建筑墻體保溫隔熱性能評價(jià)與探究

賀皓碭 錢一征 吳明勇

摘要：本文主要對現(xiàn)有的墻體保溫隔熱材料和結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分類介紹，并以此對我國墻體保溫隔熱的現(xiàn)狀和發(fā)展形勢加以分析，得出了墻體節(jié)能在建筑節(jié)能中占重要地位的結(jié)論。其中著重介紹了聚合物水泥聚苯板、膠粉聚苯顆粒保溫漿料、硬泡聚氨酯、玻璃棉氈等先進(jìn)墻體保溫材料和施工技術(shù)。闡述了我國保溫節(jié)能墻體的形式、各自的特點(diǎn)，以及一些發(fā)展成熟的保溫墻體的做法；著重論述了墻體結(jié)構(gòu)在墻體保溫中的應(yīng)用前景。通過對比分析后發(fā)現(xiàn)，外墻外保溫作法保溫性能最為優(yōu)越，因此得出了它應(yīng)成為我國墻體保溫技術(shù)的主要形式以及建筑節(jié)能墻體保溫的主要方向的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能；墻體保溫隔熱；外墻外保溫；新型材料

建筑節(jié)能，就是以節(jié)約建筑能耗為核心，對建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和采暖系統(tǒng)進(jìn)行控制。作為一種有效的節(jié)能方式，它對緩解能源緊張并解決社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源供應(yīng)不足之間的矛盾有著很大的幫助[1]。在建筑結(jié)構(gòu)中，采用合適的保溫隔熱材料，設(shè)計(jì)有效的結(jié)構(gòu)形式，形成有效的體系對于建筑節(jié)能起到很大的作用，是發(fā)展綠色建筑的必經(jīng)之路。本文對現(xiàn)有的一些墻體保溫隔熱材料和結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)進(jìn)行研究分析，以了解我國對于墻體保溫隔熱的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。

一、材料

目前，國內(nèi)外使用的墻體保溫隔熱材料主要是傳統(tǒng)的有機(jī)合成保溫隔熱材料和無機(jī)保溫隔熱材料，此外，一些新型保溫隔熱材料的使用也逐漸頻繁。

（一）有機(jī)保溫隔熱材料

國內(nèi)使用的有機(jī)保溫隔熱材料主要有聚苯乙烯泡沫板（EPS）、擠塑聚苯乙烯泡沫板（XPS）、聚氨酯材料（PU）等。有機(jī)合成材料保溫性能優(yōu)異，強(qiáng)度和耐久性良好，但防火性能差，聚EPS、XPS、PU的均屬于B2級可燃材料。根據(jù)公安部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部公通字[2009]46號《名用建筑外保溫系統(tǒng)及外墻裝飾防火暫行規(guī)定》的要求：“民用建筑的外保溫材料宜為A級，且不應(yīng)低于B2級”。EPS、XPS、PU性能對比如表1所示：

1.EPS板

聚苯乙烯板（EPs板）是以含有揮發(fā)性液體發(fā)泡劑的可發(fā)性聚苯乙烯珠粒為原料，經(jīng)加熱發(fā)泡后在模具中加熱成型的保溫板材。EPS的導(dǎo)熱系數(shù)較低，具有良好的保溫隔熱性能，此外，EPS的防水性能、抗風(fēng)壓、抗沖擊性能也很優(yōu)異[2]。同時(shí)EPS的質(zhì)量較輕，成本低，而且加工技術(shù)成熟，在舊房的改造中具有極大的吸引力，占據(jù)了我國保溫隔熱材料的主導(dǎo)地位。但是EPS的燃燒性能為B2級，其受熱變形的溫度只有70～98℃。近期的研究在該材料中添加阻燃劑、優(yōu)化生產(chǎn)工藝也只能將其燃燒性能提升至B1級[3]。

