建筑保溫系統設計技術與發展探討

王 丹

2021 年，我國建筑運行階段的碳排放量占全國總碳排放量的比例高達21%，加之建筑開發階段的資源和能量消耗，建筑行業全生命周期的碳排放量占總碳排放量的比例高達51.6%，建筑行業節能減排形勢十分嚴峻。20 世紀80年代以來，我國從推動綠色建筑高質量發展、提高能源使用率等方面入手，制定建筑節能減排標準并實施“四步走”計劃。隨著“十四五”期間全面實施建筑節能標準，超低能耗、近零能耗建筑保溫系統將成為未來發展的趨勢，是建筑行業實現“雙碳”戰略目標的重要措施。因此，深化建筑保溫系統設計技術與未來發展趨勢的研究，對促進我國建筑行業高質高效發展具有重要的意義。

1 建筑保溫系統設計技術特點

1.1 建筑外墻內保溫技術的特點

建筑外墻內保溫技術就是在外墻內側使用苯板、砂漿等保溫材料，改變外墻熱工系數達到保溫節能的方法。該技術有3 個優點。一是施工方便。外墻內部施工要求比外部施工技術門檻更低，室內施工不需要搭建高層腳架等設備，施工相對方便且更加安全[1]。二是對外墻及保溫材料要求不高。外墻內部因有固定和支撐架構，相較于外墻外部對墻體垂直度、建筑材料粘性等要求，外墻內部施工的技術標準要求相對較低。三是施工進度快。外墻內部施工可以分割為多個相對小的工程，可同時在多個作業區域進行施工，加之施工難度較小，可以有效加快工程進度。

同時，外墻內保溫技術具有較大的局限性。一是熱橋現象明顯。建筑結構熱橋問題是外墻內保溫技術的最大缺陷，特別是隨著冬夏或晝夜室內外溫差反復變化，建筑墻體和樓板等反復發生線性變形和體積變化，影響建筑整體的穩定性和耐久性。二是減小室內使用面積[2]。使用該保溫技術會減少15%～25%的室內實際使用面積，在當前人們普遍重視商品住房實際使用面積的情況下，大部分建筑公司和住房者不再采用此保溫技術。三是影響室內二次裝修。居民普遍會對建筑進行二次裝修，以提升住房的舒適度和美觀性。采用外墻內部保溫技術會影響二次裝修的立體設計和工藝選擇，內墻施工和裝飾固定結構也可能破壞保溫系統結構。

1.2 建筑外墻混合保溫技術的特點

建筑外墻混合保溫技術是指在建筑保溫系統設計中，墻體外部施工方便時采用墻體外部保溫技術，內部施工方便時采用墻體外部保溫技術。該項保溫技術從本質上屬于外墻內保溫、外保溫技術的過渡，是一種臨時變通措施，因此決定了其不是建筑保溫技術的主流[3]。該技術的主要優點是在施工過程中可靈活采取相關措施，同時能夠兼顧熱橋現象，對墻體內保溫系統不能克服的熱橋結構和部位進行有效保護，從而提升建筑保溫系統的整體熱工性能。但該項技術存在嚴重不足，特別是補丁式施工方法，對建筑整體具有嚴重的損害。

建筑外墻混合保溫技術的主要優點是對保溫材料的要求不高，施工難度不大，通常在北方寒冷地區的小型建筑上使用。但是，該技術會使建筑墻體變厚，建筑材料耗費較多，經濟價值不高。

1.3 建筑外墻外保溫技術的特點

建筑外墻外保溫技術是在外墻外側使用建筑保溫設備和保溫材料，采取一定的施工技術和工藝做法，為整個建筑物穿上“保暖衣”。我國自2000 年左右開始大力推廣該項保溫技術，目前主要有聚苯顆粒漿料、聚苯板現澆混凝土、無機活性墻體等保溫材料。該技術主要有以下優點。一是保溫效果顯著。一方面，由于保溫建筑材料在墻體外側，可以消除建筑熱橋現象，阻斷室內外溫度流通，充分發揮保溫節能效能；另一方面，能減少自然溫度、濕度、光線等對建筑主體的影響，阻止風雨等對建筑的侵蝕，避免建筑內部出現發霉、破損、開裂等問題。二是適用范圍廣[4]。隨著人們對生活質量提出更高的需求，南方在夏季對建筑隔熱需求逐步增加，建筑外墻外保溫技術既可用于新建筑保溫系統，又可用于老舊建筑保溫系統改造。三是有利于改善內部環境。建筑保溫系統設計在墻體外部，可最大限度提升室內面積的使用效率，同時也可最大限度減輕建筑材料中有害物質造成的污染?？蚣芙Y構外墻涂料做法如圖1 所示。

