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            外墻保溫技術及節能材料

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            作者:王家瑛 劉勁松 張愛華

              建筑節能是執行國家環境保護和節約能源政策的主要內容,是貫徹國民經濟可持續發展的重要組成部分。國家建設部在1995年頒布了《城市建筑節能實施細則》等文件,把《民用建筑節能設計標準〈采暖居住建筑部分〉》JGJ26-95列為強制性標準,同時建設部又于2000年10月1日發布了第76號令《民用建筑節能管理規定》,對不符合節能標準的項目,不得批準建設。
                在這樣一系列的節能政策、法規、標準和強制性條文的指導下,我國住宅建設的節能工作不斷深入,節能標準不斷提高,引進開發了許多新型的節能技術和材料,在住宅建筑中大力推廣使用。但我國目前的建筑節能水平,還遠低于發達國家,我國建筑單位面積能耗仍是氣候相近的發達國家的3倍~5倍。北方寒冷地區的建筑采暖能耗已占當地全社會能耗的20%以上,且絕大部分都是采用火力發電和燃煤鍋爐,同時給環境帶來嚴重的污染。所以建筑節能還是本世紀我國建筑業的一個重要的課題。
              在建筑中,外圍護結構的熱損耗較大,外圍護結構中墻體又占了很大份額。所以建筑墻體改革與墻體節能技術的發展是建筑節能技術的一個最重要的環節,發展外墻保溫技術及節能材料則是建筑節能的主要實現方式。
            1 外墻保溫技術
              節能保溫墻體施工技術主要分為外墻內保溫和外墻外保溫兩大類。
            1.1 內保溫技術及其特點
              外墻內保溫施工,是在外墻結構的內部加做保溫層。內保溫施工速度快,操作方便靈活,可以保證施工進度。內保溫應用時間較長,技術成熟,施工技術及檢驗標準是比較完善的。在2001年外墻保溫施工中約有90%以上的工程應用內保溫技術。
                被大面積推廣的內保溫技術有:增強石膏復合聚苯保溫板、聚合物砂漿復合聚苯保溫板、增強水泥復合聚苯保溫板、內墻貼聚苯板抹粉刷石膏及抹聚苯顆粒保溫料漿加抗裂砂漿壓入網格布的做法。
              但內保溫會多占用使用面積,“熱橋”問題不易解決,容易引起開裂,還會影響施工速度,影響居民的二次裝修,且內墻懸掛和固定物件也容易破壞內保溫結構。內保溫在技術上的不合理性,決定了其必然要被外保溫所替代。
            1.2 外保溫技術及其特點
              外保溫是目前大力推廣的一種建筑保溫節能技術。外保溫與內保溫相比,技術合理,有其明顯的優越性,使用同樣規格、同樣尺寸和性能的保溫材料,外保溫比內保溫的效果好。外保溫技術不僅適用于新建的結構工程,也適用于舊樓改造,適用于范圍廣,技術含量高;外保溫包在主體結構的外側,能夠保護主體結構,延長建筑物的壽命;有效減少了建筑結構的熱橋,增加建筑的有效空間;同時消除了冷凝,提高了居住的舒適度。
              目前比較成熟的外墻保溫技術主要有以下幾種。
            1.2.1外掛式外保溫
                外掛的保溫材料有巖(礦)棉、玻璃棉
              氈、聚苯乙烯泡沫板(簡稱聚苯板,EPS、XPS)、陶粒混凝土復合聚苯仿石裝飾保溫板、鋼絲網架夾芯墻板等。其中聚苯板因具有優良的物理性能和廉價的成本,已經在全世界范圍內的外墻保溫外掛技術中被廣泛應用。
            該外掛技術是采用粘接砂漿或者是專用的固定件將保溫材料貼、掛在外墻上,然后抹抗裂砂漿,壓入玻璃纖維網格布形成保護層,最后加做裝飾面。
              還有一種做法是用專用的固定件將不易吸水的各種保溫板固定在外墻上,然后將鋁板、天然石材、彩色玻璃等外掛在預先制作的龍骨上,直接形成裝飾面。由貝聿銘先生設計的中國銀行總行辦公樓的外保溫就是采用的這種設計。
              這種外掛式的外保溫安裝費時,施工難度大,且施工占用主導工期,待主體驗收完后才可以進行施工。在進行高層施工時,施工人員的安全不易得到保障。
            1.2.2聚苯板與墻體一次澆注成型
              該技術是在混凝土框—剪體系中將聚苯板內置于建筑模板內,在即將澆注的墻體外側,然后澆注混凝土,混凝土與聚苯板一次澆注成型為復合墻體。該技術解決了外掛式外保溫的主要問題,其優勢是很明顯的。由于外墻主體與保溫層一次成活,工效提高,工期大大縮短,且施工人員的安全性得到了保證。而且在冬季施工時,聚苯板起保溫的作用,可減少外圍圍護保溫措施。但在澆注混凝土時要注意均勻、連續澆注,否則由于混凝土側壓力的影響會造成聚苯板在拆模后出現變形和錯茬,影響后序施工。
