外墻保溫材料的研究與設計

李艷

摘要：目前,在建筑中常使用的外墻保溫主要有內保溫、外保溫、內外混合保溫等方法,然而，在不同的保溫方法施工過程中,也出現(xiàn)了各種各樣的質量問題,本文著重對各種絕熱材料及其性能進行了分析；具體談了對新型墻體材料的發(fā)展前景的認識；最后，在建筑傳熱理論和相關研究成果的基礎上,設計了一種建筑墻體節(jié)能新體系，修正了傳統(tǒng)意義上用保溫材料阻止固體熱傳導原理來構造外墻外保溫體系。

關鍵詞：外墻保溫；節(jié)能；研究；設計

一 前言

建筑節(jié)能是建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展日益重視的問題，具有節(jié)約資源、降低能耗、減少污染的生態(tài)建筑已經(jīng)成為建筑發(fā)展的必由之路。開發(fā)新型建筑節(jié)能墻體材料，是當前發(fā)展節(jié)能建筑的急需。國家建設部明確指出，當前我國能源資源供應與經(jīng)濟社會發(fā)展的矛盾十分突出，建筑耗能達到總能耗的30%, 我國現(xiàn)有城鄉(xiāng)住宅建設總量約330億㎡，而節(jié)能型住宅不足2%，以至于與發(fā)達國家相比，能耗高出2-3倍，在某些方面，制約了整體經(jīng)濟的調整及發(fā)展。建筑節(jié)能對于促進能源資源節(jié)約和合理利用，緩解我國能源資源供應與經(jīng)濟社會發(fā)展的矛盾，加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，有著舉足輕重的作用，是保障國家能源安全、保護環(huán)境、提高人民生活質量、貫徹落實科學發(fā)展觀的一項重要舉措。因此，新型建筑節(jié)能墻體材料愈來愈受到人們的高度關注。可以說，隨著我國生態(tài)建筑建設的發(fā)展，新型建筑節(jié)能墻體材料的研究與應用將推動我省建筑節(jié)能技術的發(fā)展。選擇怎樣的建筑材料添加劑，使得我們的建筑達到節(jié)能建筑的標準已成當務之急。

二 常用外墻保溫節(jié)能材料

節(jié)能材料屬于保溫絕熱材料。絕熱材料是指用于建筑圍護或者熱工設備、阻抗熱流傳遞的材料或者材料復合體,既包括保溫材料,也包括保冷材料。

絕熱材料必須具有大的熱阻和小的導熱系數(shù)。從材料的組成上看,一般有機高分子的導熱系數(shù)都小于無機材料;非金屬的導熱系數(shù)小于金屬材料;氣態(tài)物質的導熱系數(shù)小于液態(tài)物質,液態(tài)物質小于固體。所以在條件允許的情況下,應盡量使用有機高分子材料或無定形的無機材料,這對于保溫絕熱是有利的。從材料的結構上看,當材料的表觀密度降低、孔隙率增大,材料內部的孔隙為大量封閉的微小孔時,材料的導熱系數(shù)是比較小的。對于泡沫塑料制品,要滿足保溫絕熱材料的要求其最佳的表觀密度為16~40Kg/m。由于孔隙的存在,材料在潮濕的環(huán)境下,不可避免地要吸水,而水的導熱系數(shù)(0.5815W/m?K)比靜止空氣的導熱系數(shù)(0.0233 W/m?K)要大很多,因此,當環(huán)境濕度增大時,材料的平衡含水率增大,材料的導熱系數(shù)將會降低。所以作為保溫絕熱材料,材料自身的吸濕率要盡量低,如不可避免時,要對材料進行憎水處理或用防水材料包覆。另外,保溫絕熱材料還必須能抵抗一定的沖擊荷載,具有與使用環(huán)境相一致的機械強度。其粘結性能要好,還得有小的收縮率及與環(huán)境相適應的耐久性。

