寒冷地區(qū)既有建筑外墻節(jié)能改造分析

邸芃　王亮

摘 要：既有建筑節(jié)能改造是降低建筑能耗的一個重要途徑。文章主要研究寒冷地區(qū)既有公共建筑外墻節(jié)能改造，其中外墻節(jié)能改造的技術(shù)主要從外墻外保溫技術(shù)方面入手。通過對比常見既有建筑外墻傳熱系數(shù)和公共建筑傳熱系數(shù)限值，分析后提出提高既有建筑外墻熱工性能的措施。對外墻內(nèi)保溫和外保溫的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對比分析，得出適合既有公共建筑外墻的保溫方式是外墻外保溫系統(tǒng)。文章最后對既有公共外墻進(jìn)行外保溫節(jié)能改造技術(shù)進(jìn)行分析，提出適宜其節(jié)能改造的外墻外保溫系統(tǒng)分別是硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料、EPS、XPS板系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：既有建筑；外墻；外保溫；節(jié)能改造

在我國建筑中，公共建筑總面積約占居住建筑總面積的1/4，單位建筑面積能耗卻是居住建筑的10倍左右，占總建筑耗能的比例高。建筑節(jié)能尤其是大型公共建筑的節(jié)能已成為當(dāng)前節(jié)能工作中最重要內(nèi)容之一。其中，寒冷地區(qū)既有公共建筑的能耗在我國建筑總能耗中占有重要地位。近年，寒冷地區(qū)既有公共建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)特別是外墻節(jié)能改造技術(shù)已成為一項(xiàng)重要的研究課題。隨著公共建筑的面積不斷擴(kuò)大，大部分既有公共建筑由于外墻的保溫性能差，使得公共建筑每年的能源消耗量不斷上漲，浪費(fèi)了大量資源，不符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。因此，對寒冷地區(qū)既有公共建筑外墻的節(jié)能改造技術(shù)分析具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

1 既有建筑外墻分析

1.1 既有公共建筑外墻特點(diǎn)

1.1.1 墻體構(gòu)造多樣化

墻體為混凝土剪力墻；框架填充砌筑黏土磚或各種砌塊；黏土磚砌筑。

1.1.2 外墻保溫隔熱效果差

外墻厚度和材質(zhì)決定這些建筑物外墻傳熱系數(shù)不符合國家節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 外墻熱工性能分析

針對我國寒冷地區(qū)，在已建成的大量既有公共建筑中有一部分建筑能耗不滿足現(xiàn)行節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。而寒冷地區(qū)既有公共建筑中常用的墻體熱工性能如下表：

通過對比分析以上數(shù)據(jù)得出寒冷地區(qū)既有公共建筑的外墻熱工性能并不滿足現(xiàn)有的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。對于寒冷地區(qū)而言，最重要的是外墻保溫的改造。因此，做好對外墻的節(jié)能改造，對降低建筑物的能耗能起到非常重要的作用。在墻體保溫的研究中，我國的外墻外保溫技術(shù)不斷得到應(yīng)用，且很多研究機(jī)構(gòu)都進(jìn)行了外保溫實(shí)驗(yàn)室及其技術(shù)試驗(yàn)工程的建立，能夠進(jìn)行外墻外保溫技術(shù)的深入研究。

2 提高外墻保溫性能的措施

在寒冷地區(qū)，由于冬季室內(nèi)外溫差大，進(jìn)行既有建筑外墻節(jié)能改造時，主要以增強(qiáng)外墻的保溫性能為主。

在節(jié)能改造過程中提高外墻保溫性能的措施主要有兩種做法：

（1）防止外墻中出現(xiàn)凝結(jié)水，宜在外墻靠室內(nèi)一側(cè)設(shè)置隔蒸汽層，阻止室內(nèi)水蒸氣進(jìn)入墻體。

（2）防止外墻出現(xiàn)空氣滲透，墻體材料一般都不密實(shí)，有許多微小的孔洞。墻體上設(shè)置的門窗等構(gòu)件，因安裝不嚴(yán)實(shí)或材料收縮等，產(chǎn)生一些貫通性微縫。冬季由于熱壓和風(fēng)壓使外墻出現(xiàn)了空氣滲透。一般采取選擇密實(shí)度高的墻體材料，墻體內(nèi)外加抹灰層，加強(qiáng)構(gòu)件間的縫隙處理等措施。

3 解決節(jié)能改造中熱橋問題的措施

在寒冷地區(qū)的建筑中，由于建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)了許多熱橋，如外墻上的鋼筋混凝土梁、柱、板的連接處；外墻與鋼筋混凝土的梁、柱、板的連接處；外墻與內(nèi)墻的連接處；外墻與外門窗的連接處；外墻上砌出凹凸的裝飾造型等。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，建筑物沿外墻“熱橋”增加熱損約占25%，可見“熱橋”所增加的熱負(fù)荷是相當(dāng)大的。

