Thiết kế cách nhiệt cho kết cấu bao che nhà container

Những năm gần đây, khi thiên tai xảy ra thường xuyên hơn trên thế giới và việc khai thác tài nguyên khoáng sản được đẩy mạnh, nhu cầu nhà tạm cho người dân bị thiên tai và nhà ở, văn phòng tại hiện trường mỏ dầu, mỏ khoáng tăng nhanh. Nhà container vững chắc, bền, dễ vận chuyển và lắp đặt vì thế phát triển mạnh. Theo xu hướng tiết kiệm năng lượng, thân thiện môi trường và kinh tế trong xây dựng hiện nay, tăng cường nghiên cứu kỹ thuật cách nhiệt cho kết cấu bao che nhà container đã trở thành xu hướng tất yếu.

1 Mục tiêu và tiêu chuẩn thiết kế cách nhiệt kết cấu bao che

1.1 Sự tiện nghi nhiệt trong nhà

Sự tiện nghi nhiệt trong nhà là cảm giác chủ quan khi con người hài lòng với môi trường nhiệt trong nhà. Ngoài các yếu tố chủ quan như tốc độ trao đổi chất và trang phục, các yếu tố chính gồm nhiệt độ trong nhà, độ ẩm trong nhà, tốc độ chuyển động không khí và bức xạ nhiệt môi trường. Bức xạ nhiệt môi trường gồm bức xạ mặt trời có thể vào phòng và trao đổi nhiệt bức xạ giữa cơ thể với tường, sàn, mái và các mặt bao quanh. Nhiệt độ không khí trong nhà là yếu tố chính ảnh hưởng đến tiện nghi nhiệt.

Theo tiêu chuẩn quốc gia Quy phạm thiết kế sưởi, thông gió và điều hòa không khí, yêu cầu môi trường nhiệt trong nhà ở được nêu ở Bảng 1.

Nâng cao hiệu năng cách nhiệt của kết cấu bao che cũng như cách nhiệt và kín khí của cửa đi, cửa sổ có thể cải thiện hiệu quả môi trường nhiệt trong nhà container.

1.2 Khác biệt giữa giữ ấm và chống nóng của kết cấu bao che

Hiệu năng giữ ấm của kết cấu bao che là khả năng, trong điều kiện đông trong–ngoài nhà, ngăn truyền nhiệt từ trong ra ngoài để giữ nhiệt độ trong nhà phù hợp. Hiệu năng chống nóng là khả năng, khi thông gió tự nhiên mùa hè, bề mặt trong của kết cấu bao che giữ nhiệt độ phù hợp dưới tác động của nhiệt độ tổng hợp ngoài trời (từ không khí ngoài và bức xạ mặt trời) và dao động nhiệt độ không khí trong nhà. Khác biệt chính:

(1) Quá trình truyền nhiệt khác nhau. Giữ ấm phản ánh truyền nhiệt mùa đông từ trong ra ngoài; chống nóng phản ánh truyền nhiệt mùa hè từ ngoài vào trong và từ trong ra ngoài. Mùa đông nhiệt độ ngoài ít thay đổi trong ngày, truyền nhiệt chủ yếu ổn định; mùa hè nhiệt độ ngoài và bức xạ mặt trời thay đổi lớn theo thời gian—truyền nhiệt không ổn định tuần hoàn.

(2) Chỉ tiêu đánh giá khác nhau. Giữ ấm thường dùng hệ số truyền nhiệt K (đơn vị: W/(m²·K)) hoặc trở nhiệt RO (đơn vị: (m²·K)/W). Chống nóng thường dùng nhiệt độ bề mặt trong cao nhất của kết cấu bao che dưới nhiệt độ tính toán ngoài trời mùa hè. Trong tiêu chuẩn thiết kế tiết kiệm năng lượng hiện hành, chống nóng đo trực tiếp bằng chỉ số quán tính nhiệt (trị số D); kính trong suốt có thể đánh giá bằng hệ số che nắng SC.