能滿足上述性能要求而用于建筑外保溫的節(jié)能材料主要有:聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS及XPS)、巖(礦)棉板、玻璃棉以及硬質聚氨酯泡沫塑料等。以上各種材料所具有一個共同的特點就是在材料內部都有大量的封閉孔,它們的表觀密度都較小,這也是作為保溫隔熱材料所必備的。

三 新型墻體材料的發(fā)展前景

3.1 發(fā)展的方法

(1)嚴格遵循國家節(jié)能減排的政策法規(guī)，充分調動建材、建筑界科技人員的積極性和創(chuàng)造性，對以往墻材使用情況進行認真調查總結，堅持已被實踐證明正確的技術方法，淘汰一批已與現(xiàn)行建筑標準不相適應、功能差、能耗高的材料和產品。

(2)借鑒發(fā)達國家墻材的開發(fā)應用經(jīng)驗，大力開展墻材的技術創(chuàng)新和優(yōu)化集成，著力解決原材料、生產工藝和裝備以及建筑應用問題，爭取在較短時間內開發(fā)出一批能夠適應不同氣候區(qū)域、不同資源情況、不同結構體系、不同指標要求的新材料、新工藝、新技術，以切實滿足建筑工程的需要。

3.2 達到的目標

滿足綠色建筑和建筑節(jié)能的要求； 滿足不同結構體系的要求；滿足不同氣候區(qū)域保溫隔熱的要求；滿足抗震、防火、安全、耐久性能的要求；滿足裝飾裝修和環(huán)保的要求；滿足利用固體廢棄物包括建筑垃圾的要求； 滿足農村建筑節(jié)能和危房改造的要求。

3.3 不同建筑結構體系對墻體材料的要求

(1)砌體、框架結構體系：在滿足承重的同時兼具一定程度的保溫、隔熱、隔聲功能。

(2)剪力墻結構體系：由于剪力墻主要為鋼筋混凝土構造，保溫隔熱性能極差，必須附加外墻保溫隔熱構造措施，方能滿足建筑節(jié)能標準要求。

3.4 綠色建筑和建筑節(jié)能對墻體材料要求

要求節(jié)能、節(jié)地、節(jié)材、節(jié)水、環(huán)保、輕質、高強、適當大規(guī)格；熱漲冷縮率小、保溫隔熱性能好；防火、防水、安全、耐久性能好；通過自身熱工性能或經(jīng)簡單組合后可以滿足所在氣候區(qū)域的建筑節(jié)能標準要求；利廢、綠色，可循環(huán)使用。

四 一種新型墻體保溫材料的設計

4.1基材板的選擇

基材板是該體系中的關鍵部件。基材是構成空腔并供反射材料附著還要承受墻面風力荷載作用的重要部分。一般要求基材板應有足夠的耐久性、水密性和氣密性。板與板之間縫隙采用聚氨酷泡沫密封劑密封;要求基材板表面強度高,和一定的美觀效果,造價盡可能低廉,經(jīng)濟指標與其技術性能比較合理,板型能夠標準化設計、工廠流水線生產,施工現(xiàn)場干作業(yè)安裝,服役期對環(huán)境不造成污染,退役后可重復利用或方便地實現(xiàn)無害化處理。板材本身在風正、負壓力作用下不破裂、不脫落、不產生風振噪音。

目前實際工程中適用于做反射絕熱板基材板的材料選材范圍非常廣泛。不同材料具有各自獨特的優(yōu)點,應結合具體使用要求選用。玻璃鋼是一種優(yōu)良的基材板材料。玻璃鋼的主要特點是輕質、高強、防腐、保溫、絕緣、隔音、壽命長等。它的密度為1.5～2.0 ,是鋼質量的1/3～1/4,強度卻比鋼高1.7倍。因此,機械性能和物理性能好,可以替代鋼、木和水泥等材料。玻璃鋼板材(FRP板材)是由熱固性塑料和強化玻璃纖維復合而成。它的強度是普通塑料板材的幾倍,是一種重要的工程墻面材料。