在節(jié)能改造中，解決熱橋問題主要有以下幾種措施：

（1）采用高效保溫的涂抹型的保溫材料，將外露于室外的鋼筋混凝土構(gòu)件，在距外墻表面或屋頂?shù)囊欢ň嚯x內(nèi)，在其表面上涂抹一層適當(dāng)厚度的保溫涂料，以降低熱橋本身與室外冷空氣或室內(nèi)熱空氣的直接熱交換，從而提高了熱橋的熱阻性。

（2）在外墻上的熱橋及其周圍，包括內(nèi)、外墻角和外門窗的熱橋影響區(qū)表面上，采用涂抹型高效保溫涂料代替普通水泥砂漿，提高熱橋影響區(qū)的熱阻。

（3）在外墻上的熱橋周圍，采用合理的外保溫技術(shù)，可以減少熱橋的產(chǎn)生。

（4）當(dāng)樓板、屋面板或梁采用混凝土預(yù)制構(gòu)件時，可以在混凝土構(gòu)件的外邊緣填塞保溫板，以加強(qiáng)熱橋部位的保溫。

（5）在熱橋影響區(qū)的內(nèi)表面粘貼或涂抹的保溫材料，宜采用憎水性的保溫材料。

4 外墻保溫方式的選擇

外墻保溫方式主要分為內(nèi)保溫和外保溫，外墻內(nèi)保溫是將保溫材料復(fù)合在承重墻內(nèi)側(cè)；外墻外保溫是在主體墻結(jié)構(gòu)外側(cè)粘貼固定保溫材料，并在保溫材料的外側(cè)抹砂漿或其他保護(hù)裝飾。

采用內(nèi)保溫用于既有建筑外墻節(jié)能改造，在施工時會影響室內(nèi)住戶的正常生活，這種技術(shù)易產(chǎn)生熱橋、結(jié)露等問題，所以它不適用于寒冷地區(qū)。

與內(nèi)保溫相比，外保溫技術(shù)是將保溫隔熱體系置于外墻外側(cè)，該項(xiàng)技術(shù)與內(nèi)保溫技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)越性，使用同樣規(guī)格、同樣尺寸和性能的保溫材料，外保溫比內(nèi)保溫的效果好。外保溫的優(yōu)勢體現(xiàn)于以下幾點(diǎn)：

（1）外墻外保溫改造可以避免產(chǎn)生熱橋。在寒冷地區(qū)，熱橋不僅會造成額外的熱損失，還可能使外墻內(nèi)表面潮濕、結(jié)露，甚至發(fā)霉或淌水。因此，在采用同樣厚度的保溫材料的條件下，外保溫要比內(nèi)保溫的熱損失減少約1/5，從而降低了建筑能耗。

（2）進(jìn)行外保溫改造后，由于內(nèi)部的實(shí)體墻熱容量大，室內(nèi)能蓄存更多的熱量，使得太陽輻射或間歇采暖造成的室內(nèi)溫度變化減緩，室溫較為穩(wěn)定，有利于節(jié)能。

（3）采用外保溫方式，可以保護(hù)內(nèi)部墻的主體結(jié)構(gòu)。室外不斷變化的氣候只會作用于外保溫層，不會引起墻體內(nèi)部較大的溫度變化，從而使內(nèi)部的主體墻冬季溫度提高，濕度降低，溫度變化較為平緩，熱應(yīng)力減少，可以減少外墻產(chǎn)生裂縫、變形、破損的幾率，延長建筑壽命。

（4）既有建筑外墻外保溫改造可以使建筑更為美觀，使既有建筑面貌為改觀。在同等材料條件下，外保溫比內(nèi)保溫的熱損至少減少20%，從而達(dá)到節(jié)約能耗的效果。

綜上所述，既有建筑外墻改造多選用外保溫方式。在改善外墻熱工性能的同時，能夠提高節(jié)能效果，還可以結(jié)合既有建筑的自身特點(diǎn)，考慮美化建筑立面效果，做到節(jié)能立面改造一步到位，從而有效避免既有建筑節(jié)能改造完成后從新進(jìn)行改造。

