建筑外墻節能保溫材料及其檢測技術

付 榮 張培圣

（山東三箭工程檢測有限公司，山東 濟南 250100）

建筑行業在全生命周期都需要消耗大量的能源，在生產建設過程中，水泥、鋼鐵和玻璃等原材料的制造需要消耗電力、煤炭和燃氣，在使用過程中要提供制冷、供暖、照明和通風等居住條件，也需消耗大量的能源，建筑全生命周期的能源消耗量約占社會能源總消耗量的30%[1]。其中，使用過程中的能源消耗約占建筑全生命周期能源消耗的60%以上。在我國“碳達峰、碳中和”背景下，提高能源利用效率，降低能源浪費，使用節能保溫材料是建筑業的重要發展方向。外墻作為建筑的重要結構組成部分，采取必要的節能保溫材料是控制室內溫度、濕度，改善室內居住熱環境的重要途徑，特別是在嚴寒地區，建筑節能保溫材料提供了更高的應用價值，減少了建筑物的熱量損失和能量浪費[2-3]。本文正是在此背景條件下展開，研究成果有利于豐富我國建筑外墻節能保溫材料方面的理論研究和具體施工應用，為適用于山東地區的保溫節能材料的推廣應用提供參考。

1 工程概況

山東省濟南市某高層民用住宅項目由10 棟32 層單體建筑組成，項目總建筑面積240600m2，采用框架剪力墻結構，建筑全年日照時間不應少于2000h，冬至日室內照度不應小于150lx，在夏至日室內照度不應小于300lx。建筑所在區域為溫帶季風氣候，夏季受熱帶、副熱帶海洋氣團影響，雨量充沛，光照充足，春季和秋季的輻射量較低，一般在1000W/m2～1500W/m2，夏季的輻射量一般在1500W/m2～2000W/m2，冬季的輻射量一般在500W/m2～1000W/m2。夏季105d～120d，平均氣溫較大的月份主要集中在5月～9月，分別為22.1℃、25.9℃、27.2℃、26.2℃和21.9℃，相應月份的降雨量為51mm、80mm、196mm、165mm 和55mm，冬季則受蒙古高壓和極地大陸氣團所控制，寒冷晴朗，存在雨雪天氣，平均氣溫較大的月份主要集中在12月、次年1月和2月，分別為-0.2℃、-3.2℃和0.3℃，相應月份的降雨量分別為9mm、7mm和10mm。

2 建筑外墻節能保溫材料的方案確定

2.1 建筑外墻節能保溫材料

在建筑外墻節能保溫材料的使用中，根據材料的成分可以將其分為無機保溫材料、有機保溫材料和新型復合保溫材料。各種外墻節能保溫材料的分類如表1所示。在實際工程應用中，外墻保溫材料的確定需要綜合考慮眾多因素，包括建筑物所處區域氣候、建筑保溫性能要求建筑物抗風阻燃要求以及建造的工程成本等[4-6]。

表1 各種外墻節能保溫材料的分類

2.2 建筑外墻節能保溫系統

為了保證建筑內部熱環境的穩定，防止熱量損失，在節能保溫材料的基礎上，設置必要的節能保溫系統以創造有效的保溫節能環境[7]。目前，從外墻節能保溫系統的結構上，可以大致分為4 類節能保溫做法，分別為外墻自保溫系統、外墻內保溫系統、外墻夾心保溫系統和外墻外保溫系統。

外墻自保溫系統利用了墻體自身的保溫性能，通過采用加氣混凝土墻體實現隔熱保溫，不需要額外的材料或施工工序。外墻自保溫系統一般由混凝土、加氣混凝土砌塊、水泥砂漿抹灰組成，各主體材料的熱力學參數如表2所示，外墻自保溫系統的結構做法如圖1所示。

圖1 外墻自保溫系統的結構做法

表2 外墻自保溫系統主體材料的熱力學參數

外墻內保溫系統主要是在外墻內側使用預制保溫材料粘貼、拼接、抹面或直接做保溫砂漿層，采用室內作業，以達到保溫目的，內保溫系統可以有效解決熱橋現象。外墻內保溫系統一般由混凝土、加氣混凝土砌塊、聚氨酯硬泡、水泥砂漿抹灰組成，各主體材料的熱力學參數如表3所示，內墻自保溫系統的結構做法如圖2所示。