              其中內置的聚苯板可以是雙面鋼絲網的,也可以是單面鋼絲網的。雙面鋼絲網聚苯板與混凝土的連接,主要是依靠內側鋼絲網架與墻體外側配筋相綁扎及混凝土與聚苯板的粘接力,其結合性能良好,具有較高的安全度。單面鋼絲網聚苯板與混凝土的連接,主要依靠混凝土與聚苯板的粘接力以及斜插鋼筋、L型鋼等與混凝土墻體的錨固力,結合性能也較好。與雙鋼絲網相比較,單面鋼絲網技術因取消了內側鋼絲網和安裝保溫板前的板外側抹灰,節省了工時和材料。
              其造價可降低10%左右。
              但此兩種做法都采用了鋼絲網架,造價較高,且鋼材是熱的良導體,直接傳熱,會降低墻體的保溫效果。
              我們對于混凝土與無網架聚苯板一次成型復合墻體進行了試驗研究。試驗結果表明,在混凝土中水泥漿量合適的條件下,直接利用混凝土作為粘接劑來粘貼聚苯板,是完全可能的。當我們對聚苯板的背面進行處理之后,其與混凝土的粘接力進一步提高(其平均粘接強度可以達到0.07Mpa,而且破壞均發生在聚苯板內)。此技術取消了鋼絲網架,其保溫性能提高,而且板的成本再次降低。在經過對其長期耐久性論證之后,工程中可以推廣使用。
            1.2.3聚苯顆粒保溫料漿外墻保溫
              將廢棄的聚苯乙烯塑料(簡稱為EPS)加工破碎成為0.5~4mm的顆粒,作為輕集料來配制保溫砂漿。該技術包含保溫層、抗裂防護層和抗滲保護面層(或是面層防滲抗裂二合一砂漿層)。其中ZL膠粉聚苯顆粒保溫材料及技術在1998年就被建設部列為國家級工法。這種工法是目前被廣泛認可的外墻保溫技術。
              該施工技術簡便,可以減少勞動強度,提高工作效率;不受結構質量差異的影響,對有缺陷的墻體施工時墻面不需修補找平,直接用保溫料漿找補即可,避免了別的保溫施工技術因找平抹灰過厚而脫落的現象。同時該技術解決了外墻保溫工程中因使用條件惡劣造成界面層易脫粘空鼓、面層易開裂等問題,從而實現外墻外保溫技術的重要突破。與別的外保溫相比較,在達到同樣保溫效果的情況下,其成本較低,可降低房屋建筑造價。例如與聚苯板外保溫相比較,每平方米可降低25元左右。在天津云瑯新居高層外墻保溫工程中采用的就是此種技術。
                此外,節能保溫墻體技術中還有將墻體做成夾層,把珍珠巖、木屑、礦棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料(也可以現場發泡)等填入夾層中,形成保溫層。
            2 外墻保溫節能材料
              節能材料屬于保溫絕熱材料。絕熱材料是指用于建筑圍護或者熱工設備、阻抗熱流傳遞的材料或者材料復合體,既包括保溫材料,也包括保冷材料。絕熱材料的意義,一方面是為了滿足建筑空間或熱工設備的熱環境,另一方面是為了節約能源。隨著世界范圍內能源的日趨緊張,絕熱材料在節能方面的意義日顯突出。僅就一般的居民采暖的空調而言,通過使用絕熱圍護材料,可在現有的基礎上節能50% ~80%。據日本的節能實踐證明,每使用1噸絕熱材料,可節約標準煤3噸/年,其節能效益是材料生產成本的10倍。因此,有些國家將絕熱材料看作是繼煤炭、石油、天然氣、核能之后的第五大“能源”。
              外墻保溫主要是靠保溫絕熱材料作為建筑圍護,開發和應用高效的保溫絕熱材料是保證建筑節能的有效措施。目前世界各發達國家,均對絕熱材料的生產和應用十分重視,之所以建筑節能工作做得好,與他們重視和發展保溫材料是分不開的。
            2.1 絕熱材料的性能
              絕熱,就是要最大限度地阻抗熱流的傳遞,因此要求絕熱材料必須具有大的熱阻和小的導熱系數。
              從材料的組成上看,一般有機高分子的導熱系數都小于無機材料;非金屬的導熱系數小于金屬材料;氣態物質的導熱系數小于液態物質,液態物質小于固體。所以在條件允許的情況下,應盡量使用有機高分子材料或無定形的無機材料,這對于保溫絕熱是有利的。
              從材料的結構上看,當材料的表觀密度降低、孔隙率增大,材料內部的孔隙為大量封閉的微小孔時,材料的導熱系數是比較小的。對于泡沫塑料制品,要滿足保溫絕熱材料的要求其最佳的表觀密度為16~40kg/m3。
              由于孔隙的存在,材料在潮濕的環境下,不可避免地要吸水,而水的導熱系數(0.5815W/m·K)比靜止空氣的導熱系數(0.0233 W/m·K)要大很多,因此,當環境濕度增大時,材料的平衡含水率增大,材料的導熱系數將會降低。所以作為保溫絕熱材料,材料自身的吸濕率要盡量低,如不可避免時,要對材料進行憎水處理或用防水材料包覆。
