外墻外保溫系統(tǒng)滲漏對保溫性能的影響

■ 許利軍 XU Lijun

0 引言

外墻滲漏是目前既有住宅外墻外保溫工程的常見質(zhì)量問題之一。外墻滲漏后，雨水進入保溫層，除了會影響外保溫系統(tǒng)的耐久性外，對外保溫系統(tǒng)的熱工性能也將產(chǎn)生一定影響。但外墻滲漏對外墻保溫性能的影響程度到底有多大，目前尚無相關(guān)研究。本文將采用實驗室試驗與軟件模擬相結(jié)合的方法，分析研究外墻滲漏對其保溫性能影響的程度。

1 滲漏對墻體材料熱工性能影響

滲漏會導(dǎo)致外墻濕度明顯增大，而濕度增大會對建筑節(jié)能墻體的保溫性能造成較大影響。墻體內(nèi)濕度梯度由室內(nèi)向室外逐漸降低，當濕氣由內(nèi)向外滲透到保溫層時，由于保溫層的阻擋作用，會在保溫層與結(jié)構(gòu)主體（砌塊主體、多孔燒結(jié)磚主體、剪力墻主體等）間形成水膜。對于采用膠黏劑類的保溫材料，會使其界面發(fā)生破壞，造成保溫材料的脫落；對于巖棉等無機材料，會使其吸濕后變性，保溫效果下降或喪失保溫功能。另外，濕度變化對保溫墻體材料本身的熱工性能也會產(chǎn)生較大影響，使其導(dǎo)熱系數(shù)增大，保溫效果下降。

2 濕度對保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響分析

2.1 潮濕環(huán)境對保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響

保溫材料普遍為多孔材料，材料內(nèi)部存在較多的孔隙。保溫材料在干燥環(huán)境下其保溫性能表現(xiàn)良好，當孔隙中存在水分后，其保溫性能則會發(fā)生變化。靜止空氣的導(dǎo)熱系數(shù)為0.023W/（mK），水的導(dǎo)熱系數(shù)為0.58W/（mK），冰的導(dǎo)熱系數(shù)為2.3W/（mK），由此可知，水的導(dǎo)熱系數(shù)約是空氣導(dǎo)熱系數(shù)的 24倍之多。當水變成冰時，其導(dǎo)熱系數(shù)又增加了3倍之多。因此，當保溫材料內(nèi)部孔隙中存在水分后，其導(dǎo)熱系數(shù)將大幅提高，保溫隔熱性能會大幅減低。

2.2 不同濕度條件下，保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的實驗室測試

2.2.1 試樣制作測試

保溫材料孔隙中含水后，其導(dǎo)熱系數(shù)將大幅提高。為明確不同濕度對保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響程度，本文以水泥基無機保溫砂漿為例進行試驗分析，對4組（4個/組）水泥基無機保溫砂漿試樣在不同濕度條件（未烘干狀態(tài)、烘干狀態(tài)、浸水2h狀態(tài)、浸水2d狀態(tài)）下的導(dǎo)熱系數(shù)進行實驗室測試。試樣制作及導(dǎo)熱系數(shù)測試方法如下：

圖1 實驗室無機保溫砂漿制作、養(yǎng)護

（1）制作4個空腔尺寸為300mm×300mm×30mm的金屬試模并放置于玻璃板，用脫模劑涂刷試模內(nèi)壁及玻璃板，用攪拌機把材料攪拌均勻后，逐層加滿試模并略高出，然后用抹子抹平，制成4個試件。待試件成型后，用聚乙烯薄膜覆蓋，在試驗室溫度條件下養(yǎng)護7d后拆模，拆模后在試驗室標準條件下養(yǎng)護21d，再將試樣磨平(圖1）。

（2）將試件按照未烘干狀態(tài)、烘干狀態(tài)、浸水2h狀態(tài)和浸水2d狀態(tài)進行處理。

（3）按照《絕緣材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定防護熱板法》（GB/T 10294—2008）進行測試。啟動平板導(dǎo)熱儀，按檢測要求設(shè)置冷板和熱板及冷卻水的溫度，同時設(shè)置每個試驗階段的所需時間，將試樣裝入其中，開始導(dǎo)熱系數(shù)測試。

