房屋建筑外墻綠色節(jié)能保溫技術(shù)研究

蘭 秋 （南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530008）

綠色節(jié)能是21世紀(jì)建筑行業(yè)的一個重要課題，同時也是新時代建筑行業(yè)未來的主流發(fā)展方向。建筑內(nèi)電氣電子設(shè)備較多，無論是制熱、制冷等都需要消耗巨大的電力能源，因此需要采取有效手段降低建筑能耗[1]。保溫作為建筑的主要功能之一，在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，外墻占建筑的外表面積比重較大，直接與室外空氣接觸，因此外墻的熱損耗也比較大。在緯度較高的地區(qū)，建筑外墻需要具有良好的保溫效果，利用相關(guān)技術(shù)提升建筑外墻保溫性能，從而降低建筑的制熱能耗，是新型綠色環(huán)保建筑所面臨的重要難題。由于國內(nèi)關(guān)于新型綠色環(huán)保建筑外墻材料節(jié)能保溫研究起步比較晚，相關(guān)的技術(shù)和理論還不夠成熟，雖然已經(jīng)有了將近二十年的研究和實踐經(jīng)驗，但是技術(shù)水平相較國外還存在較大的差距[2]。在實際工程中對于建筑外墻保溫材料選擇不夠合理，并且為了提升保溫效果，一味地增加外墻保溫材料厚度，雖然建筑的保溫性能有所提高，但是在夏季時建筑室內(nèi)溫度也比較高，提升了室內(nèi)制冷能耗，沒有達(dá)到預(yù)期的節(jié)能效果。由此可見，目前新型綠色環(huán)保建筑外墻材料節(jié)能保溫技術(shù)還存在較大的提升空間，為此提出此次研究。

1 工程概況

以某建筑工程為實例，對新型綠色環(huán)保建筑外墻材料節(jié)能保溫技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行實例分析。該建筑工程總樓層數(shù)量為6 層，建筑高度為18.54m，單個樓層面積為465.15m2，建筑整體朝向為西南向。該建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要由外墻、屋頂、外窗以及外門組成，外墻為245mm 厚頁巖模數(shù)燒結(jié)磚，外窗的材質(zhì)為單框斷橋鋁13 中空加Low-R高透光玻璃，外門采用巖棉保溫多功能防盜門，建筑屋頂采用85.5mm 厚擠塑聚苯保溫板加156.54mm厚鋼筋混凝土板坡屋頂，建筑工程平面示意如圖1所示。

圖1 建筑工程平面示意圖

該建筑處于中國南方地區(qū)，年平均氣溫17.5℃～23.5℃。冬季溫度較低，各地極端最低氣溫為-8.4℃～2.9℃，對建筑外墻材料節(jié)能保溫要求較高。

2 建筑外墻節(jié)能保溫設(shè)計

建筑外墻材料節(jié)能保溫技術(shù)主要包括三個部分：第一，結(jié)合建筑所在區(qū)域的氣候條件以及節(jié)能保溫需求，對建筑外墻材料節(jié)能保溫整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計；第二，綜合考慮綠色環(huán)保、節(jié)能、保溫等因素，選擇合適的建筑外墻保溫材料；第三，根據(jù)設(shè)計方案開展新型綠色環(huán)保建筑外墻材料節(jié)能保溫施工。以下將結(jié)合建筑工程實際情況，從這三個方面入手，對建筑外墻材料節(jié)能保溫技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)說明。

2.1 外墻節(jié)能保溫結(jié)構(gòu)

建筑外墻節(jié)能保溫整體結(jié)構(gòu)設(shè)計主要根據(jù)我國《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》(GB50176-2016)，結(jié)構(gòu)形式采用水泥砂漿+保溫材料復(fù)合型[3-4]。其保溫結(jié)構(gòu)主要由水泥砂漿層、保溫材料層、水泥砂漿層、粘結(jié)層和飾面層組成。建筑外墻節(jié)能保溫結(jié)構(gòu)如圖2所示。