(3) Biện pháp cấu tạo khác nhau. Giữ ấm mùa đông thường chỉ cần tăng trở nhiệt của kết cấu bao che; có thể dùng vật liệu nhẹ xốp hoặc dạng sợi, qua cách nhiệt tổ hợp hoặc tự cách nhiệt để đạt yêu cầu. Chống nóng mùa hè không chỉ cần trở nhiệt lớn mà còn cần ổn định nhiệt tốt (trị số D lớn); cửa sổ ngoài còn nên nâng hệ số che nắng của kính hoặc đặt che nắng để giảm nhiệt bức xạ mặt trời.

2 Yêu cầu thiết kế cách nhiệt kết cấu bao che

2.1 Hình thức cách nhiệt

Khi thiết kế cách nhiệt kết cấu bao che nhà container, cần kết hợp khí hậu địa phương, đặc điểm kết cấu nhà container, điều kiện vận tải đa phương thức và yêu cầu kinh tế; chọn hình thức cách nhiệt (ngoài hay trong); qua tính toán trở nhiệt tổng tối thiểu để xác định cấu tạo và chiều dày. Với vùng hè nóng đông lạnh, vừa phải chống nóng vừa phải giữ ấm cho kết cấu bao ngoài.

Do yêu cầu nâng hạ, xếp chồng, chốt cố định trong vận tải đa phương thức, cũng như hạn chế của cảng, bãi và môi trường vận tải biển–bộ, kết cấu bao che nhà container thường dùng cách nhiệt trong.

2.2 Vật liệu cách nhiệt

Nên dùng vật liệu cách nhiệt hiệu suất cao có hệ số dẫn nhiệt nhỏ để giảm chiều dày lớp cách nhiệt và tăng diện tích sử dụng trong nhà.

Theo chất liệu, vật liệu cách nhiệt gồm vô cơ, hữu cơ và kim loại; theo hình thái gồm dạng sợi, dạng xốp (vi lỗ, bọt khí) và dạng lớp. Hiệu năng phụ thuộc hệ số dẫn nhiệt—hệ số càng nhỏ, cách nhiệt càng tốt. Hệ số dẫn nhiệt liên quan thành phần, khối lượng riêng biểu kiến, cấu trúc bên trong, nhiệt độ trung bình khi truyền nhiệt và độ ẩm vật liệu. Các vật liệu cách nhiệt phổ biến cho kết cấu bao che gồm xốp polystyrene đúc, xốp polystyrene đùn, xốp polyurethane cứng, tấm bông khoáng và bông thủy tinh.

2.3 Hiệu năng phòng cháy

Tài liệu về hiệu năng phòng cháy của hệ thống cách nhiệt cho thấy, với nhà ở thấp tầng (dưới 3 tầng), nhiều nước yêu cầu giới hạn chịu lửa của cấu kiện khoảng 0.5–1.0 h; yêu cầu về tính cháy của cấu kiện theo quy phạm Trung Quốc thuộc loại nghiêm nhất. Khi thiết kế cách nhiệt trong cho kết cấu bao che nhà container, có thể theo các quy định liên quan của Quy phạm thiết kế phòng cháy công trình GBJ16—1987, Quy phạm nhà ở GB50368—2005 và Quy phạm thiết kế phòng cháy trang trí nội thất GB50222—1995; dùng vật liệu không cháy hoặc khó cháy như tấm (nỉ) bông khoáng, tấm bông thủy tinh; nếu dùng nhựa xốp, tính cháy cần đạt cấp B1.

2.4 Sức khỏe và bảo vệ môi trường

Vật liệu cách nhiệt nên là vật liệu thân thiện môi trường, không gây ô nhiễm môi trường trong nhà—không chứa chất phóng xạ, gây ung thư hay chất khác làm ô nhiễm không khí trong nhà. Hiện nay, kiểm soát ô nhiễm môi trường trong nhà ở Trung Quốc có Quy phạm kiểm soát ô nhiễm môi trường trong nhà công trình dân dụng GB50325—2001 và Tiêu chuẩn chất lượng không khí trong nhà GB/T18883—2002.

