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因地制宜应用墙体保温技术
发布时间:2009-12-27

 

                   

    ------中国科学研究院  林海燕  董宏  周辉

 

    按照现行的建筑节能设计标准的要求,居住建筑的墙体和屋面都要具有比较高的热阻(或者说比较低的传热系数)。例如:夏热冬暖地区要求外墙的传热系数在2.0-1.5W/(m•℃)左右,大致相当于240-370mm厚度的实心粘土砖墙的传热系数。夏热冬冷地区要求外墙的传热系数在1.5-1.0 W/(m•℃)左右,大致相当于370-650mm厚度的实心粘土砖墙的传热系数。寒冷地区和严寒地区要求还要高的多,例如:哈尔滨住宅墙体的保温性能要求大致相当于1.5m厚度的实心粘土砖墙的保温性能。随着节能要求的提高,北方建筑墙体的保温性能还可能进一步提高,显然仅仅依靠传统的墙材来满足建筑节能的要求是不太可能的。

表1  节能材料对墙体热阻的要求

气候区

传热系数

[W/(m2•k)]

材料层热阻

(m2•K/W)

折合实心砖厚

(mm)

折合聚苯板厚

(mm)

严寒地区

0.4-0.6

2.34-1.51

1900-1200

94-60

寒冷地区

0.6-1.0

1.51-0.84

1200-650

60-34

夏热冬冷地区

1.0-1.5

0.84-0.51

650-370

34-20

夏热冬暖地区

1.5-2.0

0.51-0.34

370-240

20-14

为了保护宝贵的耕地资源,用新型墙体材料取代传统的粘土烧结砖是我国既定的墙改政策,落实这项政策的同时,必须同时考虑建筑节能的要求。我国城镇的建筑基本上都是多层和高层,因此墙材大多要考虑承重的需要。要开发出既能满足承重要求,又能同时满足很高的节能要求的新型墙材,是非常困难的。尤其在北方地区,由于对墙体保温性能的要求非常高,开发同时能满足承重和保温两种性能要求的墙体材料,在目前的技术发展水平下几乎是不可能的。因此,必须考虑走复合墙体的道路,将墙体的承重层和保温层功能明确区分开来。国际上,建筑节能做的比较好的国家基本上都处于寒冷气候的国家,他们的外墙保都是走的这条技术路线。我们国家的建筑节能是从北方开始的,因此目前墙体保温也是走的这条技术路线。

常见的高效保温材料与传统的粘土红砖相比,保温性能是极其优越的。玻璃棉、岩棉、聚苯乙烯泡沫塑料板等保温材料的保温性能均相当与同厚度粘土红砖的20倍左右。因此走复合墙体之路,墙体的承重材料根本就不再需要考虑导热系数大小的问题,需要解决的是两层材料如何复合的问题,以及保温材料的耐久性问题。

墙体的外保温技术

 

总而言之,将高效保温材料置于墙体的外侧就是强体的外保温技术。外保温技术也分很多种,国内目前应用的比较多的外保温主要有以下几种:一种是在施工完的墙面上粘贴聚苯乙烯泡沫塑料板,然后再做保护和装饰面层;另一种是将聚苯乙烯泡沫塑料板重,浇注完混凝土拆模后在做保护和装饰面层;还有一种是将玻化微珠混在特殊的砂浆中,麽在外墙上。从充分发挥保温材料的保温性能的角度来评价,外保温这种方式最好。主要优点是它能切断墙体的结构性热桥,提高结构层的温度,不发生结露。

但是,外墙保温技术也有缺点,主要是施工比较复杂,造价偏高。以目前国内最常见的墙面上粘贴聚苯乙烯泡沫塑料板保温墙体而言,人们最担忧的有两个问题:一是其寿命究竟有多长,二是表面能否粘贴面砖。

德国是聚苯乙烯泡沫塑料板外墙外保温应用很多的一个国家,德国建筑物理研究所从20世纪70年代起就对聚苯乙烯泡沫塑料板外墙外保温技术开展深入的研究,包括对工程的实际情况进行长期的跟踪调查研究。他们调查的结果是40年前的工程状态仍旧完好。我国最早做的外墙外保温工程也有将近20年的历史了,目前也仍旧在正常使用中。因此如果能够加强市场监管,加强施工环节的过程控制,不让伪劣产品和技术进入市场,这类墙体保温工程的寿命应该不是主要问题。

有一种观点提出,我国的住房都私有化了,外墙保温不能与建筑同寿命,维修和更换的问题如何解决?诚然,如果能找到与建筑同寿命的墙体保温材料和技术当然最好,在目前的技术发展还达不到这一要求时,只能先解决主要矛盾。事实上,建筑在使用过程中需要维修的公共系统也不止墙体保温、屋顶、电梯等公共系统也都面临同样的问题。只要规定好制度,由谁出钱维修不应该成为障碍。

