外墻外保溫系統(tǒng)熱工缺陷分析研究

□文/吳世勇 汪 洋 夏 勇

合肥地區(qū)墻體節(jié)能工程基本采用外墻外保溫系統(tǒng)。雖然目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)了許多種外墻外保溫體系,但只是停留在實(shí)踐應(yīng)用的試驗階段,缺少系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論研究支撐且低價位競爭嚴(yán)重,大量不合格的、質(zhì)量差的材料進(jìn)入到外保溫市場,施工技術(shù)也不成熟，這些都嚴(yán)重制約了實(shí)際使用效果[1]。其結(jié)果是雖然房屋在設(shè)計時已滿足節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，通過了節(jié)能審查，但建成后的保溫性能在使用周期內(nèi)能否真正達(dá)到實(shí)際節(jié)能的效果，并沒有充分的保證。

外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫效果受濕度影響很大。保溫層受潮后，導(dǎo)熱系數(shù)增加，保溫能力顯著降低。濕度過高也會降低材料的機(jī)械強(qiáng)度，產(chǎn)生破壞性變形，降低結(jié)構(gòu)的使用質(zhì)量與耐久性。圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生吸濕的因素很多，主要有材料在施工中的原始濕度，施工過程的吸濕，多孔材料的吸濕性吸收空氣中的水分，毛細(xì)現(xiàn)象，保溫層和面層的開裂引起雨雪的滲透，內(nèi)部水氣的冷凝結(jié)露等。

合肥市目前普遍采用的外墻外保溫體系投入使用10 a左右，隨著時間的推移，各種不利因素特別是濕含量對保溫系統(tǒng)的影響、保溫系統(tǒng)的耐久性、耐候性不足等問題會進(jìn)一步凸現(xiàn)。

選取了合肥市一處商業(yè)中心綜合樓作為研究對象，此建筑群于2012年年底竣工，可是建筑外墻外保溫空鼓和吸濕現(xiàn)象嚴(yán)重并出現(xiàn)外墻局部脫落，在局部修繕或整體大規(guī)模修繕之前，需要評判破壞程度和實(shí)際使用效果。

1 試驗設(shè)計

取典型區(qū)域，在墻體結(jié)構(gòu)層和保溫層之間粘貼鎳鉻熱電偶，鎳鉻熱電偶為直徑僅0.5 mm的金屬導(dǎo)線，此步驟對外墻構(gòu)造不會產(chǎn)生破壞，試驗完成后注射AB膠填充堵孔，對墻體外觀和長期使用沒有任何影響。傳感器連接德國愛爾邦公司生產(chǎn)的臺式數(shù)據(jù)采集儀（型號ALBORN-MU-56901），自動定時獲得數(shù)據(jù)，隨時測出內(nèi)部各部位的實(shí)時溫度。

墻體表面和內(nèi)部含水率可用愛爾邦手持式數(shù)據(jù)采集器（型號ALBORN-2908）連接表面含水率傳感器（型號FHA696）測量表面含水率，用內(nèi)部含水率測試傳感器（型號FHA636）測出與溫度同步的濕度變化，此傳感器前端為直徑1 mm的探針，對保溫層也無破壞影響。墻體內(nèi)外表面溫度用雷泰紅外點(diǎn)溫儀直接讀出。此傳感器預(yù)埋需要鉆孔直徑稍大，布點(diǎn)少，試驗結(jié)束后用微膨脹水泥填充。

該建筑墻體結(jié)構(gòu)為層均厚度200 mm的煤矸石空心磚，用能夠同時測量溫度和濕度的傳感器預(yù)埋，可以實(shí)時獲得墻體內(nèi)部空間的相對濕度，有效判斷墻體內(nèi)部濕度遷移的實(shí)際情況。

2 試驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

2.1 試驗過程

實(shí)地測試對象的墻體構(gòu)造為四層勻質(zhì)平壁。設(shè)計圖紙上的墻體結(jié)構(gòu)見表1。

可是在現(xiàn)場預(yù)埋傳感器等操作過程中，發(fā)現(xiàn)抽取測量的部分實(shí)際施工厚度不足，通過修復(fù)使厚度達(dá)到表1要求。

表1 外墻構(gòu)造

試驗在冬季完成，室內(nèi)空調(diào)溫度穩(wěn)定2 h以上，熱工計算按多層平壁一維穩(wěn)定傳熱來處理，導(dǎo)熱系數(shù)值取自設(shè)計圖紙中的節(jié)能設(shè)計資料，煤矸石空心磚傳熱計算不計空氣間層，按綜合熱阻值計算[2]。結(jié)構(gòu)層和保溫層之間的傳感器每個外立面共布設(shè)6處，定時自動獲取數(shù)值，用溫濕度儀測室內(nèi)外環(huán)境溫度，試驗數(shù)據(jù)處理采用最小方差求平均值法。

