一種新型外墻外保溫系統(tǒng)——主動式外墻外保溫系統(tǒng)

梁賀斐，趙樹興，張江銘，趙曉凱

（1.天津城建大學(xué)，天津 300384；2.天津市城市規(guī)劃設(shè)計研究院，天津 300201）

近年來世界能源危機日益加重，節(jié)約能源成為了當今世界的一大主題.清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心對我國建筑領(lǐng)域用能及排放的核算顯示：2018 年我國建筑運行能耗占全社會總能耗的23%，低于全球比例[1].但我國單位建筑面積能耗是發(fā)達國家的2～3 倍，給社會造成了沉重的能源負擔[2]. 我國是一個能源比較貧瘠的國家，合理利用能源，提高能源利用率是我國社會發(fā)展的根本大計.在建筑物中，外圍護結(jié)構(gòu)的熱損耗較大，外圍護結(jié)構(gòu)中墻體結(jié)構(gòu)的熱損耗又占了很大比重，約占60%~70%[3-4].因此，發(fā)展新型外墻外保溫系統(tǒng)對建筑能耗的降低具有極其重大的意義.本文旨在提出主動式外墻外保溫系統(tǒng)并介紹其主要特點和基本分類，給出典型構(gòu)造及做法.

1 主動式外墻外保溫系統(tǒng)與分類

我國傳統(tǒng)的外墻外保溫系統(tǒng)主要是通過在墻體外表面附設(shè)保溫材料來實現(xiàn)墻體的保溫，屬于被動式外墻外保溫系統(tǒng).筆者在研究傳統(tǒng)外墻外保溫系統(tǒng)基礎(chǔ)上，提出了一種新型的外墻外保溫系統(tǒng)，即在傳統(tǒng)的外墻外保溫系統(tǒng)的基礎(chǔ)上復(fù)合盤管，直接利用低品位熱水對保溫系統(tǒng)加熱，從而在保溫系統(tǒng)內(nèi)形成一道熱屏障，實現(xiàn)外墻保溫降耗（在夏季也可以通入適宜的低溫水實現(xiàn)降溫隔熱），本文稱之為主動式外墻外保溫系統(tǒng).該系統(tǒng)是一個保溫/隔熱系統(tǒng)，并不是作為末端向室內(nèi)供熱/供冷的系統(tǒng)，這兩者是存在區(qū)別的，本課題組已發(fā)表相關(guān)專利[5-8].主動式外墻外保溫系統(tǒng)可以直接利用低品位能源，如地熱供熱回灌水及供暖回水、淺層地熱能、太陽能等進行加熱，不僅可以顯著降低外墻能耗實現(xiàn)建筑節(jié)能，還可提高建筑外墻內(nèi)表面溫度，提高室內(nèi)的熱舒適性.

根據(jù)加熱盤管與外保溫系統(tǒng)的復(fù)合方式的不同，主動式外墻外保溫系統(tǒng)主要分為三種基本類型：①基層墻體復(fù)合盤管型；②保溫層復(fù)合盤管型；③外掛內(nèi)置盤管型.每一種基本類型又有不同的構(gòu)造和做法，具體分類詳見圖1.

圖1 主動式外墻外保溫系統(tǒng)分類

2 基層墻體復(fù)合盤管型主動式外墻外保溫系統(tǒng)

該主動式外墻外保溫系統(tǒng)是將加熱盤管內(nèi)嵌或外錨在基墻外側(cè)，基本構(gòu)造如圖2 所示.根據(jù)盤管復(fù)合方式的不同可以分為兩種型式，一類是基墻外側(cè)內(nèi)嵌盤管型，適合澆筑型墻體結(jié)構(gòu)，可以直接將盤管澆筑在混凝土內(nèi)部；一類是基墻外錨抹灰盤管型，適合磚混、框架等多種墻體結(jié)構(gòu)，此類墻體外表面可與加熱盤管通過金屬連接部件連接，盤管表面通過水泥砂漿找平后與多種外墻外保溫系統(tǒng)搭配使用.

圖2 基層墻體復(fù)合盤管型主動式外墻外保溫系統(tǒng)

2.1 基墻外側(cè)內(nèi)嵌盤管型主動式外墻外保溫系統(tǒng)構(gòu)造與做法

該系統(tǒng)的基本構(gòu)造由內(nèi)到外依次是加熱盤管層、保溫層、抹面層與飾面層.其中加熱盤管放置在基層墻體的結(jié)構(gòu)外側(cè)，這種結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)外墻外保溫系統(tǒng)中的EPS 現(xiàn)澆混凝土外墻外保溫系統(tǒng)最為契合.