由圖2 可知，建筑外墻的基層外是一層水泥砂漿，厚度為10mm，其作用是使建筑保溫材料與外墻粘合。在保溫材料鋪設(shè)和固定完成后，再在其外側(cè)涂抹一層厚度為10mm的水泥砂漿，利用水泥砂漿將建筑保溫材料包裹住，避免建筑保溫材料受到外部環(huán)境作用的影響[5]。然后在水泥砂漿外部涂一層粘結(jié)層，用于固定外墻的飾面材料。粘結(jié)層和飾面材料除了保證外墻美觀外，還可緩解外界環(huán)境對保溫材料層的風(fēng)化作用，以此提升建筑外墻保溫的使用壽命和防滲效果。

圖2 建筑外墻節(jié)能保溫結(jié)構(gòu)

2.2 外墻保溫材料選擇

建筑外墻保溫材料的選擇尤為重要，是新型綠色環(huán)保建筑外墻材料節(jié)能保溫技術(shù)的關(guān)鍵。目前，常用的保溫材料主要有聚苯板、巖棉板、聚氨酯保溫板以及膠粉聚苯顆粒等，通過查閱規(guī)范及文獻(xiàn)[6]，可總結(jié)以上材料的主要性能參數(shù)，見表1。

表1 保溫材料性能參數(shù)

由表1 可知，四種保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)在0.024W/(m·K)～0.09W/(m·K)范圍內(nèi)，基本滿足外墻保溫的要求。其中，膠粉聚苯顆粒直接涂抹在外墻基層的表面，由于其導(dǎo)熱系數(shù)在四種材料中最大，而且干密度達(dá)到400kg/m3，自重較大，施工要求較高，相比于其他輕質(zhì)材料，不適用于本工程。巖棉板同樣存在導(dǎo)熱系數(shù)大、自重大的問題。

因此，依托工程主要在聚苯板和聚氨酯保溫板中選擇。聚苯板和聚氨酯保溫板都具有導(dǎo)熱系數(shù)低、質(zhì)量輕、施工簡單、耐老化等優(yōu)點，綜合考慮寒冷地區(qū)的適用性，本文選擇導(dǎo)熱系數(shù)更低的聚氨酯保溫板作為建筑外墻保溫材料。

2.3 外墻保溫材料性能檢測

建筑外墻節(jié)能保溫材料檢測中，最重要的一項指標(biāo)就是導(dǎo)熱性能，關(guān)系到建筑工程的節(jié)能效果。在檢測過程中需要借助專業(yè)測試設(shè)備，對材料導(dǎo)熱性能進(jìn)行分析，綜合計算熱工參數(shù)，確保檢測數(shù)值精準(zhǔn)，符合材料的實際性能和要求。節(jié)能保溫材料密度也是關(guān)鍵的檢測指標(biāo)，主要針對表觀密度和干密度進(jìn)行分析。

經(jīng)隨機采樣檢測，本文采用的聚氨酯保溫板導(dǎo)熱系數(shù)在0.02W/(m·K)～0.028W/(m·K)范圍內(nèi)，平均導(dǎo)熱系數(shù)為0.024W/(m·K)，與規(guī)范推薦值基本一致。

2.4 外墻保溫材料厚度驗算

新型綠色環(huán)保建筑外墻節(jié)能保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵在于保溫材料厚度的設(shè)計，相關(guān)研究資料表明，建筑外墻傳熱量與外墻保溫材料的厚度、導(dǎo)熱系數(shù)有直接關(guān)系，厚度設(shè)計需要根據(jù)保溫結(jié)構(gòu)的綜合傳熱系數(shù)是否滿足于該地區(qū)的外墻保溫層傳熱系數(shù)限值，然后再根據(jù)工程實際情況進(jìn)行調(diào)整。依據(jù)建筑工程所處地區(qū)并參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，本地區(qū)建筑樓層大于4層的外墻傳熱系數(shù)限值為0.4W/(m2·K)。

根據(jù)《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》(GB50176-2016)，外墻的傳熱系數(shù)計算公式如下：