5 工程實(shí)踐中外墻外保溫系統(tǒng)分析

外墻是外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中能耗較大的構(gòu)件，對寒冷地區(qū)既有建筑外墻實(shí)施節(jié)能改造，重點(diǎn)是應(yīng)該做好保溫問題。 如果保溫材料的選擇較為恰當(dāng)，則可以大大地提高墻面的壽命，減少墻面開裂的情況，提高整個墻體的性能。另外將新型材料應(yīng)用在墻體的外保溫技術(shù)中，選擇的材料應(yīng)用模式為緊貼墻體。該保溫和隔熱效果十分明顯，并且因?yàn)榫邆涞慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以在一定程度上降低柱結(jié)構(gòu)的墻體應(yīng)用，對此能夠擴(kuò)大建筑的應(yīng)用面積。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、玻璃棉氈以及超輕的聚苯顆粒保溫料漿等。

合理選擇既有建筑的外墻保溫系統(tǒng)及技術(shù)措施，可以有效地降低因墻體導(dǎo)熱和熱橋現(xiàn)象造成的熱損失，從而提高外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能，有效節(jié)約能源。同時還可避免因溫度應(yīng)力造成的墻面開裂，防止墻面產(chǎn)生結(jié)露、霉變現(xiàn)象，大大改善既有建筑的舒適度，延長其使用壽命。適宜于外墻節(jié)能改造的外保溫系統(tǒng)主要有：EPS板薄抹面外墻外保溫系統(tǒng)、XPS聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)、膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)、膠粉聚苯顆粒夾芯聚苯板（三明治）系統(tǒng)、噴涂硬泡聚氨酯外墻外保溫系統(tǒng)和巖棉、玻璃絲棉裝配式骨架外保溫系統(tǒng)等。中德合作進(jìn)行的北京市惠新西街12號樓外墻外保溫節(jié)能改造，該工程采用了德國MAXIT公司的外保溫技術(shù)，保溫材料為100mm厚EPS板，計(jì)算傳熱系數(shù)為0.40W/（m2·K），具有較好的保溫節(jié)能效果。濰坊某建筑工程總建筑面積16萬余平方米，保溫系統(tǒng)最終確定采用單組份水泥聚合物干混砂漿、聚苯板玻纖網(wǎng)增強(qiáng)外墻保溫施工體系（TDL系統(tǒng)）。該系統(tǒng)由EPS板、TDL-013聚合物砂漿和耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布組成。改造后經(jīng)檢測，節(jié)能性能符合現(xiàn)行節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，具有較好的節(jié)能性能。XPS板與EPS板相比具有較高的壓縮強(qiáng)度，較低的吸水率，較低的水蒸氣透過系數(shù)。北京某郊區(qū)縣的一臨街建筑，對外墻面層已大片脫落的辦公樓進(jìn)行墻體改造，經(jīng)過綜合比較分析，最終決定采用單面掛網(wǎng)復(fù)合聚苯板外墻外保溫技術(shù)。可見在公共建筑的外墻保溫改造中常采用聚苯板材料。

從保溫系統(tǒng)材料性能來看，硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料、EPS、XPS板的導(dǎo)熱系數(shù)較小，表觀密度較小，垂直于板面方向的抗拉強(qiáng)度較大，因此適合用于寒冷地區(qū)的建筑外墻節(jié)能改造。在實(shí)際應(yīng)用中，臨沂市桃源大廈采用了膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)，該保溫系統(tǒng)可以充分利用廢舊泡沫聚苯板、粉煤灰等廢料，可以減少污染，有利于保護(hù)環(huán)境。但是膠粉聚苯顆粒的導(dǎo)熱系數(shù)略大，綜合以上優(yōu)缺點(diǎn)得出膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)不適宜大面積應(yīng)用于寒冷地區(qū)。

6 結(jié)語

針對寒冷地區(qū)既有建筑外墻節(jié)能改造，最重要的是外墻保溫改造。其中應(yīng)用最廣泛的是外墻外保溫技術(shù)。提高外墻保溫性能的措施主要是增加外墻厚度，使用孔隙率高、密度小的材料改造。其中通過在外保溫系統(tǒng)中運(yùn)用新型材料能夠起到更好的保溫性能和節(jié)能性能。對于既有建筑特別是公共建筑外保溫改造，并非任何一種外保溫技術(shù)都適用。一要注意所選擇外保溫技術(shù)對建筑物所在氣候區(qū)域氣候特點(diǎn)的對應(yīng)性，對外保溫技術(shù)各有不同的特點(diǎn)要求。二要注意外保溫技術(shù)是否能滿足本建筑物的基本使用要求。另外，墻體中存在一些傳熱異常部位，這些部位的節(jié)能改造方案設(shè)計(jì)合理與否，直接影響建筑節(jié)能改造的效果，應(yīng)給予足夠的重視。適合寒冷地區(qū)既有公共建筑外墻保溫改造的系統(tǒng)主要是硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料、EPS、XPS板系統(tǒng)，這三種外保溫系統(tǒng)能起到更好的保溫性能，具有很好的節(jié)能性能，有廣闊的應(yīng)用前景。

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