超低能耗建筑外墻外保溫系統的可靠性與耐久性研究

李展 原瑞增 吳玉杰 賈云飛

摘 要：外墻外保溫系統是超低能耗建筑中應用最為廣泛的保溫系統，同時也是影響建筑能耗的關鍵因素。本文將普通節能建筑與超低能耗建筑外墻外保溫系統的性能要求進行了對比，提出了超低能耗建筑外墻外保溫系統可靠性與耐久性評價體系的研究方向。同時，通過耐候性試驗分析了模塑聚苯板、石墨聚苯板、巖棉板及真空絕熱板外墻外保溫系統的可靠性及耐久性，為超低能耗建筑的進一步發展提供了依據。

關鍵詞：超低能耗建筑;外墻外保溫系統;耐候性試驗

中圖分類號：TU761.12文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）16-0085-04

Abstract： External thermal insulation system is the most widely used in ultra-low energy buildings， which is also a key factor affecting building energy consumption. This paper compared the performance requirements of external thermal insulation system for ordinary energy-saving buildings and ultra-low-energy buildings， and put forward the research direction of the reliability and durability evaluation system. At the same time， the reliability and durability of External thermal insulation system which EPS， SEPS， RWP and STP were analyzed through weather resistance test， which provided a basis for the further development of ultra-low energy building.

Keywords： ultra-low energy building;external thermal insulation system;weather resistance test

外墻外保溫系統是一種把保溫層放置在主體墻材外面的保溫做法。與夾芯保溫與外墻內保溫等保溫方式相比，外墻外保溫系統具有熱橋影響小、節能效果明顯，同時保護主體墻材不受過多溫度變形應力影響的特點，是目前應用最為廣泛的保溫做法，也是國家大力倡導的保溫做法。但是，近年來，外墻保溫層脫落事故頻發，人們愈發重視外墻外保溫系統的安全性和可持久性。

安全性和可持久性即可靠性與耐久性。外墻外保溫系統的可靠性是指該系統保證實現其外墻保溫性能的能力。可靠性越好，外墻外保溫實現的功能就越有保障。外墻外保溫系統的耐久性是指該系統在長期熱冷循環、各種應力反復作用、太陽光輻射作用、雨水侵蝕、材料自身及外界腐蝕之后，系統仍然具有很好的強度，保證整個系統不開裂、不脫落、不粉化、保溫隔熱效果好。耐久性越好，外墻外保溫系統的使用壽命就越長。因此，外墻外保溫系統的可靠性與耐久性同樣決定著超低能耗建筑的運行壽命。

1 評價體系研究

影響外墻外保溫系統可靠性和耐久性的因素有很多，并且這些因素之間又相互影響;因此，對外墻外保溫系統的可靠性和耐久性進行評價較為復雜，目前還沒有合適的評價體系。常規的主要是通過耐候性、抗風載荷性能、抗沖擊性、吸水量、耐凍融性能、熱阻、抹面層不透水性及水蒸氣滲透阻等指標對外墻外保溫系統的可靠性和耐久性進行評價。

《外墻外保溫工程技術規程》（JGJ 144—2004）中對外墻外保溫系統的上述幾個指標進行了統一規定，如表1所示[1];但是，由于此標準是以節能建筑標準為依據進行制定的，加上頒布時間較早，部分技術體系、技術指標和性能參數已不能滿足超低能耗建筑外墻外保溫系統的發展要求。

21世紀以來，我國建筑節能事業取得長足的進步，為了規范外墻外保溫工程技術要求，保證工程質量，住房和城鄉建設部科技與產業化發展中心于2019年對《外墻外保溫工程技術規程》（JGJ 144—2004）進行了修訂。具體修訂的內容為：膠粉聚苯顆粒保溫漿料外保溫系統在進行耐候性試驗后，拉伸粘結強度不得小于0.06 MPa;所有保溫系統的吸水量不應大于0.5 kg/m2。經過修訂，《外墻外保溫工程技術規程》（JGJ 144—2019）已基本適用于新一代節能建筑外墻外保溫系統的應用要求[2]，但依然沒有對超低能耗建筑外墻保溫系統的指標要求作出明確規定。

此外，《被動式低能耗居住建筑——嚴寒和寒冷地區居住建筑》（16J908-8）中也對針對模塑聚苯板及巖棉板的薄抹灰外墻外保溫系統的性能指標進行了規定[3]，如表2和表3所示。

通過分析發現，目前超低能耗建筑薄抹灰外墻外保溫系統還在延續節能建筑外墻外保溫系統的性能指標，并有更大的突破，只在薄抹灰外墻外保溫系統的不透水性、巖棉板的拉伸粘接強度、部分系統的抗風荷載能力這三方面有所提高。

