外墻保溫材料的研究與設(shè)計(jì)

李艷

摘要：目前,在建筑中常使用的外墻保溫主要有內(nèi)保溫、外保溫、內(nèi)外混合保溫等方法,然而，在不同的保溫方法施工過(guò)程中,也出現(xiàn)了各種各樣的質(zhì)量問(wèn)題,本文著重對(duì)各種絕熱材料及其性能進(jìn)行了分析；具體談了對(duì)新型墻體材料的發(fā)展前景的認(rèn)識(shí)；最后，在建筑傳熱理論和相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種建筑墻體節(jié)能新體系，修正了傳統(tǒng)意義上用保溫材料阻止固體熱傳導(dǎo)原理來(lái)構(gòu)造外墻外保溫體系。

關(guān)鍵詞：外墻保溫；節(jié)能；研究；設(shè)計(jì)

一 前言

建筑節(jié)能是建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展日益重視的問(wèn)題，具有節(jié)約資源、降低能耗、減少污染的生態(tài)建筑已經(jīng)成為建筑發(fā)展的必由之路。開(kāi)發(fā)新型建筑節(jié)能墻體材料，是當(dāng)前發(fā)展節(jié)能建筑的急需。國(guó)家建設(shè)部明確指出，當(dāng)前我國(guó)能源資源供應(yīng)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的矛盾十分突出，建筑耗能達(dá)到總能耗的30%, 我國(guó)現(xiàn)有城鄉(xiāng)住宅建設(shè)總量約330億㎡，而節(jié)能型住宅不足2%，以至于與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，能耗高出2-3倍，在某些方面，制約了整體經(jīng)濟(jì)的調(diào)整及發(fā)展。建筑節(jié)能對(duì)于促進(jìn)能源資源節(jié)約和合理利用，緩解我國(guó)能源資源供應(yīng)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的矛盾，加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，有著舉足輕重的作用，是保障國(guó)家能源安全、保護(hù)環(huán)境、提高人民生活質(zhì)量、貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的一項(xiàng)重要舉措。因此，新型建筑節(jié)能墻體材料愈來(lái)愈受到人們的高度關(guān)注?？梢哉f(shuō)，隨著我國(guó)生態(tài)建筑建設(shè)的發(fā)展，新型建筑節(jié)能墻體材料的研究與應(yīng)用將推動(dòng)我省建筑節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。選擇怎樣的建筑材料添加劑，使得我們的建筑達(dá)到節(jié)能建筑的標(biāo)準(zhǔn)已成當(dāng)務(wù)之急。

二 常用外墻保溫節(jié)能材料

節(jié)能材料屬于保溫絕熱材料。絕熱材料是指用于建筑圍護(hù)或者熱工設(shè)備、阻抗熱流傳遞的材料或者材料復(fù)合體,既包括保溫材料,也包括保冷材料。

絕熱材料必須具有大的熱阻和小的導(dǎo)熱系數(shù)。從材料的組成上看,一般有機(jī)高分子的導(dǎo)熱系數(shù)都小于無(wú)機(jī)材料;非金屬的導(dǎo)熱系數(shù)小于金屬材料;氣態(tài)物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)小于液態(tài)物質(zhì),液態(tài)物質(zhì)小于固體。所以在條件允許的情況下,應(yīng)盡量使用有機(jī)高分子材料或無(wú)定形的無(wú)機(jī)材料,這對(duì)于保溫絕熱是有利的。從材料的結(jié)構(gòu)上看,當(dāng)材料的表觀密度降低、孔隙率增大,材料內(nèi)部的孔隙為大量封閉的微小孔時(shí),材料的導(dǎo)熱系數(shù)是比較小的。對(duì)于泡沫塑料制品,要滿(mǎn)足保溫絕熱材料的要求其最佳的表觀密度為16~40Kg/m。由于孔隙的存在,材料在潮濕的環(huán)境下,不可避免地要吸水,而水的導(dǎo)熱系數(shù)(0.5815W/m?K)比靜止空氣的導(dǎo)熱系數(shù)(0.0233 W/m?K)要大很多,因此,當(dāng)環(huán)境濕度增大時(shí),材料的平衡含水率增大,材料的導(dǎo)熱系數(shù)將會(huì)降低。所以作為保溫絕熱材料,材料自身的吸濕率要盡量低,如不可避免時(shí),要對(duì)材料進(jìn)行憎水處理或用防水材料包覆。另外,保溫絕熱材料還必須能抵抗一定的沖擊荷載,具有與使用環(huán)境相一致的機(jī)械強(qiáng)度。其粘結(jié)性能要好,還得有小的收縮率及與環(huán)境相適應(yīng)的耐久性。

