建筑保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)與發(fā)展探討

王 丹

2021 年，我國建筑運(yùn)行階段的碳排放量占全國總碳排放量的比例高達(dá)21%，加之建筑開發(fā)階段的資源和能量消耗，建筑行業(yè)全生命周期的碳排放量占總碳排放量的比例高達(dá)51.6%，建筑行業(yè)節(jié)能減排形勢十分嚴(yán)峻。20 世紀(jì)80年代以來，我國從推動綠色建筑高質(zhì)量發(fā)展、提高能源使用率等方面入手，制定建筑節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)并實(shí)施“四步走”計(jì)劃。隨著“十四五”期間全面實(shí)施建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，超低能耗、近零能耗建筑保溫系統(tǒng)將成為未來發(fā)展的趨勢，是建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的重要措施。因此，深化建筑保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)與未來發(fā)展趨勢的研究，對促進(jìn)我國建筑行業(yè)高質(zhì)高效發(fā)展具有重要的意義。

1 建筑保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)

1.1 建筑外墻內(nèi)保溫技術(shù)的特點(diǎn)

建筑外墻內(nèi)保溫技術(shù)就是在外墻內(nèi)側(cè)使用苯板、砂漿等保溫材料，改變外墻熱工系數(shù)達(dá)到保溫節(jié)能的方法。該技術(shù)有3 個優(yōu)點(diǎn)。一是施工方便。外墻內(nèi)部施工要求比外部施工技術(shù)門檻更低，室內(nèi)施工不需要搭建高層腳架等設(shè)備，施工相對方便且更加安全[1]。二是對外墻及保溫材料要求不高。外墻內(nèi)部因有固定和支撐架構(gòu)，相較于外墻外部對墻體垂直度、建筑材料粘性等要求，外墻內(nèi)部施工的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求相對較低。三是施工進(jìn)度快。外墻內(nèi)部施工可以分割為多個相對小的工程，可同時在多個作業(yè)區(qū)域進(jìn)行施工，加之施工難度較小，可以有效加快工程進(jìn)度。

同時，外墻內(nèi)保溫技術(shù)具有較大的局限性。一是熱橋現(xiàn)象明顯。建筑結(jié)構(gòu)熱橋問題是外墻內(nèi)保溫技術(shù)的最大缺陷，特別是隨著冬夏或晝夜室內(nèi)外溫差反復(fù)變化，建筑墻體和樓板等反復(fù)發(fā)生線性變形和體積變化，影響建筑整體的穩(wěn)定性和耐久性。二是減小室內(nèi)使用面積[2]。使用該保溫技術(shù)會減少15%～25%的室內(nèi)實(shí)際使用面積，在當(dāng)前人們普遍重視商品住房實(shí)際使用面積的情況下，大部分建筑公司和住房者不再采用此保溫技術(shù)。三是影響室內(nèi)二次裝修。居民普遍會對建筑進(jìn)行二次裝修，以提升住房的舒適度和美觀性。采用外墻內(nèi)部保溫技術(shù)會影響二次裝修的立體設(shè)計(jì)和工藝選擇，內(nèi)墻施工和裝飾固定結(jié)構(gòu)也可能破壞保溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

1.2 建筑外墻混合保溫技術(shù)的特點(diǎn)

建筑外墻混合保溫技術(shù)是指在建筑保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，墻體外部施工方便時采用墻體外部保溫技術(shù)，內(nèi)部施工方便時采用墻體外部保溫技術(shù)。該項(xiàng)保溫技術(shù)從本質(zhì)上屬于外墻內(nèi)保溫、外保溫技術(shù)的過渡，是一種臨時變通措施，因此決定了其不是建筑保溫技術(shù)的主流[3]。該技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是在施工過程中可靈活采取相關(guān)措施，同時能夠兼顧熱橋現(xiàn)象，對墻體內(nèi)保溫系統(tǒng)不能克服的熱橋結(jié)構(gòu)和部位進(jìn)行有效保護(hù)，從而提升建筑保溫系統(tǒng)的整體熱工性能。但該項(xiàng)技術(shù)存在嚴(yán)重不足，特別是補(bǔ)丁式施工方法，對建筑整體具有嚴(yán)重的損害。