分析其原因，首先是因為超低能耗建筑外墻外保溫系統的相關試驗還不多，沒有足夠的數據作為支撐和依據;其次是超低能耗建筑的示范項目才剛開始建設，還沒有足夠長的時間將問題反映出來，為了推進此項工作，只有先套用節能建筑外墻外保溫的標準;再次，截至目前依然沒有超低能耗建筑外墻外保溫系統可靠性耐久性的評價依據，仍需要進一步研究。

2 耐候性試驗

耐候性試驗是采用與外墻外保溫工程構造做法一致的大尺寸試樣墻體，模擬室外氣候環境的變化，如溫度、濕度、降雨、凍融等，對試樣墻體進行一定數量的濕熱循環后，通過評定其破壞程度，確定系統耐候性[4]。國內外大量的工程實踐和研究結果表明，耐候性試驗是對建筑外墻外保溫系統檢驗的最好方法。

作為外墻外保溫系統的核心部位，保溫材料的性能對超低能耗建筑的能耗指標起著決定性作用。適用于超低能耗建筑的保溫隔熱材料種類有很多，由此形成的外墻外保溫系統也有很多。從材料的導熱性能、吸水率、透水率、壓縮強度等多方面進行考慮，良好的保溫材料主要有模塑聚苯板、石墨聚苯板、真空絕熱板和巖棉板等。不同保溫材料的性能各有優缺點，不同保溫系統的可靠性及耐久性也各不相同。

針對嚴寒和寒冷地區近零能耗建筑外墻外保溫系統的較厚保溫材料對系統耐候、抗剪、防火等性能影響問題，本研究重點以模塑聚苯板、石墨聚苯板、真空絕熱板和巖棉板材料及保溫系統為對象，按照《外墻外保溫系統耐候性試驗方法》（JG/T 429—2014）中的規定[5]，分別進行了超低能耗建筑外墻外保溫系統的耐候性能測試，試驗過程如圖1所示，試驗結果如表4所示。

試驗結果表明：在保溫層厚度一定時，保溫效果最好的是真空絕熱板系統，保溫效果最差的是巖棉系統。因此，采用真空絕熱板可以大幅降低外墻厚度。但在實際測試中受現場施工質量影響較大，真空絕熱板系統的保溫性能下降較多，普遍超過理論值的20%。耐候性能最高的是石墨聚苯板系統，具體順序為石墨聚苯板系統、模塑聚苯板系統、巖棉板系統、真空絕熱板系統。因此，石墨聚苯板系統是綜合性能較強的外墻外保溫系統。石墨聚苯板外墻外保溫系統在目前外保溫工程應用中所占的比例最大，占比約49%，其次是巖棉外墻外保溫系統，占比約為25%。其余的如復合聚氨酯板、擠塑聚苯板等外墻外保溫系統，應用占比約為26%，如圖2所示。

3 結論

本文通過對超低能耗外墻外保溫系統的可靠性及耐久性評價體系進行研究可以發現，目前的評價指標還是沿用普通節能建筑的外墻外保溫系統可靠性及耐久性評價指標，如耐候性、抗風載荷性能、抗沖擊性、吸水量、耐凍融性能、熱阻、抹面層不透水性及水蒸氣滲透阻等，已無法滿足實際需求。由此，需要根據超低能耗建筑的特殊性賦予其新的指標參數，并在后續研究中形成適合超低能耗建筑的外墻外保溫系統可靠性及耐久性新的評價體系。

同時，對代表性的外墻外保溫系統進行耐候性試驗后發現，石墨聚苯板外墻外保溫系統的可靠性和耐候性最好，綜合性能也最佳，不論是歐洲還是國內，石墨聚苯板外墻外保溫系統都占有最大的市場份額。

參考文獻：

[1]中華人民共和國建設部.外墻外保溫工程技術規程：JGJ 144—2004[S].北京：中國建筑工業出版社，2005.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.外墻外保溫工程技術規程：JGJ 144—2019[S].北京：中國建筑工業出版社，2019.

[3]中華人民共和國住房和城鄉建設部.被動式低能耗建筑——嚴寒和寒冷地區：16J908—8 [S].北京：中國計劃出版社，2017.

[4]賀傳友，戴新榮，劉新.淺談對外墻外保溫系統耐候性及試驗方法的幾點認識[J].建材與裝飾，2018（40）：49-50.

[5]中華人民共和國住房和城鄉建設部.外墻外保溫工程技術規程：JG/T 429—2014[S].北京：中國標準出版社，2014.