超低能耗建筑外墻外保溫系統(tǒng)的可靠性與耐久性研究

李展 原瑞增 吳玉杰 賈云飛

摘 要：外墻外保溫系統(tǒng)是超低能耗建筑中應(yīng)用最為廣泛的保溫系統(tǒng)，同時(shí)也是影響建筑能耗的關(guān)鍵因素。本文將普通節(jié)能建筑與超低能耗建筑外墻外保溫系統(tǒng)的性能要求進(jìn)行了對(duì)比，提出了超低能耗建筑外墻外保溫系統(tǒng)可靠性與耐久性評(píng)價(jià)體系的研究方向。同時(shí)，通過(guò)耐候性試驗(yàn)分析了模塑聚苯板、石墨聚苯板、巖棉板及真空絕熱板外墻外保溫系統(tǒng)的可靠性及耐久性，為超低能耗建筑的進(jìn)一步發(fā)展提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：超低能耗建筑;外墻外保溫系統(tǒng);耐候性試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TU761.12文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）16-0085-04

Abstract： External thermal insulation system is the most widely used in ultra-low energy buildings， which is also a key factor affecting building energy consumption. This paper compared the performance requirements of external thermal insulation system for ordinary energy-saving buildings and ultra-low-energy buildings， and put forward the research direction of the reliability and durability evaluation system. At the same time， the reliability and durability of External thermal insulation system which EPS， SEPS， RWP and STP were analyzed through weather resistance test， which provided a basis for the further development of ultra-low energy building.

Keywords： ultra-low energy building;external thermal insulation system;weather resistance test

外墻外保溫系統(tǒng)是一種把保溫層放置在主體墻材外面的保溫做法。與夾芯保溫與外墻內(nèi)保溫等保溫方式相比，外墻外保溫系統(tǒng)具有熱橋影響小、節(jié)能效果明顯，同時(shí)保護(hù)主體墻材不受過(guò)多溫度變形應(yīng)力影響的特點(diǎn)，是目前應(yīng)用最為廣泛的保溫做法，也是國(guó)家大力倡導(dǎo)的保溫做法。但是，近年來(lái)，外墻保溫層脫落事故頻發(fā)，人們愈發(fā)重視外墻外保溫系統(tǒng)的安全性和可持久性。

安全性和可持久性即可靠性與耐久性。外墻外保溫系統(tǒng)的可靠性是指該系統(tǒng)保證實(shí)現(xiàn)其外墻保溫性能的能力?？煽啃栽胶茫鈮ν獗貙?shí)現(xiàn)的功能就越有保障。外墻外保溫系統(tǒng)的耐久性是指該系統(tǒng)在長(zhǎng)期熱冷循環(huán)、各種應(yīng)力反復(fù)作用、太陽(yáng)光輻射作用、雨水侵蝕、材料自身及外界腐蝕之后，系統(tǒng)仍然具有很好的強(qiáng)度，保證整個(gè)系統(tǒng)不開(kāi)裂、不脫落、不粉化、保溫隔熱效果好。耐久性越好，外墻外保溫系統(tǒng)的使用壽命就越長(zhǎng)。因此，外墻外保溫系統(tǒng)的可靠性與耐久性同樣決定著超低能耗建筑的運(yùn)行壽命。

1 評(píng)價(jià)體系研究

影響外墻外保溫系統(tǒng)可靠性和耐久性的因素有很多，并且這些因素之間又相互影響;因此，對(duì)外墻外保溫系統(tǒng)的可靠性和耐久性進(jìn)行評(píng)價(jià)較為復(fù)雜，目前還沒(méi)有合適的評(píng)價(jià)體系。常規(guī)的主要是通過(guò)耐候性、抗風(fēng)載荷性能、抗沖擊性、吸水量、耐凍融性能、熱阻、抹面層不透水性及水蒸氣滲透阻等指標(biāo)對(duì)外墻外保溫系統(tǒng)的可靠性和耐久性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

《外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程》（JGJ 144—2004）中對(duì)外墻外保溫系統(tǒng)的上述幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)定，如表1所示[1];但是，由于此標(biāo)準(zhǔn)是以節(jié)能建筑標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)進(jìn)行制定的，加上頒布時(shí)間較早，部分技術(shù)體系、技術(shù)指標(biāo)和性能參數(shù)已不能滿足超低能耗建筑外墻外保溫系統(tǒng)的發(fā)展要求。

21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)建筑節(jié)能事業(yè)取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，為了規(guī)范外墻外保溫工程技術(shù)要求，保證工程質(zhì)量，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中心于2019年對(duì)《外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程》（JGJ 144—2004）進(jìn)行了修訂。具體修訂的內(nèi)容為：膠粉聚苯顆粒保溫漿料外保溫系統(tǒng)在進(jìn)行耐候性試驗(yàn)后，拉伸粘結(jié)強(qiáng)度不得小于0.06 MPa;所有保溫系統(tǒng)的吸水量不應(yīng)大于0.5 kg/m2。經(jīng)過(guò)修訂，《外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程》（JGJ 144—2019）已基本適用于新一代節(jié)能建筑外墻外保溫系統(tǒng)的應(yīng)用要求[2]，但依然沒(méi)有對(duì)超低能耗建筑外墻保溫系統(tǒng)的指標(biāo)要求作出明確規(guī)定。

此外，《被動(dòng)式低能耗居住建筑——嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑》（16J908-8）中也對(duì)針對(duì)模塑聚苯板及巖棉板的薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)的性能指標(biāo)進(jìn)行了規(guī)定[3]，如表2和表3所示。