              另外,保溫絕熱材料還必須能抵抗一定的沖擊荷載,具有與使用環境相一致的機械強度。其粘結性能要好,還得有小的收縮率及與環境相適應的耐久性。
            2.2 常用的保溫絕熱材料
              能滿足上述性能要求而用于建筑外保溫的節能材料主要有:聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS及XPS)、巖(礦)棉板、玻璃棉氈以及超輕的聚苯顆粒保溫料漿等。以上各種材料所具有一個共同的特點就是在材料內部都有大量的封閉孔,它們的表觀密度都較小,這也是作為保溫隔熱材料所必備的。它們的性能對比見表1。
              巖(礦)棉和玻璃棉有時統稱為礦物棉,它們都屬于無機材料。巖棉不燃燒,價格較低,在滿足保溫隔熱性能的同時還能夠具有一定的隔聲效果。但巖棉的質量優劣相差很大,保溫性能好的密度低,其抗拉強度也低,耐久性比較差。
              玻璃棉與巖棉在性能上有很多相似之處,但其手感好于巖棉,可改善工人的勞動條件。但它的價格較巖棉為高。
              聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯樹脂為主要原料,經發泡劑發泡而制成的內部具有無數封閉微孔的材料。其表觀密度小,導熱系數小,吸水率低,隔音性能好、機械強度高,而且尺寸精度高,結構均勻。因此在外墻保溫中其占有率很高。
              硬質聚氨酯泡沫塑料具有非常優越的絕熱性能,它的導熱系數之低(0.025 W/(m2·K))是其他材料所無法與之相比的。
              同時其特有的閉孔結構使其具有更優越的耐水汽性能,由于不需要額外的絕緣防潮,簡化了施工程序,降低工程造價。但因其價格較高、而且易燃,這就限制了它的使用。
                聚苯顆粒保溫料漿是由聚苯顆粒和保溫膠粉料分別按配比包裝組成。保溫膠粉 
            表1  常用保溫絕熱材料的主要性能
            材料名稱 表觀密度(kg/m3) 最高使用溫度(℃) 抗壓強度(MPa) 導熱系數[W/(m·K)] 吸水率(%)
            巖棉保溫板 80~150, -268~350 ,— ,0.047~0.052, —
            玻璃棉氈 40~60, -120~400 ,— ,≤0.035, —
            聚苯乙烯泡沫塑料板 16~30, -80~75 ,0.12~0.18, 0.033~0.044, <0.1
            聚苯顆粒保溫料漿 ≤220 ,-50~75, ≥0.01, <0.07 
              料采用預混干拌技術在工廠將水泥與高分子材料、引氣劑等各種添加劑混均后包裝,使用時按配比加水在攪拌機中攪拌成漿體后再加入聚苯顆粒,充分攪拌后形成塑性良好的膏狀體,將其抹于墻體干燥后便形成保溫性能優良的隔熱層。此種材料施工方便,保溫性能良好。其中聚苯顆粒可以采用工業品,也可以采用廢舊聚苯保溫板經機械破碎后的顆粒,這對于防制白色污染、保護環境十分有益的。但此種保溫材料吸水率較其他材料為高,使用時必須加做抗裂防水層。抗裂防水保護層材料由抗裂水泥砂漿復合玻纖網組成,可長期有效控制防護層裂縫的產生。   
            3 結語
                目前我國外墻保溫技術發展很快,是節能工作的重點。外墻保溫技術的發展與節能材料的革新是密不可分的,建筑節能必須以發展新型節能材料為前提,必須有足夠的保溫絕熱材料做基礎。節能材料的發展又必須與外墻保溫技術相結合,才能真正發揮其作用。正是由于節能材料的不斷革新,外墻保溫技術的優越性才日益受到人們重視。所以在大力推廣外墻保溫技術的同時,要加強新型節能材料的開發和利用,從而真正地實現建筑節能。
            參考文獻
            1. 胡小媛,許琳. 我國建筑絕熱材料的應用現狀及其前景. 保溫材料與節能技術,2002,(6):2~4
            2. 劉洪濤等. 幾種常見的外墻保溫形式及材料. 建筑技術與應用,2001,(1):39~40
            3. 郭瑩. 外墻內、外保溫技術在建筑節能住宅中的作用. 建筑技術開發,2002,(2):46~48
            4. 齊文龍等. 聚苯板外墻保溫技術的應用. 建材·建筑·裝修,2000,(2):33
            5. 徐惠忠,周明. 絕熱材料生產及應用. 北京:中國建材工業出版社,2001

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