建筑墻體保溫隔熱性能評價與探究

賀皓碭 錢一征 吳明勇

摘要：本文主要對現有的墻體保溫隔熱材料和結構形式進行分類介紹，并以此對我國墻體保溫隔熱的現狀和發展形勢加以分析，得出了墻體節能在建筑節能中占重要地位的結論。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、玻璃棉氈等先進墻體保溫材料和施工技術。闡述了我國保溫節能墻體的形式、各自的特點，以及一些發展成熟的保溫墻體的做法；著重論述了墻體結構在墻體保溫中的應用前景。通過對比分析后發現，外墻外保溫作法保溫性能最為優越，因此得出了它應成為我國墻體保溫技術的主要形式以及建筑節能墻體保溫的主要方向的結論。

關鍵詞：建筑節能；墻體保溫隔熱；外墻外保溫；新型材料

建筑節能，就是以節約建筑能耗為核心，對建筑物的圍護結構和采暖系統進行控制。作為一種有效的節能方式，它對緩解能源緊張并解決社會經濟發展與能源供應不足之間的矛盾有著很大的幫助[1]。在建筑結構中，采用合適的保溫隔熱材料，設計有效的結構形式，形成有效的體系對于建筑節能起到很大的作用，是發展綠色建筑的必經之路。本文對現有的一些墻體保溫隔熱材料和結構形式的特點進行研究分析，以了解我國對于墻體保溫隔熱的現狀及發展趨勢。

一、材料

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

（一）有機保溫隔熱材料

國內使用的有機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。有機合成材料保溫性能優異，強度和耐久性良好，但防火性能差，聚EPS、XPS、PU的均屬于B2級可燃材料。根據公安部、住房和城鄉建設部公通字[2009]46號《名用建筑外保溫系統及外墻裝飾防火暫行規定》的要求：“民用建筑的外保溫材料宜為A級，且不應低于B2級”。EPS、XPS、PU性能對比如表1所示：

1.EPS板

聚苯乙烯板（EPs板）是以含有揮發性液體發泡劑的可發性聚苯乙烯珠粒為原料，經加熱發泡后在模具中加熱成型的保溫板材。EPS的導熱系數較低，具有良好的保溫隔熱性能，此外，EPS的防水性能、抗風壓、抗沖擊性能也很優異[2]。同時EPS的質量較輕，成本低，而且加工技術成熟，在舊房的改造中具有極大的吸引力，占據了我國保溫隔熱材料的主導地位。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、優化生產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過加熱擠壓過程制造的擁有連續均勻表層及閉孔式蜂窩結構的板材。與EPS相比，XPS的強度、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度。但XPS的粘貼力和系統表面平整度仍存在不足。同時，由于和EPS的材料相同，XPS的燃燒性能也不滿足要求。

3.PU板

建筑節能中主要使用硬泡聚氨酯保溫板，聚氨酯fPu）材料具有優異的保溫性能，其環保性良好，性質穩定，同時，PU具有耐磨、耐腐蝕、防潮、質輕等優秀的性質。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也屬于有機材料，其燃燒性能一般，屬于B2級，在添加阻燃劑后可達到B1級，未能達到A級標準，同時，PU板的現場施工條件略復雜，施工技術難度較大。

（二）無機保溫隔熱材料

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

1.無機保溫砂漿

無機保溫砂漿主要由輕集料、水泥和一些外加劑混合制成，強度大，不容易開裂，而且防火性能優秀，有著耐老化、節能環保、價格低廉等優點，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。巖棉是一種優秀的保溫隔熱材料，其燃燒等級為A級，防火性能優異，同時，巖棉的導熱系數相對于其他傳統無機保溫隔熱材料更低，小于等于0.040w·m-1·K-1，而且，巖棉還有質輕、耐久性高等優點。但巖棉板也存在一些缺陷，如吸水性較強，引起保溫性能的降低，而且施工中會產生一些對人體有害的物質，危害人體呼吸系統或造成皮膚損傷，需要加強施工安全防護。玻璃棉的性質與巖棉類似，防火、導熱系數低、耐久性好，也有著吸水性強的問題，同時，玻璃棉的價格較高。

3.發泡無機材料

發泡無機材料主要包括膨脹珍珠巖、泡沫混凝土、發泡水泥等。膨脹珍珠巖的防火性能優秀，保溫性能良好，但有著吸水性強的致命缺點，極易吸水膨脹，會導致開裂。泡沫混凝土是較為優秀的保溫隔熱材料，近年來以其A級不燃的燃燒性能而受到關注，其經濟性優秀，同時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]。其缺點是密度較大，導熱系數在0.06W·m-1·K-1左右，保溫隔熱性能一般，有著較高的吸水率，在施工時須進行防水處理。發泡水泥主要通過其內部的許多封閉氣孔來打到保溫隔熱效果，其防火、抗壓性能優異，也有著隔音性好、施工簡單等優點，且密度較輕、環保，吸水率較高是其缺點，在摻入適量的防水劑后，可以得到改善。