2.XPS板

擠塑聚苯乙烯板（XPS）是由聚苯乙烯樹脂與添加劑經(jīng)過加熱擠壓過程制造的擁有連續(xù)均勻表層及閉孔式蜂窩結(jié)構(gòu)的板材。與EPS相比，XPS的強(qiáng)度、保溫、抗水汽滲透等性能均有了較大的提高，有突出的保溫性和強(qiáng)度。但XPS的粘貼力和系統(tǒng)表面平整度仍存在不足。同時(shí)，由于和EPS的材料相同，XPS的燃燒性能也不滿足要求。

3.PU板

建筑節(jié)能中主要使用硬泡聚氨酯保溫板，聚氨酯fPu）材料具有優(yōu)異的保溫性能，其環(huán)保性良好，性質(zhì)穩(wěn)定，同時(shí)，PU具有耐磨、耐腐蝕、防潮、質(zhì)輕等優(yōu)秀的性質(zhì)。因此，PU材料適用于建筑的保溫隔熱和解決防潮作用。然而，PU也屬于有機(jī)材料，其燃燒性能一般，屬于B2級，在添加阻燃劑后可達(dá)到B1級，未能達(dá)到A級標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，PU板的現(xiàn)場施工條件略復(fù)雜，施工技術(shù)難度較大。

（二）無機(jī)保溫隔熱材料

目前常用的無機(jī)材料主要分為無機(jī)保溫砂漿、礦物棉、發(fā)泡無機(jī)材料三類。相較于有機(jī)保溫隔熱材料，無機(jī)材料的導(dǎo)熱系數(shù)略高于有機(jī)材料，因此保溫性不如有機(jī)材料。并且無機(jī)材料的體積吸水率也大于有機(jī)材料，耐水性不如有機(jī)材料。但無機(jī)材料的燃燒性能屬于A級不燃，而有機(jī)材料多為B2級，且有機(jī)材料燃燒時(shí)易產(chǎn)生有毒氣體，因此無機(jī)材料的防火性強(qiáng)于有機(jī)材料。

1.無機(jī)保溫砂漿

無機(jī)保溫砂漿主要由輕集料、水泥和一些外加劑混合制成，強(qiáng)度大，不容易開裂，而且防火性能優(yōu)秀，有著耐老化、節(jié)能環(huán)保、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，可直接涂抹于墻體表面，施工方便，但該材料吸水率較大，且保溫隔熱效果較差。

2.礦物棉

礦物棉類保溫隔熱材料主要包括巖棉和玻璃棉兩類材料。巖棉是一種優(yōu)秀的保溫隔熱材料，其燃燒等級為A級，防火性能優(yōu)異，同時(shí)，巖棉的導(dǎo)熱系數(shù)相對于其他傳統(tǒng)無機(jī)保溫隔熱材料更低，小于等于0.040w·m-1·K-1，而且，巖棉還有質(zhì)輕、耐久性高等優(yōu)點(diǎn)。但巖棉板也存在一些缺陷，如吸水性較強(qiáng)，引起保溫性能的降低，而且施工中會產(chǎn)生一些對人體有害的物質(zhì)，危害人體呼吸系統(tǒng)或造成皮膚損傷，需要加強(qiáng)施工安全防護(hù)。玻璃棉的性質(zhì)與巖棉類似，防火、導(dǎo)熱系數(shù)低、耐久性好，也有著吸水性強(qiáng)的問題，同時(shí)，玻璃棉的價(jià)格較高。

3.發(fā)泡無機(jī)材料

發(fā)泡無機(jī)材料主要包括膨脹珍珠巖、泡沫混凝土、發(fā)泡水泥等。膨脹珍珠巖的防火性能優(yōu)秀，保溫性能良好，但有著吸水性強(qiáng)的致命缺點(diǎn)，極易吸水膨脹，會導(dǎo)致開裂。泡沫混凝土是較為優(yōu)秀的保溫隔熱材料，近年來以其A級不燃的燃燒性能而受到關(guān)注，其經(jīng)濟(jì)性優(yōu)秀，同時(shí)與建筑墻體有著良好的親和性，而且耐久性好，基本能與建筑擁有相同的壽命[7]。其缺點(diǎn)是密度較大，導(dǎo)熱系數(shù)在0.06W·m-1·K-1左右，保溫隔熱性能一般，有著較高的吸水率，在施工時(shí)須進(jìn)行防水處理。發(fā)泡水泥主要通過其內(nèi)部的許多封閉氣孔來打到保溫隔熱效果，其防火、抗壓性能優(yōu)異，也有著隔音性好、施工簡單等優(yōu)點(diǎn)，且密度較輕、環(huán)保，吸水率較高是其缺點(diǎn)，在摻入適量的防水劑后，可以得到改善。