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，目前超低能耗建筑薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)還在延續(xù)節(jié)能建筑外墻外保溫系統(tǒng)的性能指標(biāo)，并有更大的突破，只在薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)的不透水性、巖棉板的拉伸粘接強(qiáng)度、部分系統(tǒng)的抗風(fēng)荷載能力這三方面有所提高。

分析其原因，首先是因?yàn)槌湍芎慕ㄖ鈮ν獗叵到y(tǒng)的相關(guān)試驗(yàn)還不多，沒(méi)有足夠的數(shù)據(jù)作為支撐和依據(jù);其次是超低能耗建筑的示范項(xiàng)目才剛開(kāi)始建設(shè)，還沒(méi)有足夠長(zhǎng)的時(shí)間將問(wèn)題反映出來(lái)，為了推進(jìn)此項(xiàng)工作，只有先套用節(jié)能建筑外墻外保溫的標(biāo)準(zhǔn);再次，截至目前依然沒(méi)有超低能耗建筑外墻外保溫系統(tǒng)可靠性耐久性的評(píng)價(jià)依據(jù)，仍需要進(jìn)一步研究。

2 耐候性試驗(yàn)

耐候性試驗(yàn)是采用與外墻外保溫工程構(gòu)造做法一致的大尺寸試樣墻體，模擬室外氣候環(huán)境的變化，如溫度、濕度、降雨、凍融等，對(duì)試樣墻體進(jìn)行一定數(shù)量的濕熱循環(huán)后，通過(guò)評(píng)定其破壞程度，確定系統(tǒng)耐候性[4]。國(guó)內(nèi)外大量的工程實(shí)踐和研究結(jié)果表明，耐候性試驗(yàn)是對(duì)建筑外墻外保溫系統(tǒng)檢驗(yàn)的最好方法。

作為外墻外保溫系統(tǒng)的核心部位，保溫材料的性能對(duì)超低能耗建筑的能耗指標(biāo)起著決定性作用。適用于超低能耗建筑的保溫隔熱材料種類有很多，由此形成的外墻外保溫系統(tǒng)也有很多。從材料的導(dǎo)熱性能、吸水率、透水率、壓縮強(qiáng)度等多方面進(jìn)行考慮，良好的保溫材料主要有模塑聚苯板、石墨聚苯板、真空絕熱板和巖棉板等。不同保溫材料的性能各有優(yōu)缺點(diǎn)，不同保溫系統(tǒng)的可靠性及耐久性也各不相同。

針對(duì)嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)近零能耗建筑外墻外保溫系統(tǒng)的較厚保溫材料對(duì)系統(tǒng)耐候、抗剪、防火等性能影響問(wèn)題，本研究重點(diǎn)以模塑聚苯板、石墨聚苯板、真空絕熱板和巖棉板材料及保溫系統(tǒng)為對(duì)象，按照《外墻外保溫系統(tǒng)耐候性試驗(yàn)方法》（JG/T 429—2014）中的規(guī)定[5]，分別進(jìn)行了超低能耗建筑外墻外保溫系統(tǒng)的耐候性能測(cè)試，試驗(yàn)過(guò)程如圖1所示，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明：在保溫層厚度一定時(shí)，保溫效果最好的是真空絕熱板系統(tǒng)，保溫效果最差的是巖棉系統(tǒng)。因此，采用真空絕熱板可以大幅降低外墻厚度。但在實(shí)際測(cè)試中受現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量影響較大，真空絕熱板系統(tǒng)的保溫性能下降較多，普遍超過(guò)理論值的20%。耐候性能最高的是石墨聚苯板系統(tǒng)，具體順序?yàn)槭郾桨逑到y(tǒng)、模塑聚苯板系統(tǒng)、巖棉板系統(tǒng)、真空絕熱板系統(tǒng)。因此，石墨聚苯板系統(tǒng)是綜合性能較強(qiáng)的外墻外保溫系統(tǒng)。石墨聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)在目前外保溫工程應(yīng)用中所占的比例最大，占比約49%，其次是巖棉外墻外保溫系統(tǒng)，占比約為25%。其余的如復(fù)合聚氨酯板、擠塑聚苯板等外墻外保溫系統(tǒng)，應(yīng)用占比約為26%，如圖2所示。

3 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)超低能耗外墻外保溫系統(tǒng)的可靠性及耐久性評(píng)價(jià)體系進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)，目前的評(píng)價(jià)指標(biāo)還是沿用普通節(jié)能建筑的外墻外保溫系統(tǒng)可靠性及耐久性評(píng)價(jià)指標(biāo)，如耐候性、抗風(fēng)載荷性能、抗沖擊性、吸水量、耐凍融性能、熱阻、抹面層不透水性及水蒸氣滲透阻等，已無(wú)法滿足實(shí)際需求。由此，需要根據(jù)超低能耗建筑的特殊性賦予其新的指標(biāo)參數(shù)，并在后續(xù)研究中形成適合超低能耗建筑的外墻外保溫系統(tǒng)可靠性及耐久性新的評(píng)價(jià)體系。

同時(shí)，對(duì)代表性的外墻外保溫系統(tǒng)進(jìn)行耐候性試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，石墨聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)的可靠性和耐候性最好，綜合性能也最佳，不論是歐洲還是國(guó)內(nèi)，石墨聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)都占有最大的市場(chǎng)份額。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程：JGJ 144—2004[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

[2]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程：JGJ 144—2019[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2019.

[3]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.被動(dòng)式低能耗建筑——嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)：16J908—8 [S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2017.

[4]賀傳友，戴新榮，劉新.淺談對(duì)外墻外保溫系統(tǒng)耐候性及試驗(yàn)方法的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)[J].建材與裝飾，2018（40）：49-50.

[5]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程：JG/T 429—2014[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.