嚴(yán)寒地區(qū)被動(dòng)式低能耗建筑外墻構(gòu)造優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

王麗穎，謝美君

WANG Li-ying, XIE Mei-jun

（長(zhǎng)春工程學(xué)院）

(Changchun Institute of Engineering)

在采暖建筑的總耗熱量中的大部分熱量是由外墻所傳遞出去的。所以在我國嚴(yán)寒地區(qū)實(shí)施被動(dòng)式低能耗建筑最大的難點(diǎn)就是提高外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外墻保溫性能。

1　國內(nèi)外墻體外保溫的發(fā)展概述

外保溫體系的發(fā)展歷程是在近二十多年來的學(xué)習(xí)以及引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，并且結(jié)合大量的科研、開發(fā)、試點(diǎn)，從膨脹聚苯板薄抹灰到現(xiàn)在采用不同材料、不同做法的體系。相關(guān)應(yīng)用體系的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、構(gòu)造圖集以及施工規(guī)程相繼配套。在中國建筑市場(chǎng)中，國外先進(jìn)的應(yīng)用體系也越來越多。我國主導(dǎo)性的節(jié)能措施也逐漸成為外墻外保溫并應(yīng)用于各項(xiàng)建筑工程中。

2　國內(nèi)建筑墻體的保溫材料的比較

2.1　無機(jī)保溫材料

無機(jī)保溫材料主要有巖棉、膨脹礦渣、泡沫混凝土、加氣混凝土、膨脹珍珠巖、泡沫玻璃、真空絕熱板、玻璃棉等。無機(jī)保溫材料在建筑工程中應(yīng)用廣泛，其特點(diǎn)有防火阻燃，較小的變形系數(shù)，其能與墻基層和抹面層緊密結(jié)合,以及安全穩(wěn)固性好等。并且與有機(jī)保溫材料相比，施工難度減小，其保溫層強(qiáng)度及耐久性更好，更環(huán)保，使用年限久，工程成本較少，能夠循環(huán)利用。缺點(diǎn)是容重比有機(jī)保溫材料大，保溫?zé)嵝瘦^差。

2.2　有機(jī)保溫材料

有機(jī)類保溫材料主要有EPS聚苯乙烯泡沫板、XPS擠塑聚苯乙烯泡沫板、PU硬質(zhì)聚氨酯泡沫、PF酚醛樹脂泡沫等。有機(jī)保溫材料的優(yōu)點(diǎn)有自量輕、較好的致密性和可加工性、保溫隔熱等，但是相比無機(jī)保溫材料，其抗老化差、穩(wěn)定性和安全性較差、變形系數(shù)較大、不防火、生態(tài)環(huán)保性差、施工難度更大、造價(jià)高，其資源有限，且難以循環(huán)再利用。

2.3　復(fù)合保溫材料

復(fù)合保溫材料主要有STP真空絕熱保溫材料、石墨烯EPS保溫模塊、硅質(zhì)改性聚苯板材料，解決無機(jī)保溫材料與有機(jī)材料的缺陷，使材料的各種性能得到最優(yōu)化最合理的利用，并且有效提高保溫效果。

3　外墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1　STP真空絕熱保溫板構(gòu)造墻體

STP真空絕熱保溫板是一種新型外墻保溫板，STP真空隔熱保溫板的傳熱系數(shù)極低，傳熱系數(shù)只有0.008W/（m2·K），通過計(jì)算STP板的厚度為50mm時(shí)，其構(gòu)造墻體的綜合傳熱系數(shù)為0.142W/（㎡·K），在STP板的外層再設(shè)置一道20mm厚的無機(jī)保溫砂漿，可以明顯降低墻體的傳熱系數(shù)，為了保護(hù)保溫板，在其最外層設(shè)置抗裂纖維網(wǎng)格外涂15mm厚的高強(qiáng)防水砂漿。由于STP板的真空包裝，不能現(xiàn)場(chǎng)切割，需要用到的STP板必須在出廠前就根據(jù)建筑尺寸定制好，不允許出現(xiàn)偏差，不似普通保溫板能夠現(xiàn)場(chǎng)切割，補(bǔ)充邊角，給施工帶來一定的困難。此外50mm厚的STP板雖然不厚，但是其密度較高，為450kg/m3，因此其自重較大。STP板的特性是表面非常光滑，與墻體粘結(jié)不容易，其與墻主體的連接處直接接觸的是鋁箔玻璃纖維布，因此需要用螺栓固定來提高安全性。在STP板上預(yù)留螺栓孔，錨固時(shí)使用帶圓環(huán)的專用保溫脹栓即可。