（三）新型材料

有機(jī)材料保溫性能好，導(dǎo)熱系數(shù)低，但防火性能差，近年來頻發(fā)的建筑火災(zāi)，許多都是由有機(jī)保溫材料引起的，給人們的生命安全造成嚴(yán)重威脅。而無機(jī)材料雖然防火性能好，但吸水率大，而且保溫性能不如有機(jī)材料。因此，各種新型的保溫隔熱材料不斷被研發(fā)出來。

1.酚醛樹脂保溫板（PF）

PF板是由苯酚和甲醛的聚合物與固化劑、發(fā)泡劑、表面活性劑和填充劑等混合制成的多孔性硬質(zhì)泡沫塑料。性能經(jīng)過改良的酚醛樹脂材料的燃燒性能可以達(dá)到A級不燃，符合了規(guī)定的要求，酚醛樹脂發(fā)泡材料有著較高的閉孔率，因此其導(dǎo)熱系數(shù)低，僅0.023W·m-1·K-1，具有優(yōu)異的保溫隔熱性能，此外，這種材料還有著質(zhì)輕、無毒等優(yōu)點(diǎn)，其耐水性能也較為優(yōu)秀。因此這種材料逐漸成為主流的保溫隔熱材料。

2.復(fù)合硅酸鹽保溫隔熱材料

復(fù)合硅酸鹽主要由硅酸鋁纖維、膨脹珍珠巖粉等多種優(yōu)選隔熱材料復(fù)合精制而成[99。這種材料是非連通孔結(jié)構(gòu)，是憎水性材料，因此，其防水防潮性能優(yōu)秀，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)無機(jī)保溫隔熱材料的不足。此外，這種材料還有無毒無污染、質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠起到防火、阻燃、隔音的效果。同時(shí)，復(fù)合硅酸鹽材料有著高強(qiáng)、速凝、不開裂等突出特點(diǎn)，相比傳統(tǒng)無機(jī)材料，其施工難度大大降低，其耐久性也十分優(yōu)秀。

3.真空絕熱板

真空絕熱板一種利用真空絕熱原理研發(fā)出的新型保溫隔熱材料，主要由吸氣劑、芯材、隔膜組成，能夠有效地降低空氣對流引發(fā)的熱傳遞，是目前導(dǎo)熱系數(shù)最低的保溫隔熱材料，僅有0.008W·m-1·K-1。德國慕尼黑的樣板工程的檢測結(jié)果顯示，使用了真空絕熱板的工程每年的能耗僅為慕尼黑平均能耗的四分之一，并且認(rèn)為該材料具有60年的使用壽命。目前，真空絕熱板仍存在一些缺陷，雖然其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不低，但抗穿刺性能較差，易受穿刺而漏氣，導(dǎo)致失去真空度，這會大大降低其保溫隔熱性能，因此，運(yùn)輸，堆放、施工以及以后的使用都要十分小心。此外，真空絕熱板的尺寸較小，板與板之間存在的板縫會形成熱橋，對其性能會產(chǎn)生的影響，而且真空絕熱板的透氣性比較差。

二、結(jié)構(gòu)

