墙外保温墙体在热冷循 能够有力维持室内环境的舒适性及室内温度的稳 环中一个周期内(24h)涂料饰面层、基层墙体与内 定.而基层墙体所处环境温度变化较小，对建筑墙 饰面层热应力与时间关系图.数值模拟结果显示， 体耐久性更为有利， 外保温做法使涂料饰面层的温度变化幅度有所增 图4为外墙外保温墙体在升温与降温阶段沿厚 大，相应的热应力也随之增大，因此有必要提高涂料 度方向（涂料饰面→内饰面层）温度变化曲线.保温 饰面层的力学性能指标.在现行的标准中只对涂料 材料处温度变化率比其他材料处大很多，且最大温 饰面层的抗压强度、抗折强度以及压折比提出了要 差出现在保温材料的内外表面处，说明胶粉聚苯颗 求，但是压折比指标只能对材料的柔性进行定性的 粒保温浆料在保温系统中起到重要的隔热作用.由 反映.建议在标准中考虑增加涂料饰面层的抗拉强 于不同墙体材料热力学性质不同，因此在沿墙体厚 度指标和抗剪强度指标 度方向约10mm即保温浆料位置处保温隔热效果产 50 生显著差异 0 40 50 05 30 -1.0 ·一涂料饰面层 20 -15 。一基层墙体 内饰面层 ◆内饰面层 10 -2.0 涂料饰面温度 保温浆料层 -2.5 10 -3.0 2 12 16 20 2420 涂料饰面层 h 图5墙体各层应力随时间变化曲线 12 16 20 24 h Fig.5 Stress curves over time in each layer of walls 图3墙体各层温度变化曲线 如图5所示，温度升高，涂料饰面层热应力减 Fig.3 Temperature variation curves of each layer in walls 小，温度降低，涂料饰面层热应力增大，温度峰值对 50 应应力峰值.热冷循环中，涂料饰面层经受拉压循 40 升温阶段 环，温度高时，涂料饰面层承受压应力，最大压应力 30 为0.58MPa;温度低时，涂料饰面层承受拉应力，最 20 大拉应力为0.46MPa,因此涂料饰面层应力变化幅 10 度为-0.58~0.46MPa.基层墙体温度变化较小， 所以应力变化幅度不大.初始温度15℃时，即使在 降温阶段 降温阶段，全约束时基层墙体表面应力仍为压应力， .10 因此外保温墙体因温度变化而引发基层开裂的风险 100150200 250 很小.基层墙体内表面应力变化幅度为-3.06~ x/mm -2.71MPa.在整个热冷循环过程中内饰面层始终 图4墙体不同温度阶段沿墙厚方向温度曲线 承受压应力，因此内饰面层开裂风险较小 Fig.4 Temperature curves at different temperature stages along thickness direction 图6为外保温墙体在升温与降温阶段沿墙体厚 度方向（涂料饰面→内饰面层）热应力变化曲线.如 2.2应力场和位移结果分析 图所示，热应力分布呈阶梯状.由图可见，抗裂砂浆 由于外墙外保温系统各功能层材料性能差异较 层与涂料饰面层，界面砂浆层与基层墙体以及内饰 大，在冷热温差作用下，墙体材料出现收缩或膨胀， 面层与基层墙体之间均出现应力突变现象，墙体各程 杰等: 热冷循环下外墙外保温系统耐候性能数值模拟 46. 6 ℃ ; 墙体内表面温度随时间的变化程度最小， 日变化量在 2 ℃ 以内． 升温阶段，墙体内表面温度 为 22. 8 ℃，与室内恒定温度相差 2. 2 ℃ ; 降温阶段， 墙体内表面温度为 22. 3 ℃，与室内恒定温度相差 2. 7 ℃ ． 由此可见，胶粉聚苯颗粒外保温系统墙体内 表面温度与室内温度差距很小，保温隔热效果显著， 能够有力维持室内环境的舒适性及室内温度的稳 定． 而基层墙体所处环境温度变化较小，对建筑墙 体耐久性更为有利． 图 4 为外墙外保温墙体在升温与降温阶段沿厚 度方向( 涂料饰面→内饰面层) 温度变化曲线． 保温 材料处温度变化率比其他材料处大很多，且最大温 差出现在保温材料的内外表面处，说明胶粉聚苯颗 粒保温浆料在保温系统中起到重要的隔热作用． 由 于不同墙体材料热力学性质不同，因此在沿墙体厚 度方向约 10 mm 即保温浆料位置处保温隔热效果产 生显著差异． 图 3 墙体各层温度变化曲线 Fig． 3 Temperature variation curves of each layer in walls 图 4 墙体不同温度阶段沿墙厚方向温度曲线 Fig． 4 Temperature curves at different temperature stages along thickness direction 2. 2 应力场和位移结果分析 由于外墙外保温系统各功能层材料性能差异较 大，在冷热温差作用下，墙体材料出现收缩或膨胀， 从而导致热应力与变形的产生． 对外保温墙体温度 应力进行计算，可以更有针对性地了解墙体内各结 构层热应力的分布状况，以便更好地进行保温墙体 设计，并对其耐候性能及使用寿命进行深入讨论与 研究． 图 5 为胶粉聚苯颗粒外墙外保温墙体在热冷循 环中一个周期内( 24 h) 涂料饰面层、基层墙体与内 饰面层热应力与时间关系图． 数值模拟结果显示， 外保温做法使涂料饰面层的温度变化幅度有所增 大，相应的热应力也随之增大，因此有必要提高涂料 饰面层的力学性能指标． 在现行的标准中只对涂料 饰面层的抗压强度、抗折强度以及压折比提出了要 求，但是压折比指标只能对材料的柔性进行定性的 反映． 建议在标准中考虑增加涂料饰面层的抗拉强 度指标和抗剪强度指标． 图 5 墙体各层应力随时间变化曲线 Fig． 5 Stress curves over time in each layer of walls 如图 5 所示，温度升高，涂料饰面层热应力减 小，温度降低，涂料饰面层热应力增大，温度峰值对 应应力峰值． 热冷循环中，涂料饰面层经受拉压循 环，温度高时，涂料饰面层承受压应力，最大压应力 为 0. 58 MPa; 温度低时，涂料饰面层承受拉应力，最 大拉应力为 0. 46 MPa，因此涂料饰面层应力变化幅 度为 － 0. 58 ～ 0. 46 MPa． 基层墙体温度变化较小， 所以应力变化幅度不大． 初始温度 15 ℃ 时，即使在 降温阶段，全约束时基层墙体表面应力仍为压应力， 因此外保温墙体因温度变化而引发基层开裂的风险 很小． 基层墙体内表面应力变化幅度为 － 3. 06 ～ － 2. 71 MPa． 在整个热冷循环过程中内饰面层始终 承受压应力，因此内饰面层开裂风险较小． 图 6 为外保温墙体在升温与降温阶段沿墙体厚 度方向( 涂料饰面→内饰面层) 热应力变化曲线． 如 图所示，热应力分布呈阶梯状． 由图可见，抗裂砂浆 层与涂料饰面层，界面砂浆层与基层墙体以及内饰 面层与基层墙体之间均出现应力突变现象，墙体各 · 757 ·