關于既有建筑外墻保溫系統的性能評價研究

劉兆秀，李 靜

（蘇州市建設工程質量檢測中心有限公司，江蘇 蘇州 215129）

0 引言

據統計，我國每年有超過 4 億 t 的標準煤被用于建筑行業［1］，并且隨著行業的飛速發展該能耗也在不斷增大，導致我國能源需求的負擔越來越大。如果對這種局面的持續發展不加以控制，必定會造成未來能源短缺的嚴重后果。研究得出，在圍護結構中，建筑外墻的能耗占據比例約為 1/3［2］，因此，要想控制住建筑行業的能源需求，從根本上減少建筑外墻的能耗是最基礎、最有用的手段之一。

對于新建建筑，嚴格執行國家最新標準和政策便能達到控制能耗的目的。那么，既有建筑的能耗該如何評價和控制？在對既有建筑外墻保溫系統的研究中發現，除了系統功能性之外，其安全性和耐久性也是極為重要的——既有建筑外墻保溫系統的安全性和耐久性是保證其系統功能性正常運行的前提條件。

在施工或者使用的過程中，各種不當操作均可能導致外墻保溫系統出現質量問題，包括脫落、滲水、裂縫等等，從而導致安全性和耐久性降低，嚴重影響其功能性和使用壽命。因此，對于既有建筑來說，如何在破壞發生前評價并控制外墻保溫系統的相關性能是一項非常重要且有意義的研究工作。

1 既有建筑外墻保溫系統的評價內容

外墻保溫系統是由保溫層、保護層和固定材料（膠黏劑、錨固件等）構成的非承重保溫構造［3］，它的主要性能有安全性、耐久性、功能性等。安全性涉及到材料的粘結性能、錨固性能和防火安全性能，它直接關系到居民的生命財產安全，應該受到嚴格的監督和控制。影響材料粘結性能的主要因素有兩個：一個是材料的質量問題，另一個是現場工人施工操作的規范性問題。如果所使用的材料質量不好、性能低，或者工人現場施工時操作不當，均會導致材料粘結性能差，從而導致外墻保溫系統的連接安全性降低。影響錨固性能的主要因素是錨固件的數量和抗拉拔強度，單位面積內錨固件數量過少或者抗拉拔能力過小，也會直接導致外墻保溫系統的連接安全性能差。另一方面，由于建筑外墻長期接觸外界，直接暴露于空氣中，受到自然環境的侵蝕以及人為的破壞，逐漸產生裂縫、起皮空鼓、滲水、發霉等問題，導致其耐久性逐漸降低。

由此可見，對于既有建筑外墻保溫系統來說，保證其功能性持續發揮作用的前提，就是及早發現其安全性和耐久性問題并加以評估控制，及時作出評價并采取相應措施。

2 既有建筑外墻保溫系統的評價方法

既有建筑的評價方法與新建建筑的驗收方法有所不同，除了材料性能和施工質量之外，還需要考慮到既有建筑的使用年限、使用環境和住戶的使用方法等可能影響其性能的任何因素。

由于影響既有建筑外墻保溫系統性能的因素多、難以進行定量分析，對其評價便成為了一種非線性問題［4］，并且沒有特別嚴格明確的計算方法，因此需要劃分指標與指標之間的重要程度，然后運用層次分析法對不同重要層次的指標進行二級分類，建立體系，再由專家獨立地判斷出各指標的重要程度，確定其權重值，最后運用統計的方法，對各個指標進行綜合考慮來達到科學評價的目的。在此方法中，靈活建立適當的外墻保溫體系層次結構圖是關鍵，它可以將我們需要評價的指標清晰地呈現出來［5］。

在既有建筑外墻保溫系統的性能評價中，層次分析法應用廣泛。可用于相變外墻保溫系統的適用性評價［6］，也可將其與其他模型結合使用，比如全壽命期成本的計算模型［7］，此外，還可用于嚴寒地區外墻保溫施工方法的選擇［8，9］。