4.2反射輻射熱材料的選擇

反射輻射熱材料是反射絕熱板上對保溫隔熱效果影響最大的部分,至關重要。鋁箔和真空鍍鋁聚酯薄膜是最典型的反射材料,鋁箔有良好的遮光性、阻氣性、阻濕性,有良好的導熱性、電磁屏蔽性。其中最為突出的是鋁箔的阻隔性能,在鋁箔厚度足夠的前提下,可以完全阻隔氣體和水分。大多數(shù)情況下,鋁箔用膠粘貼在基層上。

真空鍍鋁聚酯薄膜是以聚酯薄膜為原料,經(jīng)真空鍍鋁精制而成。所謂真空鍍鋁是指在高真空度下,鋁一旦液化立即汽化,然后將其冷卻堆積在塑料薄膜表面,形成一層具有良好金屬光澤厚度約為300～600埃米的鍍鋁層。鍍鋁層的厚度還使用透光量、光密度等方式來表示。真空鍍鋁膜一般是耐溫及機械加工性能較好的BOPP、BOPET、BOPA、CPP等材料。通過這樣的一種方式,使得真空鍍鋁膜既具有與基材相似的機械物理性能,同時又擁有與鋁箔相似的阻隔性能。真空鍍鋁薄膜采用聚氨醋膠粘劑粘貼。

4.3蓄熱墻體

蓄熱墻體是建筑原設計中必然已存在的承重結構(如磚墻、鋼筋混凝土剪力墻等)或圍護結構(如框架結構的加氣混凝土圍護外墻)。蓄熱墻不屬于采用該保溫材料時增設內容,但由于在該保溫材料工作中,蓄熱墻體性能與室內熱穩(wěn)定性密切相關。采用該墻體保溫材料時,不宜選用輕質材料的外圍護墻體、宜采用蓄熱能力高的剪力墻外墻,不僅固定干掛連接件牢固可靠,同時在與體系協(xié)同滿足熱工穩(wěn)定性上起著不可替代的作用。

4.4與墻體連接構造

保溫材料與墻體連接選用干掛法連接,在保溫材料與墻體之間留有一定的供空氣流通的空腔,冬季,墻體保溫材料的任務為阻絕室內熱量的散失。由可調控的空腔空氣配合封閉空氣層形成兩重保溫,由反射層進一步阻止輻射熱損失,三重熱閘,協(xié)同工作。夏季,墻體保溫材料的主要是阻絕室外熱量的侵入。傳熱過程包括室外向室內的傳熱也包括室內向室外的散熱,反射層反射輻射熱并由可調控空氣間層的空氣對流過程帶走熱量;由反射絕熱板中的封閉空氣層阻止熱傳導;由蓄熱墻體使熱流波峰延時。

五 結語

目前我國外墻保溫技術發(fā)展很快，是節(jié)能工作的重點。外墻保溫技術的發(fā)展與節(jié)能材料的革新是密不可分的，建筑節(jié)能必須以發(fā)展新型節(jié)能材料為前提，必須有足夠的保溫絕熱材料做基礎。節(jié)能材料的發(fā)展又必須與外墻保溫技術相結合，才能真正發(fā)揮其作用。正是由于節(jié)能材料的不斷革新，外墻保溫技術的優(yōu)越性才日益受到人們重視。所以在大力推廣外墻保溫技術的同時，要加強新型節(jié)能材料的開發(fā)和利用，從而真正地實現(xiàn)建筑節(jié)能。

參考文獻

[1] 居住建筑節(jié)能設計標準(J10301-2003) [M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003

[2] 建筑節(jié)能工程施工質量驗收規(guī)范(GB50411-2007) [M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007

[3] 李兆堅,江億.我國廣義建筑能耗狀況的分析和思考[J].建筑學報.2006(7)P30-33

[4] 劉洪濤等. 幾種常見的外墻保溫形式及材料. 建筑技術與應用，2001

[5] 劉春生. 淺談建筑保溫材料的分類和應用[J]. 廣東建材, 2005(8)