当代集装箱建筑模块化设计策略研究(16)

2013年4月4日

第五章针对箱体围护结构物理性能的改造策略

标准干货集装箱的外壳由钢材制成，厚度约为1.6mm，这种薄壁钢板结构使未经处理的集装箱箱体具有极强的导热性能，无法满足建筑内部空间对外围护结构的热工性能的要求。此外，钢材的防火性能较差，遇到火灾钢结构会很快失去承载能力。因此，未经处理的标准干货集装箱是无法满足使用者对空间舒适度与建筑安全性的要求的，为解决这一问题，可以采用两种方法。

第一种方法是选用特制集装箱。例如，为了满足集装箱建筑对围护结构隔热保温性能的要求，可选用冷藏集装箱。这种集装箱由于所运载的货物对温度范围有一定的要求，因此其围护结构都配合隔热保温材料进行了加工处理。但这类特制集装箱的成本较高，且不像标准集装箱那样容易获得，实际操作中常常需要购买崭新的集装箱，削弱了集装箱建筑的生态效益以及在经济性方面的优势。并且这类特制集装箱的研发与制造是针对运输用途的，通常没有将箱体空间的尺寸能否满足建筑空间的要求纳入考虑范围，箱体改造又较为不便，因此未必能够适应集装箱建筑的使用要求。

第二种方法是对标准集装箱的围护结构进行改造，以提升集装箱围护结构各方面的性能。这种做法更为灵活，可以根据集装箱组件对空间形式的要求进行改造，并且能够在改造过程中配合管线的布置，因此使用较为普遍。本章将重点分析第二种方法的实际操作，介绍一些常用的改造策略与做法。

5.1 围护结构的改造原则

在改造过程中，应当注意遵循以下的一些原则：

1. 围护结构的改造需根据各地对各项性能所提出的标准进行，应做到既满足指标，又不造成浪费。例如，针对围护结构的热工性能，应首先了解项目所在地区对建筑热工性能的要求。以我国为例，根据国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》，居民舒适性室内热环境要求为：夏季室内温度：24~28℃，相对湿度40~65%，空气流速0.3m/s；冬季室内温度：18~22℃，相对湿度40~60%，空气流速0.2m/s。在明确标准后，应计算最小总热阻，根据结果确定保温构造与厚度。夏热冬冷地区，还需兼顾外围护结构的隔热与保温性能。总之，根据当地的法规、地理位置、热工分区、气候特点等各项因素确定改造策略，能够避免出现不达标或者超标浪费的情况。

2. 围护结构的改造应满足建筑对隔热、保温、隔音、隔湿、防火、防锈等各项指标的要求，在设计中综合全面地考虑改造对建造效率、成本、工艺、环保等方面的影响，权衡利弊，选择最为合理的策略。

3. 为保持箱体外壳的强度，在运输与吊装过程中保护内部构件，同时因多式联运过程中的起吊、堆码、栓固等要求，以及港口、堆场作业条件和海陆运输环境的限制，集装箱围护结构通常采用在内侧设置隔绝层的形式。

4. 由于箱体内部空间有限，因此，应该尽量降低隔绝层的厚度。可选择单位厚度上保温、隔热、隔声性能较高的材料；充分利用箱体外壳钢板的凹凸设置构造骨架，或者将水管、电线等设施布置在波形钢板的凹进部位，也可以减少对箱体内部空间的占用。

5. 需要注意对交接部位和缝隙的处理，以保证围护结构的保温性能。对于有可能产生缝隙的部位，可用聚氨酯或聚异氰尿酸酯等发泡材料填充缝隙，避免冷桥现象，提升保温性能。

5.2 隔热保温层的常用材料

隔热保温是箱体围护结构处理的难点，隔热保温层在隔绝层中所占的厚度也较大，因此，隔热保温层对材料的选择就成为了箱体围护构造处理的重点。

5.2.1 选择隔热保温材料的原则

在选择隔热保温材料时，应尽可能选用在单位厚度上 R 值较高、热导系数较小的材料，以减少保温隔热层的厚度，提高室内使用面积。在实际操作中，应根据项目的标准确定围护结构的R值，并了解清楚每种材料在单位厚度上的 R 值，再结合隔热保温层的构造厚度选择材料。例如，页岩沥青毡每毫米的 R 值大约为0.128，要使隔热保温层的 R 值达到30则需要大约230mm到250mm的厚度；泡沫塑料板每毫米的 R 值大约为0.197要使隔热保温层的 R 值达到30则需要大约150mm的厚度；标准喷涂泡沫每毫米的 R 值大约为0.266，达到 R30 需要大约115mm的厚度。

隔热保温材料应具有一定的阻燃性能，能满足规范对材料的耐火极限的要求。还应注意选用无毒无污染的材料，不应选择含有放射性、致癌以及其他污染室内环境的物质，以避免损害人身健康或污染环境。选用密度较小的轻质材料可以减少隔绝层的重量，从而减轻结构荷载。此外，隔热保温材料还应具有一定的强度和较小的尺寸变化率，以避免构造随使用年限的增多而变形。

5.2.2 隔热保温材料的种类

隔热保温材料按原料可分为无机保温隔热材料、有机保温隔热材料和金属绝热材料；按材料的微观结构可分为纤维状保温隔热材料、多孔（微孔、气泡）状保温隔热材料、层状保温隔热材料等几种。保温隔热材料的性能取决于材料的热导系数，热导系数愈小，其保温隔热的性能则愈好。保温隔热材料的热导系数与其成分、表观密度、内部结构以及传热时的平均温度和材料的含水率有关。在建筑围护结构中最常用的绝热保温材料通常为轻质多孔或纤维类材料，例如模塑聚苯乙烯泡沫塑料、挤塑聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉板、玻璃棉等。

在集装箱建筑中，隔热保温材料按照其产品形态可分为板材和发泡喷涂（灌注）材料。常用的隔热保温板材有泡沫铝夹心板、防火保温岩棉板、三聚氰胺板、玻璃丝棉夹芯板、泡沫塑料板、棉絮（页岩沥青毡）夹芯板等。常用的隔热保温发泡喷涂或灌注材料有聚氨酯发泡材料、聚苯乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫等。

对比板材，发泡喷涂材料的施工更加便捷，具有更好的可塑性，能充分填充内饰板与箱体钢板间的空隙，减少缝隙的产生，提高外围护结构的密实度。另外，发泡喷涂材料的附着力强，能与箱体外壳形成整体，并能够包裹管线，将管线固定在波形钢板的凹进部位，从而节约空间（图 5-1）。

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