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外墙保温技术及节能材料

2013-11-01 未知 admin

  建筑节能是执行国家环境保护和节约能源政策的主要内容,是贯彻国民经济可持续发展的重要组成部分。国家建设部在1995年颁布了《城市建筑节能实施细则》等文件,把《民用建筑节能设计标准〈采暖居住建筑部分〉》JGJ26-95列为强制性标准,同时建设部又于2000年10月1日发布了第76号令《民用建筑节能管理规定》,对不符合节能标准的项目,不得批准建设。

  在这样一系列的节能政策、法规、标准和强制性条文的指导下,我国住宅建设的节能工作不断深入,节能标准不断提高,引进开发了许多新型的节能技术和材料,在住宅建筑中大力推广使用。但我国目前的建筑节能水平,还远低于发达国家,我国建筑单位面积能耗仍是气候相近的发达国家的3倍~5倍。北方寒冷地区的建筑采暖能耗已占当地全社会能耗的20%以上,且绝大部分都是采用火力发电和燃煤锅炉,同时给环境带来严重的污染。所以建筑节能还是本世纪我国建筑业的一个重要的课题。

  在建筑中,外围护结构的热损耗较大,外围护结构中墙体又占了很大份额。所以建筑墙体改革与墙体节能技术的发展是建筑节能技术的一个最重要的环节,发展外墙保温技术及节能材料则是建筑节能的主要实现方式。

 1 外墙保温技术

  节能保温墙体施工技术主要分为外墙内保温和外墙外保温两大类。

 1.1 内保温技术及其特点

  外墙内保温施工,是在外墙结构的内部加做保温层。内保温施工速度快,操作方便灵活,可以保证施工进度。内保温应用时间较长,技术成熟,施工技术及检验标准是比较完善的。在2001年外墙保温施工中约有90%以上的工程应用内保温技术。

  被大面积推广的内保温技术有: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。

  但内保温会多占用使用面积,“热桥”问题不易解决,容易引起开裂,还会影响施工速度,影响居民的二次装修,且内墙悬挂和固定物件也容易破坏内保温结构。内保温在技术上的不合理性,决定了其必然要被外保温所替代。

  1.2 外保温技术及其特点

  外保温是目前大力推广的一种建筑保温节能技术。外保温与内保温相比,技术合理,有其明显的优越性,使用同样规格、同样尺寸和性能的保温材料,外保温比内保温的效果好。外保温技术不仅适用于新建的结构工程,也适用于旧楼改造,适用于范围广,技术含量高;外保温包在主体结构的外侧,能够保护主体结构,延长建筑物的寿命;有效减少了建筑结构的热桥,增加建筑的有效空间;同时消除了冷凝,提高了居住的舒适度。

  目前比较成熟的外墙保温技术主要有以下几种。

 1.2.1外挂式外保温

  外挂的保温材料有岩(矿)棉、玻璃棉

  毡、聚苯乙烯泡沫板(简称聚苯板,EPS、XPS)、陶粒混凝土复合聚苯仿石装饰保温板、钢丝网架夹芯墙板等。其中聚苯板因具有优良的物理性能和廉价的成本,已经在全世界范围内的外墙保温外挂技术中被广泛应用。

  该外挂技术是采用粘接砂浆或者是专用的固定件将保温材料贴、挂在外墙上,然后抹抗裂砂浆,压入玻璃纤维网格布形成保护层,最后加做装饰面。

  还有一种做法是用专用的固定件将不易吸水的各种保温板固定在外墙上,然后将铝板、天然石材、彩色玻璃等外挂在预先制作的龙骨上,直接形成装饰面。由贝聿铭先生设计的中国银行总行办公楼的外保温就是采用的这种设计。

  这种外挂式的外保温安装费时,施工难度大,且施工占用主导工期,待主体验收完后才可以进行施工。在进行高层施工时,施工人员的安全不易得到保障。

  1.2.2聚苯板与墙体一次浇注成型

  该技术是在混凝土框—剪体系中将聚苯板内置于建筑模板内,在即将浇注的墙体外侧,然后浇注混凝土,混凝土与聚苯板一次浇注成型为复合墙体。该技术解决了外挂式外保温的主要问题,其优势是很明显的。由于外墙主体与保温层一次成活,工效提高,工期大大缩短,且施工人员的安全性得到了保证。而且在冬季施工时,聚苯板起保温的作用,可减少外围围护保温措施。但在浇注混凝土时要注意均匀、连续浇注,否则由于混凝土侧压力的影响会造成聚苯板在拆模后出现变形和错茬,影响后序施工。

