碳中和背景下的建筑節能與EPS外墻保溫系統＊

顏紅專，曾 妮，明杏芬

（武昌工學院，湖北 武漢430068）

當前，國內高能耗建筑層出不窮，高排放高能耗已使得地球資源越來越少。因此，人們在滿足其生活物資水平的基礎上也越來越重視建筑節能環保，以節約資源，減少污染，為后代造就一個綠色的可持續發展的生態環境。在全國碳排放總量過大的情況下，建筑全過程碳排放所占比例超過50%，其中建筑材料占比28.3%，各類建筑使用期間占比21.9%。建筑能耗降低水平處于超低能耗的研究實踐階段，距離零能耗還有一段較艱難的距離。當前國內的建筑節能是以被動式節能作為重要手段，要達到建筑零能耗，則需有效利用建筑本體或其他的可持續性發展能源。建筑外墻保溫一直以來是建筑節能的一種很有效的被動式節能手段，從建筑保溫材料的擇取、設計、施工至管理運行，每一步都很重要。當前的外墻保溫體系比較多，在追求建筑節能的基礎上，還得考慮造價低、施工便利性、耐久性等這些因素。外墻保溫材料有無機的和有機的。其中由于EPS保溫系統具有優良的柔性和抗裂性能以及抗撞擊性能，防水、防裂、防熱橋，使用壽命長等優勢，在國內外具有超過40年的工程實踐，對于建筑節能減耗有積極的促進作用。

1 建筑節能

中國雖地廣物博，但人口眾多，人均分配的資源遠比不上一些發達國家[1]。很多能量資源依賴進口，如石油、煤、天然氣等。加上有些資源的可再生利用研究運用不夠成熟，這些都會給中國未來的經濟發展造成一定的困難局面，故倡導節能降耗是每個人的義務與責任，并已成為中國的一項基本國策。國內既有建筑400億m2，每年新建建筑20億m2，這意味著全球約40%的建筑任務在中國。建（構）筑物及其附屬設施建造所消耗的材料約占全球消耗的50%左右，其中單就水泥這一材料的消耗量就占全球的40%。建筑材料的生產、建筑施工與使用占全球總能耗50%左右。建筑建造過程中所產生的水污染和光污染等占全部污染總量的18%左右，更可怕的是建筑生產帶來的建筑垃圾竟達到了占垃圾總量的12%左右。

建筑能耗占比中國總能耗為25%～40%，這個調查數據著實令人擔憂。現如今中國大部分建筑都屬于高能耗建筑，相比于相同條件下的其他國家，特別是在寒冷地區中國的采暖能耗比之要高出1～2倍。在使用能源的過程中也會排放出大量的污染物，如SO2、CO2、懸浮顆粒物等，這些污染物會影響人體健康，不利于動物和植物的生存發展，同時CO2等溫室氣體的排放會帶來全球變暖等異常氣候。

節能符合可持續性發展的基本方針，建筑節能在于提高能源有效利用率，而圍護結構作為建筑本體組成部分，建筑節能建造過程中應被高效利用。建筑有其自有的內部氣候，建筑的圍護結構就會像殼體一樣保護其內部氣候，同時圍護結構也是建筑溝通外部氣候的通道。在中國，冬季有很多地區提供采暖，其中絕大部分地區與氣候相近的發達國家相比，建筑圍護結構的熱功能性相差甚遠，例如外墻傳熱系數是發達國家的3.5～4.5倍，外窗是2～3倍，屋面是3～6倍。不僅如此，中國單位建筑面積的能耗高，能源利用率只有28%，作為對比，歐美能源利用率平均接近50%，而日本更是達到了57%。面對中國人口眾多的實情，可利用的能源的增長速率遠小于能耗的增長速率，長期如此，能源必將會枯竭。相比日本等這樣的國家，中國的單位建筑面積采暖能耗高2～3倍。針對這一事實，許多關于建筑節能的政策應運而生，而眾多學者一般認為要想提高建筑本體的被動式節能降耗，必須從建筑的圍護結構保溫系統入手進行研究[2]。