本文經過查閱大量的文獻、咨詢專家、走訪工地、實施檢測等手段，經過大量的排查和鑒定，使用層次分析法層層遞進，從安全性能、耐久性能、功能性幾方面為既有建筑外墻保溫系統的評價鑒定作出詳細的說明。在這一套體系中，各指標的權重值和扣分值分別如表 1、表 2 所示，根據公式（1），可計算出總扣分值Va，再根據表 3 給出最終評價等級和處理建議。

表1 既有建筑外墻保溫系統各指標的權重值

表2 既有建筑外墻保溫系統各Ⅱ級指標對應的扣分值（v）

表3 總扣分值 Va 及處理建議

總扣分值Va的計算公式見式（1）：

式中：Va為總扣分值；vi為第i個Ⅱ級指標的扣分值；w1i為第i個Ⅰ級指標的權重值；W2i為第i個Ⅱ級指標占Ⅰ級指標的權重值。

3 工程應用

某項目位于蘇州市，先對其進行排查，然后根據排查結果使用層次分析法進行性能評價，計算評價等級并給出處理建議。

3.1 既有建筑外墻保溫系統綜合性能的排查

本研究遵循“預防為主，防治結合”的原則，通過資料收集和地面調查，對本項目外墻保溫系統的連接安全性、防火安全性和耐久性進行實地排查，結合規范要求和設計要求，得出排查結論如表 4 所示。

表4 既有建筑外墻保溫系統綜合性能排查記錄

3.2 既有建筑外墻保溫系統性能評價

根據以上排查結論，對該工程進行進一步的鑒定評價，此次鑒定評價工作包括既有建筑外墻保溫系統的安全性（連接、防火）、耐久性和系統功能性。

3.2.1 安全性能評價

1）保溫板粘結強度。在既有建筑外墻保溫系統當中，保溫材料的質量直接影響到外墻的連接安全性。根據相關標準及規程中的規定，保溫系統板粘結強度推定值不應＜0.1 MPa。按照要求的取樣方法，對該項目隨機選取 3 處外墻，每處外墻取 3 個檢測點，并計算每一處的平均值。檢測結果如表 5 所示，由表 5 可知其中一組樣品不符合標準要求，評價結果的不合格率為 33 %。

表5 保溫板的粘結強度

2）錨固性能。除此之外，錨固件數量及錨栓抗拉拔強度對外墻保溫系統的安全性也起到了至關重要的作用。現場對該項目 2 # 樓外墻保溫層進行局部開鑿，鏟除墻面飾面層、抹面層及保溫板，露出墻面錨固件。對一層、二層各隨機抽取 2 處墻面并鑿出≥ 5 m2的外墻面，錨固件數量的檢測結果如表 6 所示。采用拉拔儀對單個錨栓的抗拉拔強度進行檢測，檢測兩組，每組 5 個錨栓，檢測結果如表 7 所示。

表6 2 # 樓外墻外保溫層錨固件數量檢測結果

根據標準規定：“單位面積墻面的錨栓數量不應＜6 個”、且此項目的“外墻保溫系統錨栓抗拉拔強度應≥0.300 kN”。由表 6 和表 7 可知，在錨固件數量總共抽取的 4 組樣品中，2 組不滿足規范要求，不合格率為 50 %；在錨栓抗拉拔強度所檢的 2 組樣品中，其抗拉拔強度均＞0.300 kN，檢測結果不合格率為 0。

表7 外墻保溫系統錨栓抗拉拔強度檢測結果

3）防火隔離帶。根據排查結果，該項目為非幕墻式住宅建筑，并且高度＜ 24 m，通過查看設計文件以及防火隔離帶材料的質量證明文件和檢驗報告，其材料燃燒性能和水平防火隔離帶的設置數量均符合要求。

3.2.2 功能性評價

1）保溫層厚度。保溫隔熱材料的厚度越厚，通過圍護結構傳遞的熱量越少，建筑冷熱負荷就越小，但是投入成本越高。當保溫材料的厚度達到一定程度后，再增加厚度則沒有太大的意義。