建筑外墻外保溫技術在現實運用中也存在一些不足。一是保溫系統使用壽命遠小于建筑工程壽命。目前，我國制定了很多標準規范，要求建筑保溫系統使用壽命達25 年以上，與50 ～100 年的建筑壽命標準相較有很大差距。二是生態環保問題未能徹底解決。雖然建筑保溫系統能夠實現節能保溫的效果，但需要耗費大量的人力、物力和財力，特別是保溫材料多為不可再生資源，當達到預期壽命后將變成建筑垃圾，是當前“雙碳”目標需重點解決的問題。三是防火技術不夠成熟。目前，我國建筑保溫系統使用的保溫隔熱材料要求達到防火B2級以上，但目前市場上的大多保溫材料都屬于可燃材料，其自身的離火自熄性、難燃性或不燃性很難達到標準要求。四是保溫系統脫落或開裂問題難以避免[5]。我國建筑保溫系統施工技術標準規范建設相對滯后，加之保溫系統施工通常采取外包的形式，無法保證建筑保溫系統質量，遇到大風或者劇烈晃動，經常會出現保溫層脫落現象。

2 建筑保溫系統設計技術的應用現狀

2.1 保溫材料的應用現狀

保溫材料是利用氣體的低導熱性質，將氣體限制于建筑材料的泡孔、夾層等空間內，阻斷熱量對流傳導，從而實現隔熱保溫的效果，通常分為有機、無機保溫材料，同時因建筑防火需要也按阻燃等級進行分類。有機保溫材料具有導熱系數低、強度高、重量輕、吸水性低等優點，但阻燃等級低，即使添加阻燃劑也僅能達到B1 級；無機保溫材料存在重量大、易吸水等不足，但阻燃性能可達到A 級。

目前，有機的模塑聚苯板、無機的巖棉是我國應用最廣泛的建筑保溫材料。模塑聚苯板的優點是能使建筑結構更加穩定，缺點是阻燃系數低；巖棉的優點是具有不燃性，缺點是質量較大、結構安全性不足，且具有強吸水性。保溫節能方面，二者的導熱系數均相對低下，模塑聚苯板優于巖棉材料；結構安全方面，模塑聚苯板具有較好的抗壓強度和抗拉強度，能夠有效抵抗沖擊和大風影響，施工難度相對較低，脫落風險相對較??；防火安全方面，模塑聚苯板為易燃材料，阻燃等級低，即使添加阻燃劑也僅能達到B1 級，在高層建筑設計中必須設置防火隔離帶才能滿足消防要求，施工較為不便。

2.2 配套材料的應用現狀

中信證券研究結果顯示，80%以上受訪人員表示配套材料不合適、施工不規范是產生建筑保溫系統質量問題和安全事故的主要原因。目前，我國通常采用傳統的薄抹灰保溫系統設計，由于配套材料的使用創新性不足，在實際應用中存在以下安全隱患。

一方面，由于巖棉自重較大，隨著節能保溫效能要求提升，其厚度也有所提升，因此對基層墻體的堅固性、平整性要求更高，要求粘結層粘結面積不小于80%且需涂刷界面劑，即使配套材料使用“兩網三膠”也難以達到安全要求。另一方面，由于建筑薄抹灰保溫系統的基層墻體、膠粘劑、保溫材料、玻纖網、薄抹層及錨栓等環節品控和施工不達標，可能導致建筑保溫系統出現空鼓、滲水、脫落等問題，會影響建筑的功能性、安全性、耐久性。建筑保溫系統是一項復雜的系統工程，應根據不同墻體結構、消防要求、當地氣象條件等選擇合適的配套材料，確保保溫系統的整體保溫性能、結構安全和防火要求。

2.3 建筑保溫系統施工方法的應用現狀

隨著新技術、新材料的發展，越來越多的保溫材料研發并被應用到建筑行業中，優秀的保溫材料和配套材料是建筑保溫系統的物質基礎，同時優秀的保溫系統施工技術方法也能更好地提升建筑質量。