圖2 外墻內保溫系統的結構做法

表3 外墻內保溫系統主體材料的熱力學參數

外墻夾心保溫系統是在外墻施作時，分為內外2個墻體，內外側墻一般采用混凝土空心砌塊，將保溫材料置于外墻的內外側墻片之間實現保溫[8]。外墻夾心保溫系統一般由混凝土、加氣混凝土砌塊、聚氨酯硬泡、水泥砂漿抹灰、混凝土空心砌塊組成，各主體材料的熱力學參數如表4所示，內墻自保溫系統的結構做法如圖3所示。

圖3 外墻夾心保溫系統的結構做法

表4 外墻夾心保溫系統主體材料的熱力學參數

外墻外保溫系統是與外墻內保溫系統相反的做法，是將保溫材料放置于建筑外墻外側。外墻外保溫系統一般由混凝土、加氣混凝土砌塊、聚氨酯硬泡、水泥砂漿抹灰、玻化微珠組成，各主體材料的熱力學參數如表5所示，外墻外保溫系統的結構做法如圖4所示。

圖4 外墻外保溫系統的結構做法

表5 外墻外保溫系統主體材料的熱力學參數

3 基于紅外熱成像技術的建筑外墻節能保溫材料檢測技術

根據中國熱工設計分區圖，濟南地區冬季平均氣溫在0℃～10℃之間的氣候地區，屬于寒冷地區，冬季大風天氣較少，一般多為3～5級風力，冬季干旱少雨，火災隱患較大，對建筑物的防火要求較高，因此對于外墻的保溫材料應具有相應的防火阻燃特性。綜合考慮建設成本、區域氣候條件、施工周期，項目確定采用外墻外保溫系統，保溫材料為無機保溫砂漿、硬質聚氨酯泡沫塑料（PU）、珍珠巖水泥復合砂漿等7類材料，其中無機保溫砂漿運用于外墻結構中，AX-800復合硅質保溫材料運用于外墻、屋頂與幕墻下，珍珠巖水泥復合砂漿運用于易發生冷橋結露的建筑節點，如建筑水泥石柱，聚氨酯泡沫板主要運用于檐口，聚苯板主要運用于外墻及屋頂，憎水巖面主要運用于外墻保溫層，Low-E中空鋼化玻璃主要運用于層間梁、層間墻體、鋁塑板作為背襯板。基于紅外熱成像技術對施工后的外墻保溫墻體進行檢測，結果如圖5所示。

圖5 外墻保溫系統紅外熱成像技術

紅外成像檢測表明，窗口的最低氣溫達到-15.5℃，最高氣溫為-4.4℃，墻體的最低氣溫達到-22℃，最高氣溫為-4.4℃，外墻的傳熱系數低至0.45W/m·K，外窗的傳熱系數低至2.67W/m·K，建筑保溫性能良好，按冬季室內16℃的溫度計算，每年可以節約取暖費用共計32萬元，取得了良好的保溫節能效果。

4 結語

以山東省濟南市某高層民用住宅項目為研究對象，分析建筑外墻節能保溫材料及節能保溫系統結構做法的基礎上，確定項目保溫設計方案，并運用紅外熱成像技術測定建筑表面溫度，推算外墻的傳熱系數，得到以下結論：

（1）綜合考慮建設成本、區域氣候條件、施工周期，項目確定采用外墻外保溫系統，保溫材料為無機保溫砂漿、硬質聚氨酯泡沫塑料（PU）、珍珠巖水泥復合砂漿等7類材料。

（2）基于紅外熱成像技術的建筑外墻節能保溫材料檢測技術表明，窗口的最低氣溫達到-15.5℃，最高氣溫為-4.4℃，墻體的最低氣溫達到-22℃，最高氣溫為-4.4℃，外墻的傳熱系數低至0.45W/m·K，外窗的傳熱系數低至2.67W/m·K，建筑保溫性能良好。