2 墻體保溫的重要性

墻體圍護結構作為建筑本體不可或缺的部分，主要包含外圍護系統和內圍護系統。外圍護系統主要指外墻、屋面及建筑外出入口等直接和室外空氣相接觸的部分；而內圍護系統主要指與空氣間接接觸的部分，常包括室內門、內墻等組成部分。在較寒冷的北方，有很多供暖建筑，建筑總熱量散失比例過大，常使市場煤炭供需難以平衡。

以一個典型的多層磚混現澆鋼筋混凝土結構樓板建筑為例，在冬季寒冷的北京地區，其占比約為77%，其中，不同圍護結構部位占比不同，外墻占比最大為25%，其次是窗戶，其傳熱熱損失為24%，地面占比最小為2%，剩下部分樓梯間隔墻占比為11%，屋面占比為9%，陽臺門下部占比為3%。而在哈爾濱地區，其傳熱熱損失占全部熱損失比例也很大，達到71%，其中外墻和窗戶占比是最大的，分別都達到了28%，地面占比為4%，屋面占比為9%，陽臺門下部占比為1%，外門占比為1%。因此，墻體保溫的作用具有很重要的現實意義[3]。

外墻需要有一定的保溫性能，而現在單一的建筑墻體材料除了極少數，如加氣混凝土砌塊等材料之外，保溫性能都達不到建筑節能標準，因此需要對外墻進行一些保溫處理，以達到保溫性能要求。常見的墻體保溫有外保溫和內保溫兩種施工方式，相比之下，外保溫有以下優勢。

2.1 節能效果好

傳統建筑外墻要同時滿足承重和保溫要求，其厚度必然是很大的，用保溫材料進行外墻體外保溫處理后，可以適當減少墻體厚度。而采用內保溫相對保溫層的厚度要求更高，容易導致嚴重的熱橋問題。熱橋問題的加重會造成更多額外的熱損失，在北方寒冷的季節，熱橋問題的加重還可能致使建筑外墻的內表面出現潮濕、結露等現象，嚴重時甚至會出現發霉和淌水，這些問題進行外墻外保溫處理則可以避免。因此，如若采用相同厚度的保溫材料，相比于外墻內保溫，外墻外保溫具有更好的節能效果，可以減少約20%的熱損失。對建筑外墻整體做保溫處理，能降低熱容量大的實體內墻的能耗，減緩室內溫度與室外溫度的交換速率，從而維持一個較穩定的室內環境，使得人們生活工作在室內較舒適。即使在冬季供暖地區，保持室內溫度穩定的前提下，加強外保溫措施時，可以適當降低室溫，那么這樣就可以減少采暖負荷，從而達到節約能源的目的。

2.2 提高墻體耐久性

外墻外保溫系統對于磚墻或混凝土墻等來說相當于多了一層防護外衣，有效隔絕了部分外界環境氣候對墻體的影響，從而建筑外墻甚至是整個建筑本體都受到保護。其次有了外墻保溫層的作用，室內外的溫度熱傳遞能夠有效地被阻隔，室外溫度濕度等變化被隔絕在保溫層內，能有效使得室內氣候變得平緩些，大大降低室內外墻體部分的開裂、變形或損壞等危害，從而提高墻體的耐久性。