（4）測試結(jié)束后記錄相應(yīng)導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)值，并對結(jié)果進行修正，以修正后的數(shù)值作為本次的測試結(jié)果，數(shù)值修約至0.001W/（mK）。

2.2.2 試驗結(jié)果分析

在未烘干狀態(tài)、烘干狀態(tài)、浸水2h狀態(tài)和浸水2d狀態(tài)下，無機保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)測試結(jié)果見表1，試驗結(jié)果對比圖見圖2。結(jié)果表明：

（1）保溫材料處于未烘干狀態(tài)時（含有一定水分）比烘干狀態(tài)（完全干燥）導(dǎo)熱系數(shù)略有增大，增大幅度約為15%。

表1 保溫層材料導(dǎo)熱系數(shù)檢驗結(jié)果

圖2 無機保溫砂漿在不同含水狀態(tài)下導(dǎo)熱系數(shù)試驗結(jié)果對比圖

（2）保溫材料浸水2h（基本飽和）后的導(dǎo)熱系數(shù)則顯著增加，達到烘干狀態(tài)（完全干燥）的2.6～4.1倍、未烘干狀態(tài)時（含有一定水分）的2.3～3.7倍。這說明保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨含水率的增加而明顯增大，同時也表明，含水狀況是保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的決定性因素，直接影響外墻保溫材料的保溫隔熱性能。

（3）保溫材料浸水2h和浸水2d后的導(dǎo)熱系數(shù)基本相當，表明無機保溫砂漿在浸水2h后，其含水率已基本達到飽和狀態(tài)。

3 導(dǎo)熱系數(shù)變化對節(jié)能效果的影響

為了模擬分析保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)變化對外墻節(jié)能效果的影響，采用建筑節(jié)能設(shè)計分析軟件PBECA，建立分析對象的建筑模型，然后進行熱工設(shè)置、材料設(shè)置，再進行節(jié)能分析。本文采用PBECA軟件，分別對多層砌體結(jié)構(gòu)房屋、高層混凝土結(jié)構(gòu)房屋保溫材料在未烘干狀態(tài)、烘干狀態(tài)、浸水2h狀態(tài)和浸水2d狀態(tài)下的節(jié)能效應(yīng)進行計算分析。

3.1 多層砌體結(jié)構(gòu)房屋

試驗?zāi)Ｐ蜑橐淮?層獨立單元住宅樓（圖3），外墻為240mm厚多孔磚砌體。外墻外保溫系統(tǒng)采用30mm厚無機保溫砂漿系統(tǒng)；屋面結(jié)構(gòu)為120mm厚現(xiàn)澆混凝土板，屋面保溫系統(tǒng)采用40mm厚水泥膨脹珍珠巖保溫系統(tǒng)。本實例進行建筑節(jié)能效果影響分析的范圍為2層[⑥～⑦軸房間，如圖4陰影部分所示。

圖3 多層建筑3D視圖

為了模擬外墻外保溫系統(tǒng)滲漏情況，根據(jù)上述試驗研究成果，將外墻無機保溫砂漿分為未烘干、烘干、浸水2h、浸水2d共4種狀態(tài)，無機保溫砂漿的密度、含水率和導(dǎo)熱系數(shù)分別按表2取值。

根據(jù)表2，對外墻材料進行編輯，由PBECA材料編輯功能可直接得出外墻傳熱系數(shù)。將外墻主體層設(shè)置為240厚多孔黏土磚砌體，保溫層設(shè)置為無機保溫砂漿。在烘干、未烘干、浸水2h、浸水2d工況下,外墻（主體墻）的傳熱系數(shù)分別為1.036、1.088、1.441、1.445w/(m2k)。采用PBECA缺陷分析工具，選取2層[⑥～⑦，軸房間進行外墻單位面積負荷值分析，在上述4種工況下，房間外墻單位面積負荷值分別為91.29、95.48、128.94、129.11kWh/m2（圖5）。為便于分析比較，將外墻保溫材料烘干工況下的外墻傳熱系數(shù)及房間單位面積負荷值設(shè)為1，計算其他3種工況下的相對分析結(jié)果（表3）。