2.5 Thiết kế trang trí nội thất

(1) Thiết kế cách nhiệt trong cho kết cấu bao che nhà container cần kết hợp thiết kế trang trí nội thất, hướng tới hoàn thiện tích hợp vật liệu cách nhiệt và vật liệu trang trí trong, chuẩn hóa và công nghiệp hóa thi công nội thất, nâng năng suất lao động và chất lượng hoàn thiện.

Trong vận tải đa phương thức, nhà container chịu nâng hạ, nâng bằng xe nâng, xếp chồng và rung lắc biển–bộ, nên thân thùng khó tránh biến dạng. Để tránh nứt vật liệu trang trí trong và mối nối, nên dùng vật liệu có mô đun uốn ngang–dọc khá cao và có độ dai nhất định; không dán trực tiếp vật liệu giòn như gạch men hay đá ốp. Mối nối tấm trang trí trong nên dùng khe hở lộ hoặc nẹp; nếu cần xử lý không khe, phải tuân thủ quy trình chèn khe, chọn keo và băng nối có độ bám và cường độ cao, độ dai nhất định và thi công tốt.

(2) Khi cần cố định hoặc treo vật nặng trên tường trong hoặc trần nhà container, nên sẵn sàng chôn tấm lót trong thân thùng từ trước.

(3) Thiết kế cách nhiệt phải đảm bảo bề mặt trong không đọng sương—tức nhiệt độ bề mặt trong không thấp hơn điểm sương của không khí trong nhà. Đọng sương làm bề mặt trong ẩm, mốc thậm chí chảy nước, làm xấu điều kiện vệ sinh. Với kết cấu bao che cách nhiệt trong, vị trí điểm sương thường ở cầu lạnh (nhiệt) gần mặt trong tường ngoài, nơi chênh nhiệt trong–ngoài lớn dễ gây đọng sương. Thiết kế cách nhiệt trong cần tránh cầu lạnh (nhiệt) kết cấu.

3 Các hệ cách nhiệt trong phổ biến cho kết cấu bao che nhà container

3.1 Hệ cách nhiệt trong tấm sandwich thép màu

Tấm sandwich thép màu ghép tấm thép phủ màu mặt trước và tấm thép phủ màu hoặc mạ kẽm mặt sau với lõi cách nhiệt bằng keo (hoặc tạo bọt). Theo lõi gồm tấm sandwich polyurethane cứng, polystyrene (hoặc polystyrene đùn) và bông khoáng. Các tấm thường nối bằng khớp cắn; chỗ ẩm có thể hàn nhiệt cao tần lớp PVC lên mặt tấm trước. Hệ này thường dùng cho kết cấu thùng khô và nhà dạng container yêu cầu cách nhiệt không cao.

3.2 Hệ cách nhiệt trong khung xương

Hệ khung xương phối hợp tấm trang trí tường trong như thạch cao, xi măng sợi, canxi silicat, oxit magie. Kết cấu thùng kết hợp đặc điểm nhà khung thép nhẹ. Xương thép mỏng vừa chịu lực vừa làm đế cố định tấm tường trong; tấm ngoài có thể là tôn sóng lớn thùng khô, tấm phẳng, tôn định hình tường và nhiều tiết diện khác. Khoảng giữa xương thường nhồi vật liệu cách nhiệt dạng sợi như bông khoáng, bông thủy tinh.