能滿(mǎn)足上述性能要求而用于建筑外保溫的節(jié)能材料主要有:聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS及XPS)、巖(礦)棉板、玻璃棉以及硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料等。以上各種材料所具有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是在材料內(nèi)部都有大量的封閉孔,它們的表觀密度都較小,這也是作為保溫隔熱材料所必備的。

三 新型墻體材料的發(fā)展前景

3.1 發(fā)展的方法

(1)嚴(yán)格遵循國(guó)家節(jié)能減排的政策法規(guī)，充分調(diào)動(dòng)建材、建筑界科技人員的積極性和創(chuàng)造性，對(duì)以往墻材使用情況進(jìn)行認(rèn)真調(diào)查總結(jié)，堅(jiān)持已被實(shí)踐證明正確的技術(shù)方法，淘汰一批已與現(xiàn)行建筑標(biāo)準(zhǔn)不相適應(yīng)、功能差、能耗高的材料和產(chǎn)品。

(2)借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家墻材的開(kāi)發(fā)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，大力開(kāi)展墻材的技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)化集成，著力解決原材料、生產(chǎn)工藝和裝備以及建筑應(yīng)用問(wèn)題，爭(zhēng)取在較短時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)出一批能夠適應(yīng)不同氣候區(qū)域、不同資源情況、不同結(jié)構(gòu)體系、不同指標(biāo)要求的新材料、新工藝、新技術(shù)，以切實(shí)滿(mǎn)足建筑工程的需要。

3.2 達(dá)到的目標(biāo)

滿(mǎn)足綠色建筑和建筑節(jié)能的要求； 滿(mǎn)足不同結(jié)構(gòu)體系的要求；滿(mǎn)足不同氣候區(qū)域保溫隔熱的要求；滿(mǎn)足抗震、防火、安全、耐久性能的要求；滿(mǎn)足裝飾裝修和環(huán)保的要求；滿(mǎn)足利用固體廢棄物包括建筑垃圾的要求； 滿(mǎn)足農(nóng)村建筑節(jié)能和危房改造的要求。

3.3 不同建筑結(jié)構(gòu)體系對(duì)墻體材料的要求

(1)砌體、框架結(jié)構(gòu)體系：在滿(mǎn)足承重的同時(shí)兼具一定程度的保溫、隔熱、隔聲功能。

(2)剪力墻結(jié)構(gòu)體系：由于剪力墻主要為鋼筋混凝土構(gòu)造，保溫隔熱性能極差，必須附加外墻保溫隔熱構(gòu)造措施，方能滿(mǎn)足建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4 綠色建筑和建筑節(jié)能對(duì)墻體材料要求

要求節(jié)能、節(jié)地、節(jié)材、節(jié)水、環(huán)保、輕質(zhì)、高強(qiáng)、適當(dāng)大規(guī)格；熱漲冷縮率小、保溫隔熱性能好；防火、防水、安全、耐久性能好；通過(guò)自身熱工性能或經(jīng)簡(jiǎn)單組合后可以滿(mǎn)足所在氣候區(qū)域的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求；利廢、綠色，可循環(huán)使用。

四 一種新型墻體保溫材料的設(shè)計(jì)

4.1基材板的選擇

基材板是該體系中的關(guān)鍵部件?；氖菢?gòu)成空腔并供反射材料附著還要承受墻面風(fēng)力荷載作用的重要部分。一般要求基材板應(yīng)有足夠的耐久性、水密性和氣密性。板與板之間縫隙采用聚氨酷泡沫密封劑密封;要求基材板表面強(qiáng)度高,和一定的美觀效果,造價(jià)盡可能低廉,經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與其技術(shù)性能比較合理,板型能夠標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠流水線生產(chǎn),施工現(xiàn)場(chǎng)干作業(yè)安裝,服役期對(duì)環(huán)境不造成污染,退役后可重復(fù)利用或方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)害化處理。板材本身在風(fēng)正、負(fù)壓力作用下不破裂、不脫落、不產(chǎn)生風(fēng)振噪音。

