Thiết kế cách nhiệt cho kết cấu bao che nhà container

Những năm gần đây, khi thiên tai xảy ra thường xuyên trên thế giới và việc khai thác khoáng sản được đẩy mạnh, nhu cầu nhà tạm cho nạn nhân thiên tai cũng như văn phòng và chỗ ở tại mỏ dầu và mỏ khoáng tăng mạnh. Nhà container bền, dễ vận chuyển, lắp đặt nhanh vì thế phát triển mạnh. Theo xu hướng tiết kiệm năng lượng, thân thiện môi trường và kinh tế trong xây dựng, đẩy mạnh 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 thoải mái nhiệt trong nhà

Sự thoải mái nhiệt trong nhà là cảm giác chủ quan hài lòng với môi trường nhiệt nội thất. Các yếu tố ảnh hưởng gồm không chỉ yếu tố chủ quan như tỷ lệ trao đổi chất, trang phục, mà còn nhiệt độ không khí, độ ẩm, tốc độ không khí và bức xạ nhiệt môi trường. Bức xạ môi trường gồm bức xạ mặt trời có thể vào phòng và trao đổi nhiệt bức xạ giữa cơ thể với tường, sàn, mái. Nhiệt độ không khí trong nhà là yếu tố chính ảnh hưởng sự thoải mái nhiệt.

Theo tiêu chuẩn quốc gia Quy chuẩn thiết kế sưởi, thông gió và điều hòa không khí, yêu cầu môi trường nhiệt thoải mái cho nhà ở như Bảng 1.

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

1.2 Sự khác nhau giữa cách nhiệt và chống nhiệt của kết cấu bao che

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

(1) Quá trình truyền nhiệt khác nhau. Cách nhiệt phản ánh truyền nhiệt mùa đông từ trong ra ngoài; chống nhiệt phản ánh truyền nhiệt mùa hè từ ngoài vào trong và từ trong ra ngoài. Mùa đông nhiệt độ ngoài ít biến động trong ngày, chủ yếu truyền nhiệt ổn định; mùa hè nhiệt độ ngoài và bức xạ mặt trời biến động mạnh theo thời gian—truyền nhiệt không ổn định chu kỳ.

(2) Chỉ số đánh giá khác nhau. Cách nhiệt thường đánh giá bằng hệ số truyền nhiệt K (đơn vị: W/(m²·K)) hoặc điện trở nhiệt RO (đơn vị: (m²·K)/W). Chống nhiệt thường đánh giá bằng nhiệt độ tối đa mặt trong kết cấu bao che ở nhiệt độ tính toán mùa hè. Trong tiêu chuẩn thiết kế tiết kiệm năng lượng hiện hành, chống nhiệt đo trực tiếp bằng chỉ số quán tính nhiệt D; kính trong suốt có thể đánh giá bằng hệ số che nắng SC.

(3) Biện pháp cấu tạo khác nhau. Cách nhiệt mùa đông chủ yếu cần tăng điện trở nhiệt; dùng vật liệu nhẹ xốp hoặc sợi, cách nhiệt hợp thành hoặc tự cách nhiệt để đạt yêu cầu. Chống nhiệt mùa hè cần điện trở nhiệt lớn và ổn định nhiệt tốt (D lớn); cửa sổ ngoài nên tăng hệ số che nắng của kính hoặc thêm che nắng để giảm nhiệt bức xạ.

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, điều kiện vận tải đa phương thức và yêu cầu kinh tế để chọn hình thức (cách nhiệt ngoài hay trong), tính điện trở nhiệt tổng tối thiểu để xác định cấu tạo và độ dày. Vùng nóng hè lạnh đông cần cả chống nhiệt mùa hè lẫn cách nhiệt mùa đông cho kết cấu bao che ngoài.

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

2.2 Vật liệu cách nhiệt

Ưu tiên vật liệu cách nhiệt hiệu suất cao, hệ số dẫn nhiệt nhỏ để giảm độ dày lớp cách nhiệt và tăng diện tích sử dụng trong nhà.

Theo chất liệu: vô cơ, hữu cơ, kim loại; theo hình thái: sợi, xốp (vi xốp, bọt khí), lớp, v.v. Hiệu năng phụ thuộc hệ số dẫn nhiệt—càng nhỏ thì cách nhiệt càng tốt. Hệ số dẫn nhiệt liên quan thành phần, khối lượng thể tích, cấu trúc trong, nhiệt độ trung bình khi truyền nhiệt và độ ẩm. Vật liệu phổ biến: bọt xốp polystyrene ép khuôn (EPS), polystyrene ép đùn (XPS), bọt xốp polyurethane cứng, tấm bông khoáng, bông thủy tinh.

2.3 Hiệu năng phòng cháy

Tài liệu về phòng cháy hệ thống cách nhiệt cho thấy, với nhà thấp tầng (dưới 3 tầng), các nước thường yêu cầu giới hạn chịu lửa 0.5–1.0 h; quy chuẩn Trung Quốc nghiêm ngặt nhất về tính chất cháy. Khi thiết kế cách nhiệt trong nhà container, theo Quy chuẩn thiết kế phòng cháy công trình GBJ16—1987, Quy chuẩn nhà ở GB50368—2005 và Quy chuẩn trang trí nội thất phòng cháy GB50222—1995: dùng vật liệu không cháy hoặc khó cháy như tấm (nệm) bông khoáng, tấm bông thủy tinh; nếu dùng nhựa bọt, tính chất cháy phải đạt cấp B1.