建筑外墻混合保溫技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是對保溫材料的要求不高，施工難度不大，通常在北方寒冷地區(qū)的小型建筑上使用。但是，該技術(shù)會使建筑墻體變厚，建筑材料耗費(fèi)較多，經(jīng)濟(jì)價值不高。

1.3 建筑外墻外保溫技術(shù)的特點(diǎn)

建筑外墻外保溫技術(shù)是在外墻外側(cè)使用建筑保溫設(shè)備和保溫材料，采取一定的施工技術(shù)和工藝做法，為整個建筑物穿上“保暖衣”。我國自2000 年左右開始大力推廣該項(xiàng)保溫技術(shù)，目前主要有聚苯顆粒漿料、聚苯板現(xiàn)澆混凝土、無機(jī)活性墻體等保溫材料。該技術(shù)主要有以下優(yōu)點(diǎn)。一是保溫效果顯著。一方面，由于保溫建筑材料在墻體外側(cè)，可以消除建筑熱橋現(xiàn)象，阻斷室內(nèi)外溫度流通，充分發(fā)揮保溫節(jié)能效能；另一方面，能減少自然溫度、濕度、光線等對建筑主體的影響，阻止風(fēng)雨等對建筑的侵蝕，避免建筑內(nèi)部出現(xiàn)發(fā)霉、破損、開裂等問題。二是適用范圍廣[4]。隨著人們對生活質(zhì)量提出更高的需求，南方在夏季對建筑隔熱需求逐步增加，建筑外墻外保溫技術(shù)既可用于新建筑保溫系統(tǒng)，又可用于老舊建筑保溫系統(tǒng)改造。三是有利于改善內(nèi)部環(huán)境。建筑保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)在墻體外部，可最大限度提升室內(nèi)面積的使用效率，同時也可最大限度減輕建筑材料中有害物質(zhì)造成的污染?？蚣芙Y(jié)構(gòu)外墻涂料做法如圖1 所示。

建筑外墻外保溫技術(shù)在現(xiàn)實(shí)運(yùn)用中也存在一些不足。一是保溫系統(tǒng)使用壽命遠(yuǎn)小于建筑工程壽命。目前，我國制定了很多標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，要求建筑保溫系統(tǒng)使用壽命達(dá)25 年以上，與50 ～100 年的建筑壽命標(biāo)準(zhǔn)相較有很大差距。二是生態(tài)環(huán)保問題未能徹底解決。雖然建筑保溫系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能保溫的效果，但需要耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，特別是保溫材料多為不可再生資源，當(dāng)達(dá)到預(yù)期壽命后將變成建筑垃圾，是當(dāng)前“雙碳”目標(biāo)需重點(diǎn)解決的問題。三是防火技術(shù)不夠成熟。目前，我國建筑保溫系統(tǒng)使用的保溫隔熱材料要求達(dá)到防火B(yǎng)2級以上，但目前市場上的大多保溫材料都屬于可燃材料，其自身的離火自熄性、難燃性或不燃性很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。四是保溫系統(tǒng)脫落或開裂問題難以避免[5]。我國建筑保溫系統(tǒng)施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)相對滯后，加之保溫系統(tǒng)施工通常采取外包的形式，無法保證建筑保溫系統(tǒng)質(zhì)量，遇到大風(fēng)或者劇烈晃動，經(jīng)常會出現(xiàn)保溫層脫落現(xiàn)象。

2 建筑保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 保溫材料的應(yīng)用現(xiàn)狀

保溫材料是利用氣體的低導(dǎo)熱性質(zhì)，將氣體限制于建筑材料的泡孔、夾層等空間內(nèi)，阻斷熱量對流傳導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)隔熱保溫的效果，通常分為有機(jī)、無機(jī)保溫材料，同時因建筑防火需要也按阻燃等級進(jìn)行分類。有機(jī)保溫材料具有導(dǎo)熱系數(shù)低、強(qiáng)度高、重量輕、吸水性低等優(yōu)點(diǎn)，但阻燃等級低，即使添加阻燃劑也僅能達(dá)到B1 級；無機(jī)保溫材料存在重量大、易吸水等不足，但阻燃性能可達(dá)到A 級。

