节能复合墙体的研究与探讨

高 磊 张绪涛

1 概述

随着我国国民经济的快速增长,能源和环境问题日益严重,如何节约能源保护环境是亟待解决的重要问题。根据有关的统计资料[1],目前建筑直接能耗已占到社会总能耗的30%～35%,而我国单位建筑面积采暖能耗是气候条件相近的发达国家的3倍左右;墙体作为建筑的外围护结构的主体,其能耗在建筑能耗中占有很大的比例,一般达40%左右。无疑,采用节能墙体是解决这一问题的最有效途径。墙体保温系统根据构造和所处位置的不同分为:外墙外保温体系、外墙内保温体系、墙体夹心保温体系、墙体自保温体系,其中又以外墙外保温的发展最为迅速。

本文首先介绍了外墙外保温体系和内墙内保温体系的构造,进而分析了外墙外保温体系的缺陷及应对措施,为节能复合墙体类型的选择与设计提供参考。最后,对未来节能墙体的发展趋势做出了展望。

2 复合墙体在墙体保温系统中的应用

2.1 内保温复合墙体

内保温复合墙体的做法是将绝热材料复合在承重墙内侧,同时以轻质建筑板材或饰面材料等覆面作为保护层。目前较为常用的内保温技术有:增强石膏复合聚苯保温板、聚合物砂浆复合聚苯保温板、增强水泥复合聚苯保温板、内墙贴聚苯板抹粉刷石膏及抹聚苯颗粒保温料浆加抗裂砂浆压入网格布的做法。增强粉刷石膏聚苯板外墙内保温墙体是一种最常见的内保温复合墙体。这种墙体以阻燃型泡沫聚苯板为保温材料,这种板材货源充足、导热系数低、具有一定强度、尺寸灵活、切割方便、密度可依设计要求,一般以大于18 kg/m3为宜。

内保温复合墙体的保温结构一般为干作业施工,仅在一个层高范围内施工,不需搭设脚手架,生产效率较高。同时内保温复合墙体也有较为明显的缺点:

1)保温隔热效果差,外墙平均传热系数高。

2)热桥保温处理困难,不易处理出现的结露现象。

3)保温层占用室内使用面积。

4)不利于室内装修,在安装空调、电话及其他装饰物等设施时尤其不便。

5)不利于既有建筑的节能改造。

6)保温层易出现裂缝。

2.2 外保温复合墙体

所谓外保温复合墙体[2],是指将保温隔热材料复合在建筑物外墙外侧,并覆以保护层。这样,建筑物的整个外面都被保温层覆盖,使建筑物具有很好的保温隔热性能,从建筑物的热工原理上讲,外保温复合墙体的保温隔热效果是最好的。

外保温复合墙体与内保温复合墙体相比,具有以下优点:

1)保护主体结构,延长建筑物使用寿命;

2)基本消除了热桥的影响;

3)墙体潮湿情况基本得到改善;

4)有利于室温保持恒定;

5)便于既有建筑物的节能改造;

6)避免了装修对保温层的破坏;

7)增加了建筑物的使用面积。

目前工程中应用较多的外保温复合墙体有如下几类:

1)外挂式外保温复合墙体。外挂式外保温复合墙体外挂的保温材料有聚苯乙烯泡沫板(简称聚苯板,包括EPS,XPS)、岩(矿)棉、玻璃棉、硬质聚氨酯泡沫塑料板、聚苯仿石装饰保温板等。

2)聚苯板与混凝土墙体一次浇筑成型墙体。聚苯板与混凝土墙体一次浇筑成型墙体是将聚苯板内置于建筑模板内,位于浇筑的墙体外侧,然后浇筑混凝土,混凝土与聚苯板一次浇筑成型。这种复合墙体分为有网体系和无网体系两种。对于有网体系,内置的聚苯板可采用带有双面钢丝网或单面钢丝网的形式。无网体系是将聚苯板背面设计成锯齿形以加大与混凝土的粘结与锚固力,同时将板材周边设计成高低槽,安装时相互粘结,加强了板的整体性,同时采用尼龙锚栓将保温板和混凝土墙体连接在一起,使保温板与混凝土外墙紧密结合。

3)涂抹聚苯颗粒保温料浆保温墙体。涂抹聚苯颗粒保温料浆保温墙体由保温隔热层和抗裂防护层组成。其中保温隔热层材料是由保温胶粉料与聚苯颗粒轻骨料分别按配合比配置而成,将水、保温胶粉料及聚苯颗粒混合搅拌成膏状体即可使用。抗裂防护层是由水泥抗裂砂浆、复合涂塑耐碱玻纤网格布、配套柔性耐水腻子、硅橡胶弹性底漆组成,可长期有效地防止面层(防护层)产生裂缝。这种墙体保温层整体性好,施工厚度易控制,浆料保温、耐火、耐水、耐冻融、耐候性好。