目前實(shí)際工程中適用于做反射絕熱板基材板的材料選材范圍非常廣泛。不同材料具有各自獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),應(yīng)結(jié)合具體使用要求選用。玻璃鋼是一種優(yōu)良的基材板材料。玻璃鋼的主要特點(diǎn)是輕質(zhì)、高強(qiáng)、防腐、保溫、絕緣、隔音、壽命長(zhǎng)等。它的密度為1.5～2.0 ,是鋼質(zhì)量的1/3～1/4,強(qiáng)度卻比鋼高1.7倍。因此,機(jī)械性能和物理性能好,可以替代鋼、木和水泥等材料。玻璃鋼板材(FRP板材)是由熱固性塑料和強(qiáng)化玻璃纖維復(fù)合而成。它的強(qiáng)度是普通塑料板材的幾倍,是一種重要的工程墻面材料。

4.2反射輻射熱材料的選擇

反射輻射熱材料是反射絕熱板上對(duì)保溫隔熱效果影響最大的部分,至關(guān)重要。鋁箔和真空鍍鋁聚酯薄膜是最典型的反射材料,鋁箔有良好的遮光性、阻氣性、阻濕性,有良好的導(dǎo)熱性、電磁屏蔽性。其中最為突出的是鋁箔的阻隔性能,在鋁箔厚度足夠的前提下,可以完全阻隔氣體和水分。大多數(shù)情況下,鋁箔用膠粘貼在基層上。

真空鍍鋁聚酯薄膜是以聚酯薄膜為原料,經(jīng)真空鍍鋁精制而成。所謂真空鍍鋁是指在高真空度下,鋁一旦液化立即汽化,然后將其冷卻堆積在塑料薄膜表面,形成一層具有良好金屬光澤厚度約為300～600埃米的鍍鋁層。鍍鋁層的厚度還使用透光量、光密度等方式來(lái)表示。真空鍍鋁膜一般是耐溫及機(jī)械加工性能較好的BOPP、BOPET、BOPA、CPP等材料。通過(guò)這樣的一種方式,使得真空鍍鋁膜既具有與基材相似的機(jī)械物理性能,同時(shí)又擁有與鋁箔相似的阻隔性能。真空鍍鋁薄膜采用聚氨醋膠粘劑粘貼。

4.3蓄熱墻體

蓄熱墻體是建筑原設(shè)計(jì)中必然已存在的承重結(jié)構(gòu)(如磚墻、鋼筋混凝土剪力墻等)或圍護(hù)結(jié)構(gòu)(如框架結(jié)構(gòu)的加氣混凝土圍護(hù)外墻)。蓄熱墻不屬于采用該保溫材料時(shí)增設(shè)內(nèi)容,但由于在該保溫材料工作中,蓄熱墻體性能與室內(nèi)熱穩(wěn)定性密切相關(guān)。采用該墻體保溫材料時(shí),不宜選用輕質(zhì)材料的外圍護(hù)墻體、宜采用蓄熱能力高的剪力墻外墻,不僅固定干掛連接件牢固可靠,同時(shí)在與體系協(xié)同滿(mǎn)足熱工穩(wěn)定性上起著不可替代的作用。

4.4與墻體連接構(gòu)造

保溫材料與墻體連接選用干掛法連接,在保溫材料與墻體之間留有一定的供空氣流通的空腔,冬季,墻體保溫材料的任務(wù)為阻絕室內(nèi)熱量的散失。由可調(diào)控的空腔空氣配合封閉空氣層形成兩重保溫,由反射層進(jìn)一步阻止輻射熱損失,三重?zé)衢l,協(xié)同工作。夏季,墻體保溫材料的主要是阻絕室外熱量的侵入。傳熱過(guò)程包括室外向室內(nèi)的傳熱也包括室內(nèi)向室外的散熱,反射層反射輻射熱并由可調(diào)控空氣間層的空氣對(duì)流過(guò)程帶走熱量;由反射絕熱板中的封閉空氣層阻止熱傳導(dǎo);由蓄熱墻體使熱流波峰延時(shí)。

五 結(jié)語(yǔ)

目前我國(guó)外墻保溫技術(shù)發(fā)展很快，是節(jié)能工作的重點(diǎn)。外墻保溫技術(shù)的發(fā)展與節(jié)能材料的革新是密不可分的，建筑節(jié)能必須以發(fā)展新型節(jié)能材料為前提，必須有足夠的保溫絕熱材料做基礎(chǔ)。節(jié)能材料的發(fā)展又必須與外墻保溫技術(shù)相結(jié)合，才能真正發(fā)揮其作用。正是由于節(jié)能材料的不斷革新，外墻保溫技術(shù)的優(yōu)越性才日益受到人們重視。所以在大力推廣外墻保溫技術(shù)的同時(shí)，要加強(qiáng)新型節(jié)能材料的開(kāi)發(fā)和利用，從而真正地實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。

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