至于外表面贴面砖的问题,则应该依靠加强技术研发来解决。有一条原则必须坚持:安全是第一位的,能贴则贴,不能贴则坚持不贴。

 

墙体的内保温技术

 

墙体内保温即将高效保温材料置于外墙的内侧。与外保温相比,内保温墙体有个明显的好处就是施工简单,保温材料的寿命也不用太担心,墙体外面是否能贴面砖更是同保温没有关系。另外,内保温对一套住宅内只有部分房间在部分时间内采暖空调比较有利,房间的温度升温降温快。但是,内保温也有非常明显的缺点:

一是保温层不能连续,楼板、天花板与外墙的连接处,内隔墙与外墙的连接处都形成热桥,大大降低整面墙的保温性能;

二是冬季室内的水蒸气比较容易渗透过保温材料层,在保温材料与外墙的交界面结露结霜;

三是室内的防火安全问题。事实在,在北欧、西欧以及我国北方刚开始提倡建筑节能的时候,墙体的保温也是从内保温着手的,后来发现上述问题不易解决,才转向了发展外保温技术。

内保温技术固有的三大问题,也并不是一定不能解决。日本的北海道地区冬季气候严寒,但该地区的不少住宅建筑就采用了外墙内保温技术。为削弱外墙内保温不可避免的热桥效应,日本的规范规定在在外墙与楼板、天花板的连接处,外墙与内隔墙的连接处,外墙内表面的保温层必须弯折90度,沿楼板、天花板、隔墙向内延伸一定的长度。防火安全则要靠保温材料和面层的阻燃性能来保证。

最近,中国建筑科学研究院建筑物理所也在为一个工程作类似的外墙内保温技术咨询。经过对整栋建筑所有的节点做二维温度场的模拟分析,得到以下几点结论:  1、墙面整体的保温效果仍然比不上同材料同工的外保温,但能够满足节能设计标准的要求;

2、在正常的室内温湿度条件下,各节点不会发生结露;

3、保温层的室内一侧需要设置隔汽层;

4、造价低于外保温。

墙体的自保温技术

 

开发和应用既能满足承重又能满足保温要求的墙体材料是人们追求的目标。加气混凝土、多孔页岩砖、多孔淤泥砖、镶嵌了高效保温材料的混凝土小砌块等等,都是这一类的墙体材料。墙体自保温技术构造简单、施工速度快、可靠性高、耐久性好,避免了复合墙体面临的主要技术问题。但是,一般百言,这类材料保温性能不是很好,与常用的高效保温材料相比仍有很大差距,所以主要适用于对墙体保温性能要求不很高、热桥影响较小的南方和中部地区。

开发无机的保温砂浆,与自保温墙体配合使用,能够较好地弥补自保温墙全保温性能的不足。例如:玻化微珠保温砂浆的导热系数值大致在0.08W/(m•k)左右,200厚混凝土空心砌块墙体内外各抹30mm保温砂浆,总热阻可以达到0.77m2•K/W,传热系数接近1.0W/(m2•K)左右,基本可以满足南方和中部地区墙体的要求。

 

 

结论

 

应用墙体保温技术的目的是削弱或抑制由室内外温差引起的墙体传热。由于我国幅员辽阔,各地差异很大,因此,墙体保温技术应用和发展也应该有明显的地区区别。墙体保温技术的应用和发展大致可按北方、中部和南方三个地区来考虑。当然这三个地区的划分是个模糊的概念,并没有一个非常明确的分界。

北方地区冬季室内外温差很大,建筑的采暖负荷大,其中很大一部分负荷来自墙体传热,因此墙体保温技术应该坚持以外保温为主,最大限度地发挥保温层的作用。

中部地区的建筑冬季采暖负荷远小于北方的建筑,但夏季有空调降温的需求,情况更加复杂。一般而言,对那些冬季连续采暖夏季连续空调而且室内负荷不大的建筑,应用墙体外保温技术可能是利大于弊。对一般的住宅建筑,冬季采暖和夏季空调都是断续的、部分室内空间的,应用墙体内保温技术可能更加适宜。

   南方地区的建筑主要是夏季有空调降温的需求,而且空调负荷中墙体传热所占比例也不大,因此应该发展和应用墙体自保温或墙体内保温技术。

混凝土小砌块夹心保温墙体,比较适合北方偏南地区和中部偏北地区。在保证结构安全的前提下,必须避免内表面发生结露,构造节点的处理非常重要。

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