2.3 綜合效益高

外保溫系統能夠適應不同的建筑需求，不管是底層或超高層建筑，不管是民用建筑還是工業建筑。在當前的保溫市場上，飾面層種類繁多，如大理石飾面層、花崗巖飾面層、陶瓷墻磚飾面層及涂料等，外墻保溫材料能夠很好地和這些外墻飾面層結合在一起，絲毫不影響外墻的裝飾功能。此外，目前研究較多的還有外墻保溫裝飾一體化板的研究應用，這種體系已實現工廠化流水線生產，不僅更好地把控外墻保溫的施工質量，板尺寸規整，施工精度也較高，同時能夠縮短施工工期，減少施工對環境的污染。相對比內保溫，外保溫維修對室內裝飾的影響小。雖然前期施工造價費用略比室內保溫要高，但只要保溫系統選用得當，施工技術管理到位，那么單位面積造價差異就不大。其次，外保溫不占用建筑內部使用空間，折算到單位面積造價，甚至比內保溫總體費用更低。最后結合其良好的降低能耗、節約資源的優點，綜合效益顯而易見。

3 常見的EPS保溫系統及性能

EPS薄抹灰外墻保溫系統如圖1所示，該系統施工技術較成熟，配套規范較完善，施工性能較好，導熱系數較小。EPS保溫漿料系統如圖2所示。從兩種保溫系統結構看，基本分成了四個部分：基層處理、保溫層、增強層、表面裝飾層。墻體保溫性能取決于保溫層的性能[4]。

圖1 EPS板薄抹灰保溫系統

圖2 EPS保溫漿料系統

EPS外保溫系統除了上述兩種之外，還有EPS板現澆混凝土外墻保溫系統、EPS鋼絲網架板現澆混凝土外墻保溫系統等。整體上，每種EPS外保溫體系的保溫性能較好，既能保溫又能滿足不同的墻體裝飾功能的要求，非常適合中國的建筑節能使用，所以在建筑材料及建筑應用技術高速發展不斷改進的現今，EPS外保溫系統在中國建筑節能墻體中被廣泛應用。

EPS外保溫系統具有以下特點[5]：①EPS外保溫系統的自重較輕，EPS板厚度選擇范圍較廣，可以滿足不同的建筑保溫需求。②采用外貼法的EPS外保溫系統，不僅能滿足墻體裝飾功能，且具有較好的抗震性能。③EPS外墻保溫系統可充分利用其包裹建筑物的方式，起到無熱橋的作用，以此提高外墻保溫的整體性和有效保溫性，滿足墻體的節能要求。④EPS外墻保溫系統相比于其他的保溫材料來說，其建筑造價較為低廉，作為建筑外圍材料長期使用既可以達到建筑節能的目的又節約了大量費用，具有較好的經濟效益。⑤EPS外保溫系統的優勢較明顯，但其較低的強度使得施工時對錨固的要求較高。其次，對于一些耐火等級要求非常高的建筑，在選擇EPS外保溫系統的時候需慎重考慮。

4 EPS保溫系統在施工和應用中的問題及解決措施

4.1 存在的問題

當前，EPS保溫系統因其造價較低、施工技術完善等優點在外墻保溫領域占有重要的位置，但在施工及應用過程中存在的問題也很多。

4.1.1 法規政策不夠完善

一直以來，對于外墻保溫這塊的國家強制性標準較少，并且在建筑節能工程施工質量驗收規范這樣的國家強制性標準里，對外墻保溫的材料選用、施工技術等要求較低。而外墻外保溫工程技術規程這樣的行業標準也沒有對一些具體的事物進行明確的規定，使得不少施工單位為了節約施工成本而游走在規范規定的邊緣，或者直接越過紅線鋌而走險，導致很多比較新的小區外墻出現脫落、開裂、空鼓等不良現象，對小區業主居住造成一定的安全隱患，在社會上造成了比較惡劣的影響。其次，外墻脫落等這樣的事件發生后，事件往往被大事化小、小事化無，存在有關部門事件調查不認真、處罰力度不大、震懾威力較弱等尖銳的社會問題。

4.1.2 材料質量參差不齊

首先，EPS保溫材料的每平米價格從十幾塊到幾十塊不等，在這較大的價格差異里，很多產品的質量參差不齊。很多公司打價格戰，在生產過程中為了節約成本增大利潤而使用超便宜的過期、潮濕的原材料。還有廠家在生產線及管理上存在問題，如泡粒結塊直接使用、泡粒水分過高、發泡桶底部冷凝水排放不暢、預發機頂蓋通風保溫不良、新舊料混合使用等問題。對于產品的合格檢驗制度不完善，使得殘次品充盈市場。有的保溫板密度太低、粉化嚴重、表面太光滑，容易造成保溫板局部空鼓、脫落等現象。其次，建筑保溫的同時還需注重建筑的防火性能，很多材料保溫性能達到要求但其防火等級達不到要求。最后與保溫材料的使用相配套的輔助材料的性能要求不匹配，導致保溫板材料容易出現脫落等現象。

4.1.3 施工管理不到位

首先，有些項目外墻保溫施工之前，工人沒有進行專門的培訓，或者沒有進行詳細的施工技術交底，膠漿制稠度不符合要求，水泥摻入過多、砂石含泥量過高，致使粘結不牢，出現流掛現象等。其次，在施工過程中，比如用力擠壓、猛敲EPS保溫板的某一端而造成保溫板卷翹、膠漿脫落，直接導致保溫板板面空鼓、虛貼，面層施工時不考慮天氣因素。最后就是施工驗收不嚴格按照規范進行。

4.1.4 使用及維修

一般的EPS外墻外保溫系統的使用壽命高達幾十年，但在這過程中如果施工不當會導致使用壽命縮短。影響外墻外保溫系統的使用壽命的因素很多，比如屋面防水、外墻防水等，由于防水層的使用壽命直接關系著保溫層的壽命，所以防水層的維修不當、外墻的修補不當都會造成保溫層的破壞。

4.2 問題解決措施

首先，針對中國外墻保溫施工技術的政策上的痛點問題，中國各省市相繼出臺了很多相關規定，比如山東省住建廳于2021-04-21頒布了嚴查不合格保溫材料的規定，加大力度整治保溫材料生產線及檢測制度，對嚴重違反工程質量的行為嚴懲不貸。重慶市住建委員會于2021-03下發禁限使用一些保溫材料的規定，如禁止采用薄抹灰外墻外保溫系統，禁止對于外墻保溫系統僅采用錨固的固定方式。河北省住建廳也發出了禁止僅使用粘錨構造薄抹灰技術的規定，對于保溫材料優先使用A級保溫板，嚴禁使用B2級保溫材料和容易在起火事件中成為幫兇的XPS保溫板。

其次，保溫材料的選擇需考慮很多因素，保溫效果好的不一定就適合。因此，還需要綜合考慮溫度環境、穩定性、機械強度、性價比、吸水率、施工性和密度等因素。中國北方和南方氣候條件差異較大，北方就適合選用一些保溫隔熱較好、導熱系數較小的保溫材料。而在南方，對于保溫效果就可能不是首要考慮的問題。同時，選擇的保溫材料還應有較穩定的化學性能和抵抗外力沖擊的能力，在施工過程中，能滿足施工方便，以保證施工質量及滿足成本較低的要求，尤其是建筑使用運行階段，保溫材料較難燃，不會變成起火事件中的幫兇。在使用壽命方面，能達到較高的使用年限要求。

最后，在施工階段，應加強對現場施工人員和現場質檢人員的培訓，使其熟練掌握EPS保溫系統的結構層次、組成材料的性能特點、施工技術及檢測方法等。同時，EPS保溫板的尺寸需正確、測量放線無誤、平整度高及基層干凈整潔等。驗收時需嚴格遵循程序，把控質量。

5 結語

建筑節能降耗將是未來世界各國需重點關注的研究問題，在中國，面對如此多的高能耗建筑的誕生，推行更高標準的節能策略和節能技術是實現中國碳中和目標的重要手段。而在建筑節能實施過程中，墻體保溫技術很關鍵，未來EPS外墻保溫系統以其優越的性能具有廣泛的推廣前景，但如何解決當前問題及提高其強度和耐火性將是未來的研究方向。