生態(tài)型保溫節(jié)能墻體的研究

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     摘要：分析我國目前墻體保溫材料的發(fā)展現狀，分析對墻體不同的保溫處理，得到不同的節(jié)能效果，從建筑節(jié)能的角度提出了發(fā)展節(jié)能型墻體的必要性，同時參照國內外的成熟經驗，分析墻體保溫墻體形式。
     1 引言
     建筑節(jié)能是建筑技術發(fā)展的一個方向，我國建筑能耗約占全國總能耗的25％，且由于近年來住宅建筑迅速增多，年增長率高達15％。隨著生活水平的提高，建筑能耗，特別是采暖空調能耗，呈增長趨勢。我國建筑單位面積能耗仍是氣候相近的發(fā)達國家的3倍5倍。北方寒冷地區(qū)的建筑采暖能耗已占當地壘社會能耗的20％以上，且絕大部分都是采用火力發(fā)電和燃煤鍋爐，同時給環(huán)境帶來嚴重的污染，所以建筑節(jié)能是我國建筑業(yè)的一個重要的課題。因此，在世界范圍內能源問題日益迫切、建筑能耗不斷增長的今天，討論建筑節(jié)能問題意義十分重大。從建筑現場施工的角度看，影響較為明顯的是墻體、屋面隔熱保溫技術及產品。經過提高建筑圍護結構的熱工性能，研究真正適合本地區(qū)的墻體保溫系統，從而做到建筑節(jié)能與建筑安壘的和諧統一。
     2 墻體保溫的常用技術
     建筑物的保溫節(jié)能分為圍護結構的節(jié)能（外墻、外窗、屋頂、戶門等建材的節(jié)能）和用能設施的節(jié)能（空調、通風等設備的節(jié)能）兩大類。對于這些用能設備，一般在購買時，人們會考慮它們的能耗量，而圍護結構卻往往很少會去關注，在圍護結構的節(jié)能中，外墻體的保溫節(jié)能是建筑節(jié)能的重點建筑物的外墻保溫就像建筑物的外衣，既要能防止外部陽光的輻射、冷空氣的入侵，又要能保持室內熱能的散發(fā)，墻體保溫技術重點是外墻保溫。外墻保溫可分為外墻內保溫、外墻自保溫、外墻外保溫和外墻夾心保溫。
     2.1　外墻內保溫
     外墻內保溫系統即保溫材料置于外墻內側，一般采用聚合物保溫砂漿、石膏保溫砂漿等，這個技術相對比較成熟。外墻內保溫是在外墻內表面進行保溫隔熱施工，最初的保溫隔熱施工大部分都是內保溫施工。由于它具有施工簡便，易于操作，受氣候影響小，尤其是外墻面的自由度大，因此受到業(yè)主的歡迎，到目前為止較為常用。外墻內保溫的保溫層構造位置使得建筑物外墻與內墻分別處于兩個不同的溫度環(huán)境。
一般來說，環(huán)境溫度每變化10℃會引起墻體萬分之一的混凝土材料漲縮，加之內保溫層厚較大，這樣使得這類建筑容易產生飾面層裂縫、占用室內的使用空間、墻體冷熱橋的問題不易解決等問題出現。因此單純的外墻內保溫對建筑物本身的使用壽命并不利，但對外墻飾面自由選擇較為有利，能滿足一般性的建筑節(jié)能要求。
     該種施工方法的優(yōu)點在于：①對面層無耐候要求。由于在室內施工，不考慮大氣和雨水的侵蝕；②施工便利。施工不受氣候的影響，也不需要做防護措施；③造價較低：充分利用工業(yè)廢物，不需要很多工具。
     雖然外墻內保溫技術運用廣泛也較成熟，但外墻內保溫的保溫層構造位置使得建筑物外墻與內墻分別處于兩個不同的溫度環(huán)境。內墻及樓板處于室內的溫度環(huán)境，如長年使住宅溫度夏季控制26～28℃。冬季控制8～16℃，則其年溫差的變化在10℃左右，而圍護外墻處于室外的溫度環(huán)境，其年溫差的變化在50℃左右。一般來說，環(huán)境溫度每變化10℃會引起墻體萬分之一的混凝土材料漲縮，加之內保溫層厚較大，這樣使得這類建筑容易產生飾面層裂縫且占用室內的使用空間，墻體冷熱橋的問題不易解決。因此單純的外墻內保溫對建筑物本身的使用壽命并不利，但對外墻飾面自由選擇較為有利，能滿足一般性的建筑節(jié)能要求。
     該種施工方法的缺點為：①不能徹底消除熱橋，從而削弱了墻體絕熱性，使得絕熱效率僅為30％-40％；另外，由于熱橋的影響，在內表面易產生結露。②若面層接縫不嚴而空氣滲漏，易在絕熱層上結露。③減少有效使用面積。④室溫波動較大，對墻體結構產生破壞作用。由于“內保溫技術綜合征”的影響，內保溫做法將會縮短建筑壽命。