  其中内置的聚苯板可以是双面钢丝网的,也可以是单面钢丝网的。双面钢丝网聚苯板与混凝土的连接,主要是依靠内侧钢丝网架与墙体外侧配筋相绑扎及混凝土与聚苯板的粘接力,其结合性能良好,具有较高的安全度。单面钢丝网聚苯板与混凝土的连接,主要依靠混凝土与聚苯板的粘接力以及斜插钢筋、L型钢等与混凝土墙体的锚固力,结合性能也较好。与双钢丝网相比较,单面钢丝网技术因取消了内侧钢丝网和安装保温板前的板外侧抹灰,节省了工时和材料。

  其造价可降低10%左右。

  但此两种做法都采用了钢丝网架,造价较高,且钢材是热的良导体,直接传热,会降低墙体的保温效果。

  我们对于混凝土与无网架聚苯板一次成型复合墙体进行了试验研究。试验结果表明,在混凝土中水泥浆量合适的条件下,直接利用混凝土作为粘接剂来粘贴聚苯板,是完全可能的。当我们对聚苯板的背面进行处理之后,其与混凝土的粘接力进一步提高(其平均粘接强度可以达到0.07Mpa,而且破坏均发生在聚苯板内)。此技术取消了钢丝网架,其保温性能提高,而且板的成本再次降低。在经过对其长期耐久性论证之后,工程中可以推广使用。

  1.2.3聚苯颗粒保温料浆外墙保温

  将废弃的聚苯乙烯塑料(简称为EPS)加工破碎成为0.5~4mm的颗粒,作为轻集料来配制保温砂浆。该技术包含保温层、抗裂防护层和抗渗保护面层(或是面层防渗抗裂二合一砂浆层)。其中ZL胶粉聚苯颗粒保温材料及技术在1998年就被建设部列为国家级工法。这种工法是目前被广泛认可的外墙保温技术。

  该施工技术简便,可以减少劳动强度,提高工作效率;不受结构质量差异的影响,对有缺陷的墙体施工时墙面不需修补找平,直接用保温料浆找补即可,避免了别的保温施工技术因找平抹灰过厚而脱落的现象。同时该技术解决了外墙保温工程中因使用条件恶劣造成界面层易脱粘空鼓、面层易开裂等问题,从而实现外墙外保温技术的重要突破。与别的外保温相比较,在达到同样保温效果的情况下,其成本较低,可降低房屋建筑造价。例如与聚苯板外保温相比较,每平方米可降低25元左右。在天津云琅新居高层外墙保温工程中采用的就是此种技术。

  此外,节能保温墙体技术中还有将墙体做成夹层,把珍珠岩、木屑、矿棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料(也可以现场发泡)等填入夹层中,形成保温层。

  2 外墙保温节能材料

  节能材料属于保温绝热材料。绝热材料是指用于建筑围护或者热工设备、阻抗热流传递的材料或者材料复合体,既包括保温材料,也包括保冷材料。绝热材料的意义,一方面是为了满足建筑空间或热工设备的热环境,另一方面是为了节约能源。随着世界范围内能源的日趋紧张,绝热材料在节能方面的意义日显突出。仅就一般的居民采暖的空调而言,通过使用绝热围护材料,可在现有的基础上节能50% ~80%。据日本的节能实践证明,每使用1吨绝热材料,可节约标准煤3吨/年,其节能效益是材料生产成本的10倍。因此,有些国家将绝热材料看作是继煤炭、石油、天然气、核能之后的第五大“能源”。

  外墙保温主要是靠保温绝热材料作为建筑围护,开发和应用高效的保温绝热材料是保证建筑节能的有效措施。目前世界各发达国家,均对绝热材料的生产和应用十分重视,之所以建筑节能工作做得好,与他们重视和发展保温材料是分不开的。

  2.1 绝热材料的性能

  绝热,就是要最大限度地阻抗热流的传递,因此要求绝热材料必须具有大的热阻和小的导热系数。

  从材料的组成上看,一般有机高分子的导热系数都小于无机材料;非金属的导热系数小于金属材料;气态物质的导热系数小于液态物质,液态物质小于固体。所以在条件允许的情况下,应尽量使用有机高分子材料或无定形的无机材料,这对于保温绝热是有利的。