2.2 計算

2.2.1 理論計算溫度和實(shí)測溫度對比

實(shí)測室內(nèi)外環(huán)境溫度ti=-10.46℃，te=20.84℃

查表得內(nèi)表面換熱阻 Ri=0.11（m2·K）/W，外表面換熱阻 Re=0.04（m2·K）/W

墻體的換熱阻 R0=Ri+∑R+Re=1.03（m2·K）/W

墻體的熱流密度q=（ti－te）/R0=30.51 W/（m2·K）

墻體內(nèi)部的溫度分布θi=ti-（ti－te）Ri/R0=17.48℃

式中：θi和 θe分別為墻體內(nèi)外表面溫度；θ2、θ3、θ4為四層墻體層間溫度。

通過上述計算，結(jié)構(gòu)層保溫層的界面溫度是6.20℃，實(shí)測溫度-1.84℃，大大低于墻體設(shè)計溫度。按照實(shí)際厚度進(jìn)行如上熱工計算，得到結(jié)構(gòu)層保溫層的界面溫度計算值是0.64℃，仍然高于實(shí)測溫度值。

在不同時段獲取上述數(shù)據(jù)值總共5組，情況與上述一致，兩種理論值均高于實(shí)測值。

2.2.2 判斷墻體內(nèi)部是否出現(xiàn)冷凝結(jié)露

由上 R0=1.03（m2·K）/W，查表得墻體的蒸汽滲透阻 H0=3 147.44（m2·h·Pa）/g，測得室內(nèi)外環(huán)境相對濕度為47%和40%。

室內(nèi)外空氣的水蒸氣分壓力：

圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部各層間水蒸氣分壓力P和對應(yīng)的飽和水蒸氣分壓力Ps：

根據(jù)上述計算值，畫出P和Ps分布線，二者并沒有相交，見圖1。墻體內(nèi)部沒有發(fā)生冷凝結(jié)露現(xiàn)象，墻面滲水、保溫層受潮是由外部原因引起[3]。

圖1 四層墻體構(gòu)造的P和Ps分布線

2.3 進(jìn)一步實(shí)測

測得墻體內(nèi)部空心磚的空氣間層相對濕度持續(xù)維持在90%以上，雨后外墻外表面和內(nèi)部含水率也很高，可初步判斷外墻滲水、保溫層吸水現(xiàn)象嚴(yán)重。用B360紅外熱像儀拍攝的紅外圖譜可以非常方便直觀地發(fā)現(xiàn)問題，紅外圖像的獲取時段是在持續(xù)3 d以上陰雨天氣后放晴的時機(jī)[4]，發(fā)現(xiàn)有大量的外墻滲漏區(qū)域。見圖2。

2.4 結(jié)果分析

保溫層厚度實(shí)際值低于設(shè)計值，使實(shí)際保溫效果大打折扣，雖然是隨機(jī)抽樣檢測，在實(shí)際施工中應(yīng)選用專業(yè)的保溫施工隊伍，按照規(guī)范的工藝技術(shù)進(jìn)行施工，嚴(yán)格現(xiàn)場施工管理，控制保溫層厚度均勻并達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，確保工程質(zhì)量。

圖2 外立面紅外熱像

外墻外保溫系統(tǒng)中，保溫層外面的保護(hù)層至關(guān)重要，耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布（鋼絲網(wǎng)）、抗裂砂漿、防水抹面砂漿等輔助材料，在測試對象工程使用中不規(guī)范，不符合JGJ 144－2008《外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程》中的相關(guān)要求。通過目測可觀察到外墻面有出現(xiàn)明顯飾面層龜裂或貫穿裂紋，反映出外飾涂料所用耐水柔性膩?zhàn)雍头浪畯椥酝苛弦约百N磚飾面所用柔性防水瓷磚劑和勾縫劑等方面施工不規(guī)范[5]。這些都導(dǎo)致了墻面滲水及保溫層受潮，保溫能力下降明顯。

3 結(jié)論

1）保溫層厚度不足導(dǎo)致墻體保溫效果變差。

2）保溫層吸濕受潮導(dǎo)致保溫效果進(jìn)一步降低。

3）墻體內(nèi)部不會出現(xiàn)冷凝結(jié)露現(xiàn)象，吸濕受潮是由于外部滲水原因引起。

4）測試對象外墻外保溫效果較差，相關(guān)材料的品質(zhì)和用量不達(dá)標(biāo)、施工技術(shù)不成熟是主要原因。

5）本試驗只研究了冬季保溫這種情況，下一步做夏季隔熱測試，隔熱效果的重要指標(biāo)是墻體內(nèi)表面溫度，可以通過紅外點(diǎn)溫儀直接測量再和計算值對比，更加方便直觀。