表1　建筑外墻保溫材料物理指標(biāo)對(duì)比

3.2　石墨烯保溫模塊構(gòu)造墻體

改性石墨烯保溫模塊是在傳統(tǒng)EPS模塊中填充少量改性石墨烯制成，石墨烯是目前研發(fā)的硬度最高、導(dǎo)電性能最好、韌性最強(qiáng)的二維納米材料。傳統(tǒng)EPS保溫模塊本身缺欠，不能滿足被動(dòng)式低能耗建筑持續(xù)發(fā)展的要求，而改良后的石墨烯保溫模塊保溫性能得到明顯提高、強(qiáng)度加強(qiáng)、防火性能更好，并且改良石墨烯保溫模塊的傳熱系數(shù)較低，為0.028W/（m2·K），使用夾芯石墨烯保溫模塊墻體，外葉墻用20mm厚水泥纖維板，起到保護(hù)墻體的作用，然后通過電焊網(wǎng)片連接160mm厚石墨烯保溫模塊，再通過錨釘連接200mm厚鋼筋混凝土以及150mm厚水泥纖維板，外墻整體傳熱系數(shù)為0.15W/（m2·K），滿足要求。在石墨烯保溫模塊層外設(shè)置一道20mm厚的保溫砂漿，其外墻整體的傳熱系數(shù)降低，保溫層的強(qiáng)度也增強(qiáng)。

圖1　中間夾心預(yù)制保溫板

3.3　硅質(zhì)改性聚苯板構(gòu)造墻體

硅質(zhì)改性聚苯板是在傳統(tǒng)的模塑聚苯乙烯泡沫板的基礎(chǔ)上研制而成，通過改良后其耐火性能夠達(dá)到A級(jí)，1300℃灼燒一小時(shí)，物理性質(zhì)不發(fā)生改變，不變形；化學(xué)性質(zhì)也不發(fā)生變化，過火后，依然可以繼續(xù)使用，能夠利用于公共建筑當(dāng)中，在生產(chǎn)過程中不會(huì)產(chǎn)生廢料、廢水、廢氣。在大火燃燒時(shí)無煙無味，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的邊角料還可以重復(fù)利用，易加工生產(chǎn)，生產(chǎn)效益高。硅質(zhì)改性板的傳熱系數(shù)為0.035W/（m2·K）。對(duì)于保溫板的做法可以采用整澆模板與模塊式結(jié)合鋪設(shè)，硅質(zhì)改性聚苯板是目前最適合嚴(yán)寒地區(qū)公共建筑的保溫材料。

3.4　中間夾心預(yù)制保溫板（見圖1）

此種復(fù)合墻體構(gòu)造方式可應(yīng)用在嚴(yán)寒地區(qū)被動(dòng)式低能耗建筑的外墻上，其保溫層位于墻體中間，保證了施工時(shí)保溫材料過厚而出現(xiàn)連接不穩(wěn)固的弊端。預(yù)制夾芯保溫板具備A級(jí)防火等級(jí)的優(yōu)良防火性能，可直接用于公共建筑的外墻板，預(yù)制板能夠在現(xiàn)場(chǎng)直接安裝，其傳熱系數(shù)能達(dá)到0.17 W/（㎡·K），若將預(yù)制夾芯板與其他保溫材料結(jié)合，能夠增加墻體的保溫性能，其傳熱系數(shù)可達(dá)到0.15W/（㎡·K）,足以達(dá)到被動(dòng)式建筑對(duì)墻體的傳熱系數(shù)要求。建筑若采用預(yù)制夾芯板、鋼結(jié)構(gòu)墻體，其施工方便快捷，噪聲較小，減少建筑垃圾，更加節(jié)能環(huán)保。

4　結(jié)語

通過建筑物外墻保溫構(gòu)造及選用導(dǎo)熱系數(shù)相差很小的STP真空絕熱保溫材料、改性石墨烯保溫材料、硅質(zhì)改性聚苯板材料，以及運(yùn)用中間夾芯預(yù)制保溫板，能減少材料的用量和墻體厚度，并且有效提高墻體的保溫性能，滿足了穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性及節(jié)能性，是被動(dòng)式低能耗建筑發(fā)展過程中一個(gè)重要突破。

[1]何夢(mèng)璇,袁曉萍,李聰,方光秀.東北寒冷地區(qū)新型節(jié)能建筑墻體構(gòu)造創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].建筑技術(shù),2017,48(3):328-331.

[2]楊一帆.探討建筑節(jié)能的墻體保溫材料的發(fā)展[J].低碳世界,2017(1):130-131.

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