以EPS 現(xiàn)澆混凝土外墻外保溫系統(tǒng)為基礎(chǔ)的基墻外側(cè)內(nèi)嵌盤管型主動式外保溫系統(tǒng)，如圖3 所示.具體做法如下：①在墻體鋼筋框架布置完畢后，將盤管通過鋼絲綁扎固定在鋼筋架內(nèi)部，注意要將加熱盤管進出水口伸入鋼筋框架內(nèi)側(cè)便于與建筑內(nèi)部的供水立管與回水立管連接；②在鋼筋網(wǎng)架外部拼裝EPS板，先拼接轉(zhuǎn)角處再拼接立面，在進行拼裝時保證上下錯縫插接，以增強墻體的整體穩(wěn)定性，保溫板布置到一定高度時應(yīng)先設(shè)置防火隔離帶再繼續(xù)布置保溫板；③利用已搭好的架子臨時支撐模板，內(nèi)外模板使用穿墻螺栓固定，必要時用鐵絲將模板和鋼筋拉結(jié)；④澆筑混凝土；⑤拆除模板，對盤管進出水口進行檢查，對模板穿孔螺栓孔用保溫材料進行封堵；⑥在墻體表面涂抹薄抹灰，抹抗裂砂漿耐堿玻纖網(wǎng)布，涂彈性底層涂料，刮抗裂柔性耐水膩子，表面最后采用涂料進行飾面[9].

圖3 基墻外側(cè)內(nèi)嵌盤管型主動式外保溫系統(tǒng)構(gòu)造

2.2 基墻外錨抹灰盤管型主動式外墻外保溫系統(tǒng)構(gòu)造與做法

該系統(tǒng)的基本構(gòu)造由內(nèi)到外依次是水泥砂漿找平層、粘結(jié)層、保溫層、抹面層與飾面層.其中加熱盤管放在基層墻體外側(cè)，通過金屬固定件與膨脹螺絲固定，加熱盤管表面用水泥砂漿磨平，可以采用不同的施工手法與多種傳統(tǒng)外墻外保溫系統(tǒng)相結(jié)合，如粘貼型外墻外保溫系統(tǒng)、噴涂型外墻外保溫系統(tǒng)、涂抹型外墻外保溫系統(tǒng)等.

以巖棉板外墻外保溫系統(tǒng)為基礎(chǔ)的基墻外錨抹灰盤管型主動式外墻外保溫系統(tǒng)，如圖4 所示.具體做法如下：①施工前先對基層墻體進行清理，保證墻體的平整度；②加熱盤管通過環(huán)形金屬卡環(huán)與膨脹螺絲固定在基層墻體上，加熱盤管表面用水泥砂漿抹平，由于水泥砂漿的導(dǎo)熱性較好，可以使基層墻體外表面溫度均勻，在墻體外側(cè)形成熱屏障；③粘貼巖棉板，抹面層找平，用錨釘錨固巖棉板；④選擇涂料或面磚飾面.該系統(tǒng)形式還可以與外貼保溫板、保溫裝飾板相結(jié)合，做法相似，不再詳細介紹.

圖4 基墻外錨抹灰盤管型主動式外墻外保溫系統(tǒng)構(gòu)造

3 保溫層復(fù)合盤管型主動式外墻外保溫系統(tǒng)

該主動式外墻外保溫系統(tǒng)是將加熱盤管內(nèi)置于保溫層內(nèi)，基本構(gòu)造如圖5 所示.由內(nèi)到外依次是粘結(jié)層、保溫層、抹面層與飾面層.這種形式適合與噴涂型外墻外保溫系統(tǒng)、涂抹型外墻外保溫系統(tǒng)、保溫裝飾板外墻外保溫系統(tǒng)搭配使用.值得注意的是，因為保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)一般比較小，為了在保溫層內(nèi)部形成一層溫度均勻的熱屏障，添加金屬制成的均溫板效果會更好. 對于噴涂型外墻外保溫系統(tǒng)或涂抹型外墻外保溫系統(tǒng)可以分兩次施工將盤管加熱層放置在有機/無機保溫漿料中；對于保溫裝飾板可以直接在工廠內(nèi)生產(chǎn)含有加熱盤管和均溫板的保溫裝飾一體板.

圖5 保溫層內(nèi)嵌盤管型主動式外墻外保溫系統(tǒng)

以噴涂型外墻外保溫系統(tǒng)為基礎(chǔ)的保溫層內(nèi)嵌加熱盤管型主動式外墻外保溫系統(tǒng)，如圖6 所示.具體做法如下：①施工前先對基層墻體進行清理，保證墻體的平整度；②基層墻體表面刷涂聚氨酯防潮底漆；③使用電鉆在基層墻體上鉆孔，孔內(nèi)插入連接桿，在連接桿表面做標記，然后噴涂一定厚度的保溫材料；④將帶有孔洞的均溫板掛到連接桿標記處，并使用電焊焊接固定均溫板；⑤使用U 型卡箍將盤管固定在均溫板上，再噴涂保溫材料到設(shè)計厚度，注意在進行噴涂施工時，室外環(huán)境不應(yīng)低于5 ℃，風(fēng)力不得大于5 級，風(fēng)速不宜大于5 m/s，并且嚴禁在雨天進行施工；⑥噴涂完保溫材料后，在保溫材料外表面涂刷界面砂漿，使用膠粉聚苯顆粒進行找平，安置抗裂材料（抗裂砂漿復(fù)合耐堿網(wǎng)格布）；⑦選擇涂料或者面磚進行飾面.