表2 保溫材料參數(shù)表

圖4 建筑平面圖

圖5 保溫材料在不同含水狀態(tài)下外墻單位面積負荷值計算結(jié)果對比圖

可見，對于砌體結(jié)構(gòu)房屋，外墻保溫材料烘干與未烘干工況下，外墻傳熱系數(shù)及房間外墻單位面積負荷值變化均很??；浸水2h與浸水2d工況下，上述節(jié)能分析結(jié)果也很接近，但外墻保溫材料在潮濕狀態(tài)與干燥狀態(tài)下的節(jié)能分析結(jié)果存在較大差異。外墻保溫材料從干燥狀態(tài)變?yōu)槌睗駹顟B(tài)后，外墻傳熱系數(shù)增大69%，房間外墻單位面積負荷值增大41%。

3.2 高層混凝土結(jié)構(gòu)房屋

一幢12層鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)住宅樓（圖6），混凝土剪力墻厚200mm，外墻外保溫系統(tǒng)采用無機保溫砂漿系統(tǒng)；屋面結(jié)構(gòu)為120mm厚現(xiàn)澆混凝土板，屋面保溫系統(tǒng)采用XPS保溫板系統(tǒng)。本案例進行建筑節(jié)能效果影響分析的范圍為2層軸房間，如圖7中陰影部分所示。

表3 節(jié)能分析結(jié)果表（相對值）

圖6 高層建筑3D視圖

將外墻主體層設(shè)置為200厚鋼筋混凝土墻，保溫層設(shè)置為無機保溫砂漿，采用前述外墻節(jié)能分析方法。在烘干、未烘干、浸水2h、浸水2d狀態(tài)下，外墻（主體墻）傳熱系數(shù)分別為1.500、1.610、2.530、2.541w/(m2k)；房間外墻單位面積負荷值分別為96.21、106.75、163.42、164.16kWh/m2（圖8）。為便于分析比較，將外墻保溫材料烘干工況下的外墻傳熱系數(shù)以及房間單位面積負荷值設(shè)為1，計算其他3種工況下的相對分析結(jié)果見表4。

圖7 建筑平面圖

圖8 保溫材料在不同含水狀態(tài)下外墻單位面積負荷值計算結(jié)果對比圖

表4 節(jié)能分析結(jié)果表（相對值）

可以看出，對于該工程混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)房屋，外墻保溫材料烘干與未烘干工況下，外墻傳熱系數(shù)及房間外墻單位面積負荷值變化也很??；浸水2h與浸水2d工況下，上述節(jié)能分析結(jié)果也很接近，但外墻保溫材料在潮濕狀態(tài)與干燥狀態(tài)下的節(jié)能分析結(jié)果存在較大差異。外墻保溫材料從干燥狀態(tài)變?yōu)槌睗駹顟B(tài)，其外墻傳熱系數(shù)變化最大，約增大69%，房間外墻單位面積負荷值約增大71%。

4 結(jié)語

綜上所述，本文從濕度對保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響、導(dǎo)熱系數(shù)變化對建筑節(jié)能影響兩個方面，分析滲漏對外墻外保溫系統(tǒng)保溫性能的影響，并通過建筑節(jié)能設(shè)計分析軟件PBECA，對保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)變化后的多層砌體結(jié)構(gòu)房屋、高層混凝土結(jié)構(gòu)房屋節(jié)能效果進行模擬分析，得出以下結(jié)論：

（1）滲漏對保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)影響明顯。滲漏發(fā)生后，保溫材料的含水率明顯增大，使其導(dǎo)熱系數(shù)大幅提高。

（2）滲漏明顯降低了外保溫系統(tǒng)的保溫性能。滲漏發(fā)生后，保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)大幅提高，導(dǎo)致外墻單位面積負荷明顯增大，外墻保溫隔熱性能大幅減低。砌體結(jié)構(gòu)房屋和混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)房屋在烘干與未烘干工況下，外墻保溫材料的傳熱系數(shù)及房間外墻單位面積負荷值變化均很??；但在浸水2h與浸水2d工況下，外墻保溫材料的保溫性能發(fā)生明顯變化。

（3）外墻外保溫系統(tǒng)發(fā)生滲漏后，其保溫隔熱性能將大幅降低。