根據技術規程，對該項目的 2# 樓進行鉆芯取樣，檢測其保溫層厚度。共取 3 個檢測部位，每個部位鉆 2 個芯，均勻分布在建筑各面墻上且兼顧不同朝向，該項目保溫層的設計厚度是 20.0 mm，實測結果如表 8 所示。根據技術規程所述“實測芯樣厚度的平均值不小于設計厚度的 95 %；實測芯樣厚度的最小值不小于設計厚度的 90 %”可知，該項目保溫層厚度檢測部位均合格，不合格率為 0 %。

表8 保溫層厚度實測值

2）傳熱系數。墻體傳熱系數是重要的圍護結構熱工性能參數，極大地影響著建筑能耗水平和室內舒適性。該工程傳熱系數取樣共取 5 個部位：2 個屋面、3 個墻體，屋面傳熱阻的設計要求為≥2.11（m2·K）/W，外墻傳熱阻的設計要求為≥1.68（m2·K）/W。根據表 9 中傳熱系數的檢測結果發現，所檢部位均滿足設計要求，不合格率為 0。

表9 傳熱系數檢測結果

3.2.3 耐久性能評價

既有建筑外墻的空鼓和滲漏主要采用紅外熱像法進行全數檢測，將紅外熱像儀作為基本工具，對建筑外墻的熱流變化和熱量進行測定。當墻體出現空鼓或者滲漏的時候，會干擾建筑保溫材料的保溫性能、誘發建筑能耗增加等，該處的熱量會不同于正常部位，從而在紅外熱像圖中顯示出來。由檢測結果可知，該建筑外墻完好，空鼓和滲漏情況少，所占面積小，且無單塊面積＞0.5 m2的耐久性缺陷，空鼓或滲漏的不合格率均≤10 %。

3.3 評價結果計算

根據以上評價結果得到，該工程所檢外墻保溫系統的粘結強度不合格率為 33 %、單位面積錨栓數量不合格率為 50%、錨栓抗拉拔強度不合格率為 0、防火安全性的不合格率均為 0、傳熱系數和保溫層厚度的不合格率均為 0、空鼓的不合格率取 10 %、滲漏的不合格率取 10 %。最終評價結果如表 10 所示。

表10 該工程 2# 樓外墻保溫系統綜合性能評價結果

綜上所述，通過使用層次分析法對所檢項目的外墻保溫系統綜合性能評價結果進行計算可得，本項目所檢外墻總扣分值為 17.9 分，評估等級為 B 級，評價結果為良。所檢項目外墻發生的起皮空鼓、滲漏、少量脫落情況及脫落趨勢的情況可能為局部施工或材料質量引起的偶然性缺陷，總體建筑物并未發生大規模缺陷或破壞以及嚴重安全隱患，因此僅需要針對缺陷進行修繕，加強監管，增加排查頻率。

4 結語

本文通過對既有建筑外墻保溫系統綜合性能的深入研究，歸納總結出一套排查和評價方法。排查方法遵循“預防為主，防治結合”的原則，充分利用已有的缺陷調查和研究報告，結合相關上報線索，確定排查對象，并編制《既有建筑外墻保溫系統綜合性能排查記錄》，有助于及時掌握其缺陷的動態變化，為提高缺陷防治成效提供技術支撐。

對經過排查后需要進行下一步鑒定評價的工程，使用層次分析法對其連接安全性、防火安全性、耐久性和功能性進行評價，根據不同工程的實際情況對各性能指標進行詳細劃分，進一步更加準確地賦予權重值和扣分值。經工程實際應用之后，效果良好，不但能讓排查和評價工作有依有據、有條不紊地進行下去，而且可以科學、直觀地表征既有建筑外墻保溫系統的綜合性能。

本次研究成果能契合地應用于大部分既有建筑外墻保溫系統，可以全面地、系統地對其綜合性能進行統一評價，有利于扭轉我們處理既有建筑外墻保溫系統發生缺陷事故時的被動狀態，進而轉變為預見型主動處理，減少損失，保護人民的生命財產安全。Q