（三）新型材料

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

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、發泡劑、表面活性劑和填充劑等混合制成的多孔性硬質泡沫塑料。性能經過改良的酚醛樹脂材料的燃燒性能可以達到A級不燃，符合了規定的要求，酚醛樹脂發泡材料有著較高的閉孔率，因此其導熱系數低，僅0.023W·m-1·K-1，具有優異的保溫隔熱性能，此外，這種材料還有著質輕、無毒等優點，其耐水性能也較為優秀。因此這種材料逐漸成為主流的保溫隔熱材料。

2.復合硅酸鹽保溫隔熱材料

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

3.真空絕熱板

真空絕熱板一種利用真空絕熱原理研發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的熱傳遞，是目前導熱系數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，雖然其結構強度不低，但抗穿刺性能較差，易受穿刺而漏氣，導致失去真空度，這會大大降低其保溫隔熱性能，因此，運輸，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，對其性能會產生的影響，而且真空絕熱板的透氣性比較差。

二、結構

（一）外墻內保溫

通常的外墻內保溫技術主要是指在建筑外墻結構內部增加保溫層設置，從而提高外墻的保溫隔熱能力。這種保溫結構的施工技術較為成熟靈活。但這種結構有著較大的缺陷，首先，在墻體內側設置保溫層，必然會占用房屋內的面積，在很大程度上減少了用戶的使用面積；其次，外墻內保溫結構主要在內部增加保溫層，墻體外側則要常年經受冬夏季較大溫差的作用，承重結構會產生溫度變形，對墻體壽命有一定影響；此外，外墻內保溫結構不能有效地解決熱橋問題，使墻體內外界限出的鋼筋混凝土等導熱較強的部位溫度偏高，進而導致墻體發霉或開裂。

（二）外墻外保溫

外墻外保溫與外墻內保溫相對，是在外墻的外側設置保溫層，進而起到良好的保溫隔熱作用，縮小建筑空間內部與外部環境之間的溫度差異。相較于內保溫，這種結構更為有效。首先，在外墻的外側設置保溫層能夠有效的對外墻進行保護，大大降低溫度應力的影響，提高結構的耐久性，對延長墻體的壽命有著很大的幫助；同時，外墻外保溫能夠有效的避免熱橋的產生，防止建筑外墻出現發霉開裂等問題；外保溫也有利于防止或減少保溫層內部產生水蒸氣凝結的情況，有效地解決了墻體潮濕問題；當然，外墻外保溫也有一些不足，首先，構造上較內保溫更復雜，因為不能使保溫層直接裸露在室外，需要設置外保護層，而這種保護層無論是在材料還是構造上的要求，都比內保溫的內飾面層要求高。同時如果是高層建筑采取外保溫，就要進行高空作業，施工難度大。

（三）夾心保溫

夾心保溫結構主要是將保溫層設置在外墻和內墻的中間部位，這種結構可以對內側墻體形成有效的保護，而且對施工的要求不高。此外這種結構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，當空氣層厚度較低時，其熱阻很大，然而當厚度大于臨界值時，其傳熱方式會發生改變，形成對流，導致熱阻降低。夾心保溫結構的應用效果較弱，主要是因為施工技術繁瑣，還需要使用混凝土樓板將墻體的內外側連接，這一定程度上增加了熱橋的產生幾率；而且這種結構忽視了對外墻的保護，使得外墻經常遭受惡劣天氣的影響，縮短墻體的壽命。

三、結束語

近年來，保溫隔熱材料的發展十分迅速，傳統的有機材料和無機材料不斷顯示其弊端而逐漸退出市場，同時新型材料也嶄露頭角，開始取代傳統材料。隨著要求的提高，我們也需要不斷研究開發出具有更高性能的、與環境相協調的材料。墻體結構方面，外墻外保溫的優點最為顯著，應當成為我國墻體保溫隔熱的主要結構以及建筑節能的墻體發展方向。我國建筑節能工作任重而道遠，直接關系到環境保護和可持續發展，是一項重要而又艱苦的任務，應當受到全社會的重視。

參考文獻：

[1]張澤平，李珠，董彥麗.建筑保溫節能墻體的發展現狀與展望[J].工程力學，2007，24：121—128.

[2]姚家偉，侯兆銘，姚亦舒.幾種建筑墻體保溫材料的抗火性能分析[J].低溫建筑技術，2011，（7）；4-6.

[3]趙宗虎.淺談建筑墻體保溫材料[J].安防科技，2011，（4）；43-44.

[4]李玉龍.淺談建筑節能中外墻保溫技術的應用[J].低碳世界，2014，5；168—169.