目前，有機(jī)的模塑聚苯板、無機(jī)的巖棉是我國應(yīng)用最廣泛的建筑保溫材料。模塑聚苯板的優(yōu)點(diǎn)是能使建筑結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，缺點(diǎn)是阻燃系數(shù)低；巖棉的優(yōu)點(diǎn)是具有不燃性，缺點(diǎn)是質(zhì)量較大、結(jié)構(gòu)安全性不足，且具有強(qiáng)吸水性。保溫節(jié)能方面，二者的導(dǎo)熱系數(shù)均相對低下，模塑聚苯板優(yōu)于巖棉材料；結(jié)構(gòu)安全方面，模塑聚苯板具有較好的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，能夠有效抵抗沖擊和大風(fēng)影響，施工難度相對較低，脫落風(fēng)險相對較?。环阑鸢踩矫?，模塑聚苯板為易燃材料，阻燃等級低，即使添加阻燃劑也僅能達(dá)到B1 級，在高層建筑設(shè)計(jì)中必須設(shè)置防火隔離帶才能滿足消防要求，施工較為不便。

2.2 配套材料的應(yīng)用現(xiàn)狀

中信證券研究結(jié)果顯示，80%以上受訪人員表示配套材料不合適、施工不規(guī)范是產(chǎn)生建筑保溫系統(tǒng)質(zhì)量問題和安全事故的主要原因。目前，我國通常采用傳統(tǒng)的薄抹灰保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由于配套材料的使用創(chuàng)新性不足，在實(shí)際應(yīng)用中存在以下安全隱患。

一方面，由于巖棉自重較大，隨著節(jié)能保溫效能要求提升，其厚度也有所提升，因此對基層墻體的堅(jiān)固性、平整性要求更高，要求粘結(jié)層粘結(jié)面積不小于80%且需涂刷界面劑，即使配套材料使用“兩網(wǎng)三膠”也難以達(dá)到安全要求。另一方面，由于建筑薄抹灰保溫系統(tǒng)的基層墻體、膠粘劑、保溫材料、玻纖網(wǎng)、薄抹層及錨栓等環(huán)節(jié)品控和施工不達(dá)標(biāo)，可能導(dǎo)致建筑保溫系統(tǒng)出現(xiàn)空鼓、滲水、脫落等問題，會影響建筑的功能性、安全性、耐久性。建筑保溫系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，應(yīng)根據(jù)不同墻體結(jié)構(gòu)、消防要求、當(dāng)?shù)貧庀髼l件等選擇合適的配套材料，確保保溫系統(tǒng)的整體保溫性能、結(jié)構(gòu)安全和防火要求。

2.3 建筑保溫系統(tǒng)施工方法的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著新技術(shù)、新材料的發(fā)展，越來越多的保溫材料研發(fā)并被應(yīng)用到建筑行業(yè)中，優(yōu)秀的保溫材料和配套材料是建筑保溫系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時優(yōu)秀的保溫系統(tǒng)施工技術(shù)方法也能更好地提升建筑質(zhì)量。

目前，我國建筑保溫系統(tǒng)施工方法主要有以下幾種。一是外掛式保溫技術(shù)，采用粘結(jié)砂漿或?qū)Ｓ霉潭⒈夭牧险迟N、外掛在建筑主體上，然后再涂抹抗裂砂漿、壓入玻璃纖維網(wǎng)格布，最后再做裝飾層。該技術(shù)主要存在施工程序復(fù)雜、施工難度大等問題，容易出現(xiàn)安全事故。二是一體澆筑保溫技術(shù)，將保溫材料放入建筑模板內(nèi)與外墻一起澆筑，可有效提高施工效率，但對均勻、連續(xù)澆筑的技術(shù)要求高。三是聚苯顆粒保溫技術(shù)，將聚苯顆粒調(diào)成保溫的砂漿，然后將其涂于保溫板，可以預(yù)防水泥砂漿裂縫問題。該技術(shù)的成本低，施工中要求多次涂抹聚苯顆粒砂漿，工程管理的流程、標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格，稍有懈怠將嚴(yán)重影響保溫系統(tǒng)的質(zhì)量。膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 建筑保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 綠色環(huán)保要求更高