     2.2　外墻外保溫
     外墻外保溫系統即保溫材料處于外墻的外側，由于其具有優(yōu)良的保溫節(jié)能效果，并可以消除結構性冷熱橋，保護了主體結構，且不占室內使用空間，因而具備了綜合經濟效益高等優(yōu)點并被建設部廣泛推廣。從理論上分析外墻外保溫非常合理，但在施工的可操作性及產品的耐候性和安全性等方面尚存在一些問題，有待于進一步完善解決。
外墻外保溫相對于內保溫而言，技術工藝要求較高，成本也較高，但其保溫效果及室內空間處理較內保溫好，故其應用也較為普通。
外保溫技術的主要優(yōu)點：①提高外墻總體的保溫性能，從而減少熱損失；②在達到相同保溫效果的條件下，可以減少保溫層厚度，例如，經過測試用聚苯板外保溫，保溫層60mm厚，而內保溫層卻要120mm厚；③可以節(jié)省使用面積；④室內熱舒適度較好，不會對墻體承重結構造成危害，對主體結構具有良好的保護作用；⑤既適用于新建房屋，也適用于舊房改造，施工中不影響正常使用，用于舊房改造時，對住戶干擾少；⑥現場均采用預拌砂漿，施工按比例混合加水即可，解決了傳統砂漿現場稱量、拌制所產生的配料不準確的問題。
墻體結構的保溫效果，一是看保溫材料本身的性能，二是看它和其它材料組合在一起，總體性能如何。巖棉、礦棉、玻璃棉、阻燃型發(fā)泡聚苯乙烯和聚氨酯等應用較多，并在組成各種復合墻體時，可根據不同的要求加以選擇和搭配。
外墻外保溫的缺點：①冬季、雨季施工受到一定限制；⑦施工要求較高?？沽褜邮┕r，對耐堿網格布的搭接處理要嚴格，不然易發(fā)生開裂。
對EPS板或XPS板施工時，要注意板縫的處理，不然易導致整個墻體的開裂；施工需要一定的安全措施。
外墻外保溫比較來說的保溫性能、抗裂性能等均比外墻內保溫要好，但是，外保溫材料用于外墻外側，直接承受來自自然界的各種因素的影響。保溫層里的主體結構冬季溫度提高，濕度降低，夏季溫度穩(wěn)定，有效的阻斷冷（熱）橋，墻體熱應力減少，主體墻產生裂縫、變形、破損的危險大大減少，建筑壽命得以延長。但保溫材料一旦開裂，非但起不到保溫作用，還會對墻體起到破壞作用。因為一旦雨水或水蒸氣進入已開裂的保溫層內。不會很快的蒸發(fā)掉，墻體長期在水中，加速了墻體的老化。水分的作用還會引起內墻體發(fā)霉、長毛等現象。
     2.3　外墻自保溫
     外墻自保溫系統是墻體自身的材料具有節(jié)能阻熱的功能，當前使用較多的加氣混凝土砌塊，尤其是砂加氣混凝土砌塊，這些砌塊里面有許多封閉小孔，保溫性能良好，其中較為典型的是伊通自保溫系統。它利用伊通塊或伊通板直接作為建筑物的外墻、內墻、屋面，從而達到保溫節(jié)能效果。其優(yōu)點是將圍護和保溫合二為一，無需另外附加保溫隔熱材料，在滿足建筑要求的同時又滿足保溫節(jié)能要求。
盡管外墻自保溫優(yōu)勢明顯，但推廣難度仍然不少。首先是由于自保溫材料強度比較低，抗裂性不很理想，時間長容易產生墻體開裂現象。即使用在一般框架結構的建筑上，由于框架的變形性能大，而填充墻變形性能差，兩者的控制變形難以取得一致，若增設過多的構造柱和水平抗裂帶會增加冷熱橋處理的難度。而且，對于大量高層建筑隨著短肢剪力墻的大量使用，填充墻所占比例不高，使得外墻自保溫系統受到限制。
外墻自保溫主要依靠具有隔熱保溫性能的墻體材料，利用這些材料自身的性能，主要有加氣混凝土砌塊等。這些材料有一定的保溫性能，但相比保溫砂漿、聚苯板等材料來說還相差較大。例如同樣為加氣混凝土砌塊外墻，要達到外墻傳熱系數0.6，如果采用聚苯板外墻外保溫，外墻總厚度為270mm（外墻內抹灰20mm，加氣混凝土砌塊200ram，空氣層10mm，聚苯板30mm，外墻飾面1 0mm）；如果采用加氣混凝土砌塊自保溫則需要440ram.通過對比可看出外墻自保溫加大了外墻厚度，使用面積減小，因此，在實際工程中外墻自保溫采用較少。
     2.4　外墻夾芯保溫