（一）外墻內(nèi)保溫

通常的外墻內(nèi)保溫技術(shù)主要是指在建筑外墻結(jié)構(gòu)內(nèi)部增加保溫層設(shè)置，從而提高外墻的保溫隔熱能力。這種保溫結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)較為成熟靈活。但這種結(jié)構(gòu)有著較大的缺陷，首先，在墻體內(nèi)側(cè)設(shè)置保溫層，必然會占用房屋內(nèi)的面積，在很大程度上減少了用戶的使用面積；其次，外墻內(nèi)保溫結(jié)構(gòu)主要在內(nèi)部增加保溫層，墻體外側(cè)則要常年經(jīng)受冬夏季較大溫差的作用，承重結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生溫度變形，對墻體壽命有一定影響；此外，外墻內(nèi)保溫結(jié)構(gòu)不能有效地解決熱橋問題，使墻體內(nèi)外界限出的鋼筋混凝土等導(dǎo)熱較強(qiáng)的部位溫度偏高，進(jìn)而導(dǎo)致墻體發(fā)霉或開裂。

（二）外墻外保溫

外墻外保溫與外墻內(nèi)保溫相對，是在外墻的外側(cè)設(shè)置保溫層，進(jìn)而起到良好的保溫隔熱作用，縮小建筑空間內(nèi)部與外部環(huán)境之間的溫度差異。相較于內(nèi)保溫，這種結(jié)構(gòu)更為有效。首先，在外墻的外側(cè)設(shè)置保溫層能夠有效的對外墻進(jìn)行保護(hù)，大大降低溫度應(yīng)力的影響，提高結(jié)構(gòu)的耐久性，對延長墻體的壽命有著很大的幫助；同時(shí)，外墻外保溫能夠有效的避免熱橋的產(chǎn)生，防止建筑外墻出現(xiàn)發(fā)霉開裂等問題；外保溫也有利于防止或減少保溫層內(nèi)部產(chǎn)生水蒸氣凝結(jié)的情況，有效地解決了墻體潮濕問題；當(dāng)然，外墻外保溫也有一些不足，首先，構(gòu)造上較內(nèi)保溫更復(fù)雜，因?yàn)椴荒苁贡貙又苯勇懵对谑彝?，需要設(shè)置外保護(hù)層，而這種保護(hù)層無論是在材料還是構(gòu)造上的要求，都比內(nèi)保溫的內(nèi)飾面層要求高。同時(shí)如果是高層建筑采取外保溫，就要進(jìn)行高空作業(yè)，施工難度大。

（三）夾心保溫

夾心保溫結(jié)構(gòu)主要是將保溫層設(shè)置在外墻和內(nèi)墻的中間部位，這種結(jié)構(gòu)可以對內(nèi)側(cè)墻體形成有效的保護(hù)，而且對施工的要求不高。此外這種結(jié)構(gòu)對保溫材料的要求也較低，也可以采取封閉空氣間層，厚度以4～5cm為宜，當(dāng)空氣層厚度較低時(shí)，其熱阻很大，然而當(dāng)厚度大于臨界值時(shí)，其傳熱方式會發(fā)生改變，形成對流，導(dǎo)致熱阻降低。夾心保溫結(jié)構(gòu)的應(yīng)用效果較弱，主要是因?yàn)槭┕ぜ夹g(shù)繁瑣，還需要使用混凝土樓板將墻體的內(nèi)外側(cè)連接，這一定程度上增加了熱橋的產(chǎn)生幾率；而且這種結(jié)構(gòu)忽視了對外墻的保護(hù)，使得外墻經(jīng)常遭受惡劣天氣的影響，縮短墻體的壽命。

三、結(jié)束語

近年來，保溫隔熱材料的發(fā)展十分迅速，傳統(tǒng)的有機(jī)材料和無機(jī)材料不斷顯示其弊端而逐漸退出市場，同時(shí)新型材料也嶄露頭角，開始取代傳統(tǒng)材料。隨著要求的提高，我們也需要不斷研究開發(fā)出具有更高性能的、與環(huán)境相協(xié)調(diào)的材料。墻體結(jié)構(gòu)方面，外墻外保溫的優(yōu)點(diǎn)最為顯著，應(yīng)當(dāng)成為我國墻體保溫隔熱的主要結(jié)構(gòu)以及建筑節(jié)能的墻體發(fā)展方向。我國建筑節(jié)能工作任重而道遠(yuǎn)，直接關(guān)系到環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展，是一項(xiàng)重要而又艱苦的任務(wù)，應(yīng)當(dāng)受到全社會的重視。

參考文獻(xiàn)：

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