3.3 Hệ cách nhiệt trong tấm thạch cao cách nhiệt tổ hợp

Châu Âu bắt đầu áp dụng hệ tấm thạch cao cách nhiệt tổ hợp trên công trình từ đầu thập niên 1970. Sau gần 40 năm thực tiễn quy mô lớn, đã hình thành tiêu chuẩn kỹ thuật hoàn chỉnh và trở thành hệ cách nhiệt bao che phổ biến ở châu Âu. Từ năm 2006, các doanh nghiệp vật liệu xây dựng nước ngoài đại diện là Lafarge đưa vào Trung Quốc; hệ này đã qua nhiều kiểm chứng lý thuyết và thí nghiệm của ngành xây dựng, có quy trình và atlas kỹ thuật liên quan, và đã áp dụng thành công nhiều dự án. Tấm thạch cao cách nhiệt tổ hợp kết hợp tính trang trí của thạch cao với hiệu năng cách nhiệt xuất sắc, tích hợp vật liệu cách nhiệt và tấm trang trí tường trong nhà container, nâng hiệu suất hoàn thiện nội thất.

3.4 Hệ cách nhiệt trong polyurethane

Hệ cách nhiệt trong polyurethane kết hợp kỹ thuật tạo bọt container lạnh cho kết cấu bao che nhà container. Đặc điểm công nghệ chính là tiêm tạo bọt polyurethane khuôn sẵn cho từng phần bao che để tạo các cụm lắp ráp lớn như mái, thành, đáy; sau lắp tổng thể, tạo bọt lần hai tại chỗ giao nhau của các cụm. Hệ này phù hợp nhiều dạng kết cấu thùng và có ưu thế rõ so với EPS, XPS và vật liệu tương tự:

(1) Hiệu năng cách nhiệt tốt. Hệ số dẫn nhiệt của xốp polyurethane cứng ≤0.024 W/(m·K)—thuộc nhóm tốt nhất trong EPS, XPS và vật liệu tương tự. Xốp polyurethane cứng tiêm khuôn thích ứng nhiều tiết diện, tạo lớp cách nhiệt liên tục hiệu quả, tránh cầu lạnh (nhiệt) do không khí đi qua khe hoặc khoang trống.

(2) Lực bám dính mạnh. Xốp polyurethane cứng bám chắc với bê tông, gỗ, thép, nhựa đường, cao su và nhiều vật liệu khác. Xốp tiêm khuôn kết hợp tốt với thùng và tấm trang trí tường trong; dù trong điều kiện nhiệt–ẩm bất lợi nhất cùng trọng lượng bản thân và va đập bình thường, lớp cách nhiệt vẫn ổn định, không tách hay rơi khỏi thùng và tấm trang trí.

(3) Hiệu năng phòng cháy khá tốt. Xốp polyurethane cứng thêm chất chống cháy là vật liệu khó cháy, tự tắt, tạo than; không có nhược điểm XPS, EPS gặp lửa và nhiệt cao chảy nhỏ giọt làm lớp tường rơi; hiệu năng phòng cháy có thể đạt cấp B2.

(4) Chống thấm tốt. Xốp polyurethane cứng cấu trúc tế bào kín, tỷ lệ tế bào kín khoảng 90%, hút nước ≤4%, chặn tốt nước và hơi nước, giữ hệ cách nhiệt lâu dài ở trạng thái cách nhiệt tốt, ổn định.

(5) Chống nứt tốt. Xốp polyurethane cứng khá linh hoạt, chịu biến dạng ngoài tốt; dưới lực, nhiệt, ẩm ít bị nứt, bảo đảm ổn định và độ bền của hệ.

(6) Thân thiện môi trường. Xốp polyurethane cứng có cấu trúc liên kết ngang nhiệt rắn ba chiều, ổn định hóa học cao; chất tạo bọt có thể không flo hoặc bán flo, không sinh khí độc hại, không hại môi trường trong nhà hay tầng ozone.

(7) Thi công thuận tiện. Tiêm khuôn có thể cơ giới hóa, hiệu suất cao. Polyurethane thích ứng tốt hình dạng nhà container, bảo đảm cách nhiệt tại các vị trí phức tạp.

Địa chỉ: Số 1777 đường Hualong, Thượng Hải Website: www.ourcompany.com ĐT: 021-60760737 Di động: 17721310336 Email: marketing@ourcompany.com Tổng đài 24H: 400-716-6557