     該技術是在混凝土框剪體系中將聚苯板內置于建筑模板，即在將澆注的墻體外側，然后澆注混凝土，混凝土與聚苯板一次澆注成型為復合墻體。該技術的優(yōu)勢是很明顯的。由于外墻主體與保溫層一次成活，工效提高、工期大大縮短，且施工人員的安壘性得到了保證。而且在冬季施工時，聚苯板起保溫的作用，可減少外圍圍護保溫措施。但在澆注混凝土時要注意均勻，連續(xù)澆注，否則由于混凝土側壓力的影響會造成聚苯板在拆模后出現變形或錯茬，影響后序施工。
     其中內置的聚苯板可以是雙面鋼絲網的，也可以是單面鋼絲網的。雙面鋼絲網聚苯板與混凝土的連接，主要是依靠內側鋼絲網架與墻體外側配筋相綁扎及混凝土與聚苯板的粘接力，其結合性能良好，具有較高的安全度；單面鋼絲網聚苯板與混凝土的連接，主要依靠混凝土與聚苯板的粘接力以及斜插鋼筋、型鋼等與混凝土墻-體的錨固力，結合性能也較好。與雙鋼絲網相比較，單面鋼絲網技術因取消了內側鋼絲網和安裝保溫板前的板外側抹灰，節(jié)省了工時和材料，其造價可降低10％左右。但這兩種做法都采用了鋼絲網架，造價較高，且鋼材是熱的良導體，直接傳熱，會降低墻體的保溫效果。
    外墻夾芯保溫的優(yōu)點：①可代替加氣混凝土砌塊作為填充結構，解決加氣混凝土砌塊在施工中存在著抹灰易空鼓、起殼和裂縫等質量問題；②絕熱性能優(yōu)于內保溫技術，其絕熱效率能達到50％～75％；③現場施工或預制，夾芯部分厚度可調，施工便利；④造價較低。
外墻夾芯保溫缺點：①由于熱橋的影響，削弱墻體絕熱性能，聯合鋼筋和墻體的梁柱仍是熱橋，⑦墻體較厚，減少有效使用面積；③由于結構兩端的溫度波動較大，易對墻體結構造成破壞。
    3 外墻保溫材料行業(yè)發(fā)展前景
    建設部早在2005年就提出：到2010年，全國城鎮(zhèn)建筑總能耗實現建筑節(jié)能50％；既有建筑節(jié)能改造逐步開展，大城市完成改造面積25％，中等城市達到15％，小城市達到10％；到2020年，北方和沿海經濟發(fā)達地區(qū)和特大城市實現建筑節(jié)能65％的目標，絕大部分既有建筑完成節(jié)能改造。這就是說今后國內建筑中，外墻保溫材料的市場前景十分看好。
     應以市場需求為導向，不斷提高外墻保溫技術的設計和科研能力。可以預見的是，在采取行政和技術立法的方式不斷推進中國的建筑節(jié)能進程之時，對建筑節(jié)能的技術、產品的需求將會急劇增長。但目前的技術儲備卻完全不能適應這種形勢，這種情況可視作是一種挑戰(zhàn)，更可視為一種難得的機遇。為此，應以市場需求為導向，建立以企業(yè)為主體的創(chuàng)新體系，提高外墻外保溫技術的設計和科研能力，促進外墻外保溫產業(yè)結構調整和企業(yè)技術升級。
    墻體節(jié)能保溫技術的發(fā)展對建筑技能至關重要，其核心問題往往是保溫材料的選用和保溫體系的開發(fā)。由于我國建筑節(jié)能尚處于起步階段，外墻外保溫技術與產品方面，亟待進一步加強研究，開發(fā)符合國內建筑結構特點、符合中國國情的外墻外保溫成套技術，實現外墻外保溫技術的高性能化及產業(yè)的規(guī)?；?。既要在建筑節(jié)能水平上趕超世界先進國家，又要適應中國特色的建筑市場，這就要求一大批設計、生產、施工單位專心進行產品研發(fā)與應用，做到政府搭臺，企業(yè)唱戲。
   保溫節(jié)能建材的運用從表面上看，要比普通建材貴一些，但從長遠來看它是非常經濟合算的，按現有的節(jié)能標準，建筑物的圍護結構（包括墻體、地面，屋面、外窗等）采取節(jié)能措施后可節(jié)能2.5％，其成本只是每平方米增加100～150元，節(jié)能效益在5～8年左右可收回。從目前市場運行來看，為迎合市場需求，一些不成熟的建筑節(jié)能技術匆忙上市，一些開發(fā)商為片面追求眼前利益，使用不成熟建筑節(jié)能材料，造成了大量的建筑垃圾或垃圾建筑。
   建筑形式是外在美的體現，建筑是否節(jié)能、環(huán)保，則是建筑內在美的體現。只有做到了內在美與外在美、形式美與內容美的統一，才是一個符合科學發(fā)展觀要求、反映人類文明進步水平的優(yōu)秀建筑作品，這也是當代建筑師應當追求的目標。