當(dāng)代集裝箱建筑模塊化設(shè)計(jì)策略研究(16)

2013年4月4日

第五章針對(duì)箱體圍護(hù)結(jié)構(gòu)物理性能的改造策略

標(biāo)準(zhǔn)干貨集裝箱的外殼由鋼材制成，厚度約為1.6mm，這種薄壁鋼板結(jié)構(gòu)使未經(jīng)處理的集裝箱箱體具有極強(qiáng)的導(dǎo)熱性能，無(wú)法滿足建筑內(nèi)部空間對(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能的要求。此外，鋼材的防火性能較差，遇到火災(zāi)鋼結(jié)構(gòu)會(huì)很快失去承載能力。因此，未經(jīng)處理的標(biāo)準(zhǔn)干貨集裝箱是無(wú)法滿足使用者對(duì)空間舒適度與建筑安全性的要求的，為解決這一問(wèn)題，可以采用兩種方法。

第一種方法是選用特制集裝箱。例如，為了滿足集裝箱建筑對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱保溫性能的要求，可選用冷藏集裝箱。這種集裝箱由于所運(yùn)載的貨物對(duì)溫度范圍有一定的要求，因此其圍護(hù)結(jié)構(gòu)都配合隔熱保溫材料進(jìn)行了加工處理。但這類(lèi)特制集裝箱的成本較高，且不像標(biāo)準(zhǔn)集裝箱那樣容易獲得，實(shí)際操作中常常需要購(gòu)買(mǎi)嶄新的集裝箱，削弱了集裝箱建筑的生態(tài)效益以及在經(jīng)濟(jì)性方面的優(yōu)勢(shì)。并且這類(lèi)特制集裝箱的研發(fā)與制造是針對(duì)運(yùn)輸用途的，通常沒(méi)有將箱體空間的尺寸能否滿足建筑空間的要求納入考慮范圍，箱體改造又較為不便，因此未必能夠適應(yīng)集裝箱建筑的使用要求。

第二種方法是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，以提升集裝箱圍護(hù)結(jié)構(gòu)各方面的性能。這種做法更為靈活，可以根據(jù)集裝箱組件對(duì)空間形式的要求進(jìn)行改造，并且能夠在改造過(guò)程中配合管線的布置，因此使用較為普遍。本章將重點(diǎn)分析第二種方法的實(shí)際操作，介紹一些常用的改造策略與做法。

5.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的改造原則

在改造過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意遵循以下的一些原則：

1. 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的改造需根據(jù)各地對(duì)各項(xiàng)性能所提出的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，應(yīng)做到既滿足指標(biāo)，又不造成浪費(fèi)。例如，針對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，應(yīng)首先了解項(xiàng)目所在地區(qū)對(duì)建筑熱工性能的要求。以我國(guó)為例，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》，居民舒適性室內(nèi)熱環(huán)境要求為：夏季室內(nèi)溫度：24~28℃，相對(duì)濕度40~65%，空氣流速0.3m/s；冬季室內(nèi)溫度：18~22℃，相對(duì)濕度40~60%，空氣流速0.2m/s。在明確標(biāo)準(zhǔn)后，應(yīng)計(jì)算最小總熱阻，根據(jù)結(jié)果確定保溫構(gòu)造與厚度。夏熱冬冷地區(qū)，還需兼顧外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱與保溫性能?？傊?，根據(jù)當(dāng)?shù)氐姆ㄒ?guī)、地理位置、熱工分區(qū)、氣候特點(diǎn)等各項(xiàng)因素確定改造策略，能夠避免出現(xiàn)不達(dá)標(biāo)或者超標(biāo)浪費(fèi)的情況。

2. 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的改造應(yīng)滿足建筑對(duì)隔熱、保溫、隔音、隔濕、防火、防銹等各項(xiàng)指標(biāo)的要求，在設(shè)計(jì)中綜合全面地考慮改造對(duì)建造效率、成本、工藝、環(huán)保等方面的影響，權(quán)衡利弊，選擇最為合理的策略。

3. 為保持箱體外殼的強(qiáng)度，在運(yùn)輸與吊裝過(guò)程中保護(hù)內(nèi)部構(gòu)件，同時(shí)因多式聯(lián)運(yùn)過(guò)程中的起吊、堆碼、栓固等要求，以及港口、堆場(chǎng)作業(yè)條件和海陸運(yùn)輸環(huán)境的限制，集裝箱圍護(hù)結(jié)構(gòu)通常采用在內(nèi)側(cè)設(shè)置隔絕層的形式。