目前，我國建筑保溫系統施工方法主要有以下幾種。一是外掛式保溫技術，采用粘結砂漿或專用固定件將保溫材料粘貼、外掛在建筑主體上，然后再涂抹抗裂砂漿、壓入玻璃纖維網格布，最后再做裝飾層。該技術主要存在施工程序復雜、施工難度大等問題，容易出現安全事故。二是一體澆筑保溫技術，將保溫材料放入建筑模板內與外墻一起澆筑，可有效提高施工效率，但對均勻、連續澆筑的技術要求高。三是聚苯顆粒保溫技術，將聚苯顆粒調成保溫的砂漿，然后將其涂于保溫板，可以預防水泥砂漿裂縫問題。該技術的成本低，施工中要求多次涂抹聚苯顆粒砂漿，工程管理的流程、標準要求嚴格，稍有懈怠將嚴重影響保溫系統的質量。膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統結構如圖2 所示。

圖2 膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統結構

3 建筑保溫系統設計技術的發展趨勢

3.1 綠色環保要求更高

在碳中和、碳達峰的背景下，無論是單一的有機材料，還是單一的無機材料，都不能滿足建筑保溫系統“雙碳”戰略目標要求，建筑行業陸續制定節能減碳措施，對傳統保溫材料的使用限制越來越嚴格。我國的綠色保溫材料從“十三五”開始進入發展“快車道”，“近零能耗建筑”將在“十四五”期間全面推廣，市場出現了一大批新技術、新材料、新工藝。建筑保溫系統將向“保溫性、安全性、耐久性”等方向發展，保溫材料將向“綠色化、智能化、規范化、多樣化”方向發展，開發經濟高效、復合多功能、可回收、無污染的建筑保溫材料是未來的主要發展途徑。同時，《建筑設計防火規范》（GB 50016-2014）中明確要求：“建筑的內、外保溫系統，宜采用燃燒性能A級保溫材料，不宜采用B2 級保溫材料，嚴禁采用B3 級保溫材料?！币虼耍磥肀夭牧媳仨毤骖櫨G色環保、保溫節能、防火安全，最大限度實現節能減排的同時確保建筑運行絕對安全。

3.2 保溫裝飾一體化趨勢更加明顯

保溫裝飾一體化是使用保溫裝飾一體板的建筑保溫系統，由保溫層和面板層組成，僅需將事先預制好的保溫裝飾一體板“粘貼”“錨固”在建筑墻上。該技術可實現建筑保溫系統、裝飾系統的預制化一體生產，具有十分明顯的技術優勢。

第一，有利于提高施工效率。將抹面層、飾面層的建筑施工改為工廠預制產品，能夠減少施工難度和建筑工程量，進而有利于提高施工效率。第二，更加綠色環保。保溫裝飾一體板便于靈活組裝和拆卸，可以循環使用，能夠提升保溫材料的使用率，更加環保。第三，有利于提升可裝修性。在生產過程中，可對飾面層進行有效的噴涂油漆等作業，飾面層的形式也可以選擇，比建筑現場施工更加平整、規范、美觀。

3.3 建筑保溫行業標準更加規范

目前，我國建筑保溫工程還存在施工不規范、保溫材料質量低、監督監察不到位等問題，嚴重制約建筑保溫行業的健康發展。2019 年，我國對已有建筑標準進行梳理，結合我國不同建筑類型需求、不同地區氣候特點，出臺了《強制性工程建設規范（征求意見稿）》，從新建建筑的環保節能、既有建筑的環保節能和可再生能源等方面，對建筑施工各方面提出通用性的要求，明確了設計、施工、運行等標準和規范。未來，建筑保溫系統將更加注重保溫性、穩定性、防火性能、防水性能的作業工序和作業流程，標準化的施工作業程序和方法將得到全面推廣。

4 結語

綜上所述，在碳達峰、碳中和的背景下，建筑行業節能減排要求實現跨越式升級是必然趨勢，國家將陸續出臺行業政策措施和標準要求，建筑保溫系統領域也將圍繞綠色環保和節能減排進行創新發展。因此，認真研究“雙碳”目標對建筑保溫系統設計技術和應用的具體要求，詳細分析當前我國保溫系統的技術特點和應用現狀，積極探討未來我國建筑保溫系統設計技術的發展趨勢，助力建筑行業健康發展。