3 外墙外保温体系缺陷分析

3.1 外墙外保温体系耐久性缺陷问题分析

调查发现,大部分外墙外保温体系在使用几年后,都不同程度地产生表面裂缝,似乎是一种通病。外墙外保温体系开裂不仅影响建筑物的美观,影响保温隔热性能,而且缩短了外墙外保温的使用寿命。目前使用的保温体系均是由有机泡沫保温层和防水饰面层组成,一旦外防水饰面层开裂渗水,会导致有机保温层霉变、空鼓、起翘、剥落等现象,保温效果大大降低,并且严重影响了耐久性和使用寿命。造成外保温体系开裂主要原因:

1)由于有机保温层与墙体、面层砂浆存在较大的热膨胀率差别,昼夜和季节温度变化导致墙体、饰面层和保温层受室外气温和太阳辐射的影响而发生胀缩,由于它们的胀缩率差别显著,容易产生脱粘和裂缝;

2)外墙外保温体系构造有五层之多,其施工工艺程序多,质量控制环节多,且施工人员技术良莠不齐,施工质量易出现问题。

3.2 外墙外保温体系安全隐患问题分析

1)保温层防火安全隐患问题:尽管外保温层在墙外,且采用了自熄性XPS/EPS板,在房屋内部发生火灾时,大火仍然会从窗户洞口往外燃烧,波及窗口四周的聚苯保温层。如果没有相当严密的防护隔离措施,还很可能会造成灾害,火势在外保温层内蔓延,以致将整个保温层烧掉。2)高层建筑外保温层抗负风压的问题:高层建筑高处风力大,在背风面上产生吸力,如果保温层粘结强度不足或界面存在粘结质量缺陷,则有可能导致保温板脱落。所以在国外一般不在高层建筑采用外保温体系。国内目前不少地区在高层建筑也采用外保温体系,而且在保温层外还贴有饰面砖。相信设计单位已计算过当地不同层高处的风压力,以及保温层固定后所能抵抗的负风压力。

3.3 现有外墙保温体系节能效率需要提高

国际范围的能源危机,促使世界各国纷纷制定了新的更高的建筑节能标准,因此,许多传统的墙体保温材料性能已经不能满足新的要求。我国部分地区建筑节能标准从原有的节能50%提高到节能65%,则外墙传热系数限值相应地要从1.16 W/(m2◦K)提高到 0.6 W/(m2◦K)。根据测算,采用现有保温材料,外保温体系需将外墙保温层厚度增加至80 mm左右,若做内保温,保温层厚度将达150 mm左右,不经济,也不适宜。因此,必须开发新一代节能材料。

4 我国节能墙体的发展趋势

1)积极开发和发展高质量的利废制品。

发展利废墙材产品始终是我国墙材革新的主导方向。我们要围绕利废量大、环境污染少、节能效果显著的生产技术,开发优质利废墙材产品。当前重点是开发和发展优质的、高掺量的粉煤灰和煤矸石墙材产品。随着国家产业政策对以黏土为基材的烧结制品的限制和环保对大气污染的严格控制,必须积极开发和发展非烧结工艺的优质利废制品,以贯彻国家清洁生产法。

2)大力研制开发新型的复合墙体体系和墙体材料。

世界上建造建筑物的主体材料大多数是混凝土,尤其是在全面“禁砖”的今天,混凝土材料的使用更加广泛。作为建筑物的主体材料混凝土保温性能很差,保温系数为117 W/(m2◦K)左右。要使混凝土墙体满足保温节能要求,就必须依靠其内外保温材料进行保温,这样不仅增加施工工序,加大建造成本,而且不利于结构受力和安全。

3)提高保温节能墙体产品标准。

产品标准是墙材质量的基础,也是保证。以产品标准为手段,同样可以调整产品结构,引导产品发展方向。近年,有的用户反映某些新型墙材产品存在质量问题,后经调查发现,这些产品的技术性能指标均已达到国家标准或行业标准的要求,这说明问题出现并不是生产质量问题,而是标准存在问题,是产品标准定得过低,达不到建筑功能需求,不能满足住户的要求。

4)确保新墙材应用,加快保温节能墙材推广应用的步伐。

适应住宅产业现代化的要求,把保温节能墙材应用指标纳入住宅建设计划,确保逐步提高保温节能墙材应用比例。用典型实例向社会各界广泛宣传发展保温节能墙材的意义、优越性及经济合理性,为推广应用创造良好的社会环境,带动保温节能墙材在建筑中的应用。

5 结语

作为围护结构的墙体,不仅是房屋建筑中的重要组成部分,而且与建筑物的自重、成本、施工工期、建筑能源消耗有着直接的关系。一个国家新型墙体的发展也客观的反映了其建筑水平和建材工业的发展水平。随着我国新型墙体技术的日益完善与成熟,新型墙体在我国今后的建筑行业中必将有着十分广阔的发展前景。

[1] 周丽红,李寿德.节能复合墙体保温材料分析与探讨[J].砖瓦,2008,15(9):118-120.

[2] 李 源.建筑外保温复合外墙节能设计探讨[J].科技信息,2008,15(22):95.

[3] 张 雄.完善建筑墙体节能技术体系[J].建设科技,2009(4):32-33.

[4] 王 漾,于 江.建筑保温节能墙体的发展现状及趋势[J].四川建材,2008(5):20-23.

[5] 冯汝林.节能建筑的外墙保温设计与施工[J].山西建筑,2009,35(33):246-248.