式中，Kt為外墻綜合傳熱系數(shù)，W/(m2·K)，R0為外墻綜合傳熱熱阻，m2·K/W。R0的計算公式如下：

式中，Rin為外墻的內(nèi)表面換熱阻，m2·K/W；Rout為外墻的外表面換熱阻，m2·K/W；查閱《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》附錄B中推薦值，可取Rin為0.11，Rout為0.04；R為外墻內(nèi)部復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)的熱阻，m2·K/W。

由于外墻內(nèi)部復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)除了飾面層外，主要由水泥砂漿和保溫材料層組成，飾面層的熱阻反映在Rout中，因此R可采用下式計算：

式中，Rb為外墻保溫材料熱阻，m2·K/W；Rc為水泥砂漿換熱阻，m2·K/W。水泥砂漿和外墻保溫材料的熱阻可采用下式計算：

式中，Ri代表不同材料的熱阻，m2·K/W；δi代表保溫材料的厚度，m；λi代表保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)。

復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)的砂漿厚度取0.02m，砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)為0.93W/(m·K)，可得Rc為0.022m2·K/W。

根據(jù)以上公式和參數(shù)，首先將外墻傳熱系數(shù)限值代入公式（1），可得R0值為2.5。將R0代入公式（2）可得R，值為2.34。將R、Rb以及保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)代入公式（3）和（4）即可得到保溫材料厚度限值為0.056m，即保溫材料厚度不低于56mm。考慮最不利的情況以及經(jīng)濟性，本文的保溫材料厚度取60mm。

3 建筑外墻保溫層施工技術(shù)

根據(jù)外墻材料節(jié)能保溫設(shè)計方案和圖紙，開展外墻材料節(jié)能保溫施工，在施工前需要做好準(zhǔn)備工作。將施工所需要使用的建筑材料和保溫材料運輸?shù)綀鰞?nèi)，包括水泥、聚氨酯保溫板、飾面材料等，將聚氨酯保溫板安放到指定地點，注意遠(yuǎn)離火源和水源。將建筑外墻表面清理干凈，除去表面的灰塵和雜物，并使用水平儀對建筑外墻進(jìn)行測量，對凸起的部分使用砂紙打磨平整，保證建筑外墻的平整性。使用專用設(shè)備和工具制備水泥砂漿，水泥、水、添加劑的比例為3：2：1，將制備好的水泥砂漿涂抹到建筑外墻表面，水泥砂漿厚度為10mm，由于其主要起到保溫材料與墻體的粘結(jié)作用，因此不用涂抹過厚?；鶎拥乃嗌皾{涂抹完畢后，按照建筑外墻的長度與寬度，對聚氨酯保溫板進(jìn)行裁剪，在水泥砂漿尚未凝固時將膨脹聚酯板鋪貼到墻面上，使用手臂或者專用工具捶打聚氨酯保溫板，目的是使膨脹聚酯板與水泥砂漿緊密貼合，將內(nèi)部的空氣擠出[7]。鋪貼完膨脹聚酯板后，待水泥砂漿完全凝固，然后在膨脹聚酯板表面涂抹水泥砂漿，水泥砂漿厚度為10mm。最后在水泥砂漿外層施作粘結(jié)層和飾面層，以此完成建筑外墻材料節(jié)能保溫施工。

4 結(jié)語

（1）聚氨酯保溫板具有導(dǎo)熱系數(shù)低、質(zhì)量輕等優(yōu)點，通過與水泥砂漿結(jié)合形成的復(fù)合型保溫結(jié)構(gòu)可適用于低溫環(huán)境下外墻節(jié)能保溫。

（2）保溫材料施工前應(yīng)對導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行檢驗，當(dāng)聚氨酯保溫板導(dǎo)熱系數(shù)在0.024W/(m·K)時，保溫材料層厚度應(yīng)不低于60mm。

（3）本文提出的低溫環(huán)境下外墻保溫技術(shù)及相關(guān)參數(shù)，可為類似氣溫地區(qū)的建筑節(jié)能保溫提供參考。