在碳中和、碳達(dá)峰的背景下，無論是單一的有機(jī)材料，還是單一的無機(jī)材料，都不能滿足建筑保溫系統(tǒng)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)要求，建筑行業(yè)陸續(xù)制定節(jié)能減碳措施，對傳統(tǒng)保溫材料的使用限制越來越嚴(yán)格。我國的綠色保溫材料從“十三五”開始進(jìn)入發(fā)展“快車道”，“近零能耗建筑”將在“十四五”期間全面推廣，市場出現(xiàn)了一大批新技術(shù)、新材料、新工藝。建筑保溫系統(tǒng)將向“保溫性、安全性、耐久性”等方向發(fā)展，保溫材料將向“綠色化、智能化、規(guī)范化、多樣化”方向發(fā)展，開發(fā)經(jīng)濟(jì)高效、復(fù)合多功能、可回收、無污染的建筑保溫材料是未來的主要發(fā)展途徑。同時，《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016-2014）中明確要求：“建筑的內(nèi)、外保溫系統(tǒng)，宜采用燃燒性能A級保溫材料，不宜采用B2 級保溫材料，嚴(yán)禁采用B3 級保溫材料?！币虼?，未來保溫材料必須兼顧綠色環(huán)保、保溫節(jié)能、防火安全，最大限度實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的同時確保建筑運(yùn)行絕對安全。

3.2 保溫裝飾一體化趨勢更加明顯

保溫裝飾一體化是使用保溫裝飾一體板的建筑保溫系統(tǒng)，由保溫層和面板層組成，僅需將事先預(yù)制好的保溫裝飾一體板“粘貼”“錨固”在建筑墻上。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)建筑保溫系統(tǒng)、裝飾系統(tǒng)的預(yù)制化一體生產(chǎn)，具有十分明顯的技術(shù)優(yōu)勢。

第一，有利于提高施工效率。將抹面層、飾面層的建筑施工改為工廠預(yù)制產(chǎn)品，能夠減少施工難度和建筑工程量，進(jìn)而有利于提高施工效率。第二，更加綠色環(huán)保。保溫裝飾一體板便于靈活組裝和拆卸，可以循環(huán)使用，能夠提升保溫材料的使用率，更加環(huán)保。第三，有利于提升可裝修性。在生產(chǎn)過程中，可對飾面層進(jìn)行有效的噴涂油漆等作業(yè)，飾面層的形式也可以選擇，比建筑現(xiàn)場施工更加平整、規(guī)范、美觀。

3.3 建筑保溫行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)更加規(guī)范

目前，我國建筑保溫工程還存在施工不規(guī)范、保溫材料質(zhì)量低、監(jiān)督監(jiān)察不到位等問題，嚴(yán)重制約建筑保溫行業(yè)的健康發(fā)展。2019 年，我國對已有建筑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行梳理，結(jié)合我國不同建筑類型需求、不同地區(qū)氣候特點(diǎn)，出臺了《強(qiáng)制性工程建設(shè)規(guī)范（征求意見稿）》，從新建建筑的環(huán)保節(jié)能、既有建筑的環(huán)保節(jié)能和可再生能源等方面，對建筑施工各方面提出通用性的要求，明確了設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。未來，建筑保溫系統(tǒng)將更加注重保溫性、穩(wěn)定性、防火性能、防水性能的作業(yè)工序和作業(yè)流程，標(biāo)準(zhǔn)化的施工作業(yè)程序和方法將得到全面推廣。

4 結(jié)語

綜上所述，在碳達(dá)峰、碳中和的背景下，建筑行業(yè)節(jié)能減排要求實(shí)現(xiàn)跨越式升級是必然趨勢，國家將陸續(xù)出臺行業(yè)政策措施和標(biāo)準(zhǔn)要求，建筑保溫系統(tǒng)領(lǐng)域也將圍繞綠色環(huán)保和節(jié)能減排進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展。因此，認(rèn)真研究“雙碳”目標(biāo)對建筑保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)和應(yīng)用的具體要求，詳細(xì)分析當(dāng)前我國保溫系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀，積極探討未來我國建筑保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展趨勢，助力建筑行業(yè)健康發(fā)展。