4. 由于箱體內(nèi)部空間有限，因此，應(yīng)該盡量降低隔絕層的厚度?？蛇x擇單位厚度上保溫、隔熱、隔聲性能較高的材料；充分利用箱體外殼鋼板的凹凸設(shè)置構(gòu)造骨架，或者將水管、電線等設(shè)施布置在波形鋼板的凹進(jìn)部位，也可以減少對(duì)箱體內(nèi)部空間的占用。

5. 需要注意對(duì)交接部位和縫隙的處理，以保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能。對(duì)于有可能產(chǎn)生縫隙的部位，可用聚氨酯或聚異氰尿酸酯等發(fā)泡材料填充縫隙，避免冷橋現(xiàn)象，提升保溫性能。

5.2 隔熱保溫層的常用材料

隔熱保溫是箱體圍護(hù)結(jié)構(gòu)處理的難點(diǎn)，隔熱保溫層在隔絕層中所占的厚度也較大，因此，隔熱保溫層對(duì)材料的選擇就成為了箱體圍護(hù)構(gòu)造處理的重點(diǎn)。

5.2.1 選擇隔熱保溫材料的原則

在選擇隔熱保溫材料時(shí)，應(yīng)盡可能選用在單位厚度上 R 值較高、熱導(dǎo)系數(shù)較小的材料，以減少保溫隔熱層的厚度，提高室內(nèi)使用面積。在實(shí)際操作中，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)的R值，并了解清楚每種材料在單位厚度上的 R 值，再結(jié)合隔熱保溫層的構(gòu)造厚度選擇材料。例如，頁(yè)巖瀝青氈每毫米的 R 值大約為0.128，要使隔熱保溫層的 R 值達(dá)到30則需要大約230mm到250mm的厚度；泡沫塑料板每毫米的 R 值大約為0.197要使隔熱保溫層的 R 值達(dá)到30則需要大約150mm的厚度；標(biāo)準(zhǔn)噴涂泡沫每毫米的 R 值大約為0.266，達(dá)到 R30 需要大約115mm的厚度。

隔熱保溫材料應(yīng)具有一定的阻燃性能，能滿足規(guī)范對(duì)材料的耐火極限的要求。還應(yīng)注意選用無(wú)毒無(wú)污染的材料，不應(yīng)選擇含有放射性、致癌以及其他污染室內(nèi)環(huán)境的物質(zhì)，以避免損害人身健康或污染環(huán)境。選用密度較小的輕質(zhì)材料可以減少隔絕層的重量，從而減輕結(jié)構(gòu)荷載。此外，隔熱保溫材料還應(yīng)具有一定的強(qiáng)度和較小的尺寸變化率，以避免構(gòu)造隨使用年限的增多而變形。

5.2.2 隔熱保溫材料的種類(lèi)

隔熱保溫材料按原料可分為無(wú)機(jī)保溫隔熱材料、有機(jī)保溫隔熱材料和金屬絕熱材料；按材料的微觀結(jié)構(gòu)可分為纖維狀保溫隔熱材料、多孔（微孔、氣泡）狀保溫隔熱材料、層狀保溫隔熱材料等幾種。保溫隔熱材料的性能取決于材料的熱導(dǎo)系數(shù)，熱導(dǎo)系數(shù)愈小，其保溫隔熱的性能則愈好。保溫隔熱材料的熱導(dǎo)系數(shù)與其成分、表觀密度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及傳熱時(shí)的平均溫度和材料的含水率有關(guān)。在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中最常用的絕熱保溫材料通常為輕質(zhì)多孔或纖維類(lèi)材料，例如模塑聚苯乙烯泡沫塑料、擠塑聚苯乙烯泡沫塑料、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料、巖棉板、玻璃棉等。

在集裝箱建筑中，隔熱保溫材料按照其產(chǎn)品形態(tài)可分為板材和發(fā)泡噴涂（灌注）材料。常用的隔熱保溫板材有泡沫鋁夾心板、防火保溫巖棉板、三聚氰胺板、玻璃絲棉夾芯板、泡沫塑料板、棉絮（頁(yè)巖瀝青氈）夾芯板等。常用的隔熱保溫發(fā)泡噴涂或灌注材料有聚氨酯發(fā)泡材料、聚苯乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫等。

對(duì)比板材，發(fā)泡噴涂材料的施工更加便捷，具有更好的可塑性，能充分填充內(nèi)飾板與箱體鋼板間的空隙，減少縫隙的產(chǎn)生，提高外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的密實(shí)度。另外，發(fā)泡噴涂材料的附著力強(qiáng)，能與箱體外殼形成整體，并能夠包裹管線，將管線固定在波形鋼板的凹進(jìn)部位，從而節(jié)約空間（圖 5-1）。

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