圖6 保溫層內(nèi)嵌加熱盤管型主動式外墻外保溫系統(tǒng)（噴涂型）構(gòu)造

以保溫裝飾板外墻外保溫系統(tǒng)為基礎(chǔ)的保溫層內(nèi)嵌加熱盤管型主動式外墻外保溫系統(tǒng)，如圖7 所示.具體做法如下：①施工前先對基層墻體進行清理，保證墻體的平整度；②用膠粘劑將保溫裝飾板粘結(jié)在墻體上；③打孔，插入錨栓，將在工廠內(nèi)生產(chǎn)的含有加熱盤管和均溫板的保溫裝飾一體板錨定；④由于保溫板裝飾面積不宜超過1 m2，故需要考慮盤管的連接問題，上下兩塊保溫裝飾板之間應(yīng)留有一定寬度的縫隙用于管道的連接，當采用聚乙烯管或聚丁乙烯管時，上下進出水口可以使用熱熔連接；當采用銅管或鐵管時，上下進出水口可以使用絲接或焊接；⑤連接完畢后，使用聚氨酯硬泡封填板縫，保證系統(tǒng)的保溫性能.

圖7 保溫層內(nèi)嵌加熱盤管型主動式外墻外保溫系統(tǒng)（保溫裝飾板）構(gòu)造

4 外掛內(nèi)置盤管型主動式外墻外保溫系統(tǒng)

該主動式外墻外保溫系統(tǒng)是將加熱盤管置于外掛裝飾層內(nèi)的空氣層中，基本構(gòu)造如圖8 所示.根據(jù)盤管所在位置的不同可分為兩種型式，一種為加熱盤管位于保溫層與飾面層之間的空氣層中，適合與保溫、裝飾相互獨立的外墻干掛保溫系統(tǒng)搭配，如石材干掛外墻保溫系統(tǒng)、鋁板干掛外墻保溫系統(tǒng)、彩鋼板干掛外墻外保溫系統(tǒng)[10]；一類為加熱盤管位于基層墻體與保溫裝飾一體化保溫板之間的空氣層中，適合與保溫裝飾一體化系統(tǒng)搭配，如鋁合金聚氨酯保溫裝飾一體化干掛系統(tǒng)、鋁板預(yù)制干掛式外墻外保溫系統(tǒng).

圖8 外掛內(nèi)置盤管型主動式外墻外保溫系統(tǒng)

當加熱層位于外飾層和保溫層之間時，其構(gòu)造型式如圖9、圖10 所示.具體做法如下：①選派有經(jīng)驗的木工專門負責安裝預(yù)埋件，以確保預(yù)埋件位置準確；②墻體基面清理干凈，無油污、浮塵等雜物及凹凸不平現(xiàn)象，油污可用火堿水和鋼絲刷清理；③放龍骨位置線，主龍骨為豎向，連接主龍骨與預(yù)埋件的角鋼設(shè)于豎向板縫中；④安裝主龍骨連接件、主龍骨及次龍骨；⑤將有膠漿的聚苯板粘貼在墻面上，粘貼時可小范圍滑動，使聚苯板與墻面有效粘結(jié)；⑥將加熱盤管通過連接裝置與基層墻體固定（見圖9），也可以用金屬條固定在飾面板內(nèi)側(cè)（見圖10）；⑦將飾面磚安裝在次龍骨上. 當加熱盤管位于基層墻體與保溫層之間時，其構(gòu)造型式如圖11 所示. 龍骨安裝方法與上述方法相同，將加熱盤管通過連接裝置與基層墻體固定，最后將保溫裝飾一體板外掛在輕鋼龍骨架上，完成安裝.

圖9 外掛內(nèi)置盤管型主動式外墻外保溫系統(tǒng)（保溫外錨盤管）構(gòu)造

圖10 外掛內(nèi)置盤管型主動式外墻外保溫系統(tǒng)（外飾內(nèi)錨盤管）構(gòu)造

圖11 外掛內(nèi)置盤管型主動式外墻外保溫系統(tǒng)（基墻外錨盤管）構(gòu)造

5 結(jié) 語

主動式外墻外保溫系統(tǒng)作為一種新型的外墻外保溫系統(tǒng)，可直接利用各種低品位熱能，實現(xiàn)主動式保溫，隨著進一步研究會有很好地應(yīng)用前景.本文主要介紹了該系統(tǒng)的提出與分類、主要特點和基本類型，并給出了典型系統(tǒng)的具體構(gòu)造及施工做法，為該系統(tǒng)的進一步研究和推廣應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ).