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當代集裝箱建筑模塊化設計策略研究(16)
2013年4月4日
第五章 針對箱體圍護結構物理性能的改造策略
標準干貨集裝箱的外殼由鋼材制成，厚度約為1.6mm，這種薄壁鋼板結構使未經處理的集裝箱箱體具有極強的導熱性能，無法滿足建筑內部空間對外圍護結構的熱工性能的要求。此外，鋼材的防火性能較差，遇到火災鋼結構會很快失去承載能力。因此，未經處理的標準干貨集裝箱是無法滿足使用者對空間舒適度與建筑安全性的要求的，為解決這一問題，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圍護結構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載的貨物對溫度范圍有一定的要求，因此其圍護結構都配合隔熱保溫材料進行了加工處理。但這類特制集裝箱的成本較高，且不像標準集裝箱那樣容易獲得，實際操作中常常需要購買嶄新的集裝箱，削弱了集裝箱建筑的生態(tài)效益以及在經濟性方面的優(yōu)勢。并且這類特制集裝箱的研發(fā)與制造是針對運輸用途的，通常沒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，因此未必能夠適應集裝箱建筑的使用要求。
第二種方法是對標準集裝箱的圍護結構進行改造，以提升集裝箱圍護結構各方面的性能。這種做法更為靈活，可以根據集裝箱組件對空間形式的要求進行改造，并且能夠在改造過程中配合管線的布置，因此使用較為普遍。本章將重點分析第二種方法的實際操作，介紹一些常用的改造策略與做法。
5.1 圍護結構的改造原則
在改造過程中，應當注意遵循以下的一些原則：
1. 圍護結構的改造需根據各地對各項性能所提出的標準進行，應做到既滿足指標，又不造成浪費。例如，針對圍護結構的熱工性能，應首先了解項目所在地區(qū)對建筑熱工性能的要求。以我國為例，根據國家標準《采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》，居民舒適性室內熱環(huán)境要求為：夏季室內溫度：24~28℃，相對濕度40~65%，空氣流速0.3m/s；冬季室內溫度：18~22℃，相對濕度40~60%，空氣流速0.2m/s。在明確標準后，應計算最小總熱阻，根據結果確定保溫構造與厚度。夏熱冬冷地區(qū)，還需兼顧外圍護結構的隔熱與保溫性能。總之，根據當地的法規(guī)、地理位置、熱工分區(qū)、氣候特點等各項因素確定改造策略，能夠避免出現不達標或者超標浪費的情況。
2. 圍護結構的改造應滿足建筑對隔熱、保溫、隔音、隔濕、防火、防銹等各項指標的要求，在設計中綜合全面地考慮改造對建造效率、成本、工藝、環(huán)保等方面的影響，權衡利弊，選擇最為合理的策略。
3. 為保持箱體外殼的強度，在運輸與吊裝過程中保護內部構件，同時因多式聯運過程中的起吊、堆碼、栓固等要求，以及港口、堆場作業(yè)條件和海陸運輸環(huán)境的限制，集裝箱圍護結構通常采用在內側設置隔絕層的形式。
4. 由于箱體內部空間有限，因此，應該盡量降低隔絕層的厚度。可選擇單位厚度上保溫、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置構造骨架，或者將水管、電線等設施布置在波形鋼板的凹進部位，也可以減少對箱體內部空間的占用。
5. 需要注意對交接部位和縫隙的處理，以保證圍護結構的保溫性能。對于有可能產生縫隙的部位，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結構處理的難點，隔熱保溫層在隔絕層中所占的厚度也較大，因此，隔熱保溫層對材料的選擇就成為了箱體圍護構造處理的重點。
5.2.1 選擇隔熱保溫材料的原則
在選擇隔熱保溫材料時，應盡可能選用在單位厚度上 R 值較高、熱導系數較小的材料，以減少保溫隔熱層的厚度，提高室內使用面積。在實際操作中，應根據項目的標準確定圍護結構的R值，并了解清楚每種材料在單位厚度上的 R 值，再結合隔熱保溫層的構造厚度選擇材料。例如，頁巖瀝青氈每毫米的 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 值達到30則需要大約150mm的厚度；標準噴涂泡沫每毫米的 R 值大約為0.266，達到 R30 需要大約115mm的厚度。
隔熱保溫材料應具有一定的阻燃性能，能滿足規(guī)范對材料的耐火極限的要求。還應注意選用無毒無污染的材料，不應選擇含有放射性、致癌以及其他污染室內環(huán)境的物質，以避免損害人身健康或污染環(huán)境。選用密度較小的輕質材料可以減少隔絕層的重量，從而減輕結構荷載。此外，隔熱保溫材料還應具有一定的強度和較小的尺寸變化率，以避免構造隨使用年限的增多而變形。
5.2.2 隔熱保溫材料的種類
隔熱保溫材料按原料可分為無機保溫隔熱材料、有機保溫隔熱材料和金屬絕熱材料；按材料的微觀結構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系數，熱導系數愈小，其保溫隔熱的性能則愈好。保溫隔熱材料的熱導系數與其成分、表觀密度、內部結構以及傳熱時的平均溫度和材料的含水率有關。在建筑圍護結構中最常用的絕熱保溫材料通常為輕質多孔或纖維類材料，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，能充分填充內飾板與箱體鋼板間的空隙，減少縫隙的產生，提高外圍護結構的密實度。另外，發(fā)泡噴涂材料的附著力強，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部位，從而節(jié)約空間（圖 5-1）。
圖 5-1 安健能公司的全水基發(fā)泡聚氨酯保溫隔熱系統
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