  从材料的结构上看,当材料的表观密度降低、孔隙率增大,材料内部的孔隙为大量封闭的微小孔时,材料的导热系数是比较小的。对于泡沫塑料制品,要满足保温绝热材料的要求其最佳的表观密度为16~40kg/m3。

  由于孔隙的存在,材料在潮湿的环境下,不可避免地要吸水,而水的导热系数(0.5815W/m·K)比静止空气的导热系数(0.0233 W/m·K)要大很多,因此,当环境湿度增大时,材料的平衡含水率增大,材料的导热系数将会降低。所以作为保温绝热材料,材料自身的吸湿率要尽量低,如不可避免时,要对材料进行憎水处理或用防水材料包覆。

  另外,保温绝热材料还必须能抵抗一定的冲击荷载,具有与使用环境相一致的机械强度。其粘结性能要好,还得有小的收缩率及与环境相适应的耐久性。

  2.2 常用的保温绝热材料

  能满足上述性能要求而用于建筑外保温的节能材料主要有:聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS及XPS)、岩(矿)棉板、玻璃棉毡以及超轻的聚苯颗粒保温料浆等。以上各种材料所具有一个共同的特点就是在材料内部都有大量的封闭孔,它们的表观密度都较小,这也是作为保温隔热材料所必备的。它们的性能对比见表1。

  岩(矿)棉和玻璃棉有时统称为矿物棉,它们都属于无机材料。岩棉不燃烧,价格较低,在满足保温隔热性能的同时还能够具有一定的隔声效果。但岩棉的质量优劣相差很大,保温性能好的密度低,其抗拉强度也低,耐久性比较差。

  玻璃棉与岩棉在性能上有很多相似之处,但其手感好于岩棉,可改善工人的劳动条件。但它的价格较岩棉为高。

  聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯树脂为主要原料,经发泡剂发泡而制成的内部具有无数封闭微孔的材料。其表观密度小,导热系数小,吸水率低,隔音性能好、机械强度高,而且尺寸精度高,结构均匀。因此在外墙保温中其占有率很高。

  硬质聚氨酯泡沫塑料具有非常优越的绝热性能,它的导热系数之低(0.025 W/(m2·K))是其他材料所无法与之相比的。

  同时其特有的闭孔结构使其具有更优越的耐水汽性能,由于不需要额外的绝缘防潮,简化了施工程序,降低工程造价。但因其价格较高、而且易燃,这就限制了它的使用。

  聚苯颗粒保温料浆是由聚苯颗粒和保温胶粉料分别按配比包装组成。保温胶粉

  表1 常用保温绝热材料的主要性能

  材料名称 表观密度(kg/m3) 最高使用温度(℃) 抗压强度(MPa) 导热系数 吸水率(%)

  岩棉保温板 80~150, -268~350 ,— ,0.047~0.052, —

  玻璃棉毡 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

  聚苯颗粒保温料浆 ≤220 ,-50~75, ≥0.01, <0.07

  料采用预混干拌技术在工厂将水泥与高分子材料、引气剂等各种添加剂混均后包装,使用时按配比加水在搅拌机中搅拌成浆体后再加入聚苯颗粒,充分搅拌后形成塑性良好的膏状体,将其抹于墙体干燥后便形成保温性能优良的隔热层。此种材料施工方便,保温性能良好。其中聚苯颗粒可以采用工业品,也可以采用废旧聚苯保温板经机械破碎后的颗粒,这对于防制白色污染、保护环境十分有益的。但此种保温材料吸水率较其他材料为高,使用时必须加做抗裂防水层。抗裂防水保护层材料由抗裂水泥砂浆复合玻纤网组成,可长期有效控制防护层裂缝的产生。

  3 结语

  目前我国外墙保温技术发展很快,是节能工作的重点。外墙保温技术的发展与节能材料的革新是密不可分的,建筑节能必须以发展新型节能材料为前提,必须有足够的保温绝热材料做基础。节能材料的发展又必须与外墙保温技术相结合,才能真正发挥其作用。正是由于节能材料的不断革新,外墙保温技术的优越性才日益受到人们重视。所以在大力推广外墙保温技术的同时,要加强新型节能材料的开发和利用,从而真正地实现建筑节能。