2.4 Sức khỏe và bảo vệ môi trường

Vật liệu cách nhiệt phải thân thiện môi trường, không gây ô nhiễm trong nhà—không chứa chất phóng xạ, gây ung thư hay chất ô nhiễm không khí. Hiện nay Trung Quốc kiểm soát ô nhiễm trong nhà bằng Quy chuẩn 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 nhà container cần kết hợp trang trí nội thất, hướng tới tích hợp vật liệu cách nhiệt và trang trí, chuẩn hóa, công nghiệp hóa thi công nội thất, tăng năng suất và chất lượng.

Trong vận tải đa phương thức, nâng, xếp, xóc biển–bộ làm vỏ hộp biến dạng. Để tránh nứt vật liệu trang trí và mối nối, nên dùng vật liệu uốn ngang/dọc cao và có độ dai; không dán trực tiếp vật liệu giòn như gạch men, đá. Mối nối tấm nên để hở hoặc ép nẹp; nếu cần không đường nối, thao đúng quy trình chèn keo, chọn keo và băng dán mối nối bám dính mạnh, có độ dai và thi công tốt.

(2) Khi cần treo vật nặng lên tường hoặc trần nhà container, phải đặt sẵn tấm lót trong thân hộp.

(3) Thiết kế cách nhiệt phải đảm bảo mặt trong không ngưng tụ—nhiệt độ mặt trong không thấp hơn điểm sương của không khí trong nhà. Ngưng tụ làm mặt trong ẩm, mốc, thậm chí chảy nước, xấu vệ sinh. Với cách nhiệt trong, điểm sương thường ở cầu lạnh (nhiệt) gần mặt trong tường ngoài; thiết kế cần tránh cầu lạnh (nhiệt).

3 Hệ thống cách nhiệt trong phổ biến cho kết cấu bao che nhà container

3.1 Hệ thống cách nhiệt trong tấm sandwich thép màu

Tấm sandwich thép màu ghép mặt thép sơn màu và đáy thép sơn màu/mạ kẽm với lõi cách nhiệt bằng keo (hoặc bọt). Theo lõi: polyurethane cứng, polystyrene (hoặc XPS), bông khoáng. Tấm nối bằng cạnh khớp; nơi ẩm có thể ép nhiệt tần số cao lớp PVC lên mặt. Hệ thống này thường dùng cho khung thùng khô, nhà container yêu cầu cách nhiệt không cao.

3.2 Hệ thống cách nhiệt trong khung xương

Hệ thống khung xương dùng với tấm thạch cao, xi măng sợi, canxi silicat, oxit magiê, v.v. Kết cấu hộp theo nhà khung thép nhẹ. Xương thép nhẹ mỏng vừa chịu lực vừa là đế gắn tấm; tấm ngoài có thể là tôn sóng thùng khô, tấm phẳng, tôn dạng tường. Khoảng xương thường đổ bông khoáng, bông thủy tinh.

3.3 Hệ thống cách nhiệt trong tấm thạch cao hợp thành

Châu Âu bắt đầu ứng dụng hệ thống tấm thạch cao cách nhiệt hợp thành từ đầu thập niên 1970. Sau gần 40 năm thực tiễn, đã có bộ tiêu chuẩn đầy đủ, trở thành hệ thống chủ đạo ở Châu Âu. Từ 2006, doanh nghiệp vật liệu như Lafarge đưa vào Trung Quốc; hệ thống đã qua kiểm chứng lý thuyết và thử nghiệm, có quy trình và tập bản vẽ, ứng dụng nhiều công trình. Tấm thạch cao hợp thành vừa trang trí vừa cách nhiệt tốt, tích hợp cách nhiệt và tấm tường trong, tăng hiệu suất thi công.

3.4 Hệ thống cách nhiệt trong polyurethane

Hệ thống polyurethane kết hợp công nghệ bọt thùng lạnh. Đặc điểm chính: bơm bọt polyurethane ép khuôn sẵn cho từng phần kết cấu bao che, tạo các bộ phận mái, hông, đáy; sau lắp ráp, bọt lần hai ở mối ghép. Phù hợp nhiều dạng khung, ưu thế so với EPS, XPS:

(1) Cách nhiệt tốt. Bọt polyurethane cứng hệ số dẫn nhiệt ≤0.024 W/(m·K)—tốt nhất trong nhóm EPS, XPS. Bọt ép khuôn ôm mọi mặt cắt, tạo lớp cách nhiệt liên tục, tránh cầu lạnh (nhiệt) do không khí qua khe hoặc khoảng rỗng.

(2) Bám dính mạnh. Bọt polyurethane cứng bám tốt bê tông, gỗ, thép, nhựa đường, cao su. Bám hiệu quả với hộp và tấm trang trí; dưới nhiệt độ, độ ẩm bất lợi, trọng lượng, va chạm bình thường, lớp cách nhiệt vẫn ổn định, không tách rời.

(3) Phòng cháy tốt hơn. Thêm chất chống cháy, bọt polyurethane cứng khó cháy, tự tắt, tạo than, không bị nhỏ giọt tan chảy như XPS, EPS; có thể đạt cấp B2.

(4) Chống nước tốt. Cấu trúc ô kín (tỷ lệ ô kín ~90%, hút nước ≤4%), chặn nước và hơi nước, giữ hệ thống ổn định lâu dài.

(5) Chống nứt tốt. Vật liệu dẻo, chịu biến dạng ngoài tốt; ít nứt dưới lực, nhiệt, ẩm, bảo đảm ổn định và bền.

(6) Thân thiện môi trường. Cấu trúc mạng nhiệt cứng ba chiều, ổn định hóa học cao; chất tạo bọt không flo hoặc bán flo, không khí hại, không hại không khí trong nhà và tầng ozone.

(7) Thi công thuận tiện. Bơm ép khuôn có thể cơ giới hóa, hiệu suất cao; thích ứng hình dạng nhà container, bảo vệ tốt 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