建筑外墻節(jié)能保溫材料及其檢測技術(shù)

付 榮 張培圣

（山東三箭工程檢測有限公司，山東 濟(jì)南 250100）

建筑行業(yè)在全生命周期都需要消耗大量的能源，在生產(chǎn)建設(shè)過程中，水泥、鋼鐵和玻璃等原材料的制造需要消耗電力、煤炭和燃?xì)?，在使用過程中要提供制冷、供暖、照明和通風(fēng)等居住條件，也需消耗大量的能源，建筑全生命周期的能源消耗量約占社會能源總消耗量的30%[1]。其中，使用過程中的能源消耗約占建筑全生命周期能源消耗的60%以上。在我國“碳達(dá)峰、碳中和”背景下，提高能源利用效率，降低能源浪費，使用節(jié)能保溫材料是建筑業(yè)的重要發(fā)展方向。外墻作為建筑的重要結(jié)構(gòu)組成部分，采取必要的節(jié)能保溫材料是控制室內(nèi)溫度、濕度，改善室內(nèi)居住熱環(huán)境的重要途徑，特別是在嚴(yán)寒地區(qū)，建筑節(jié)能保溫材料提供了更高的應(yīng)用價值，減少了建筑物的熱量損失和能量浪費[2-3]。本文正是在此背景條件下展開，研究成果有利于豐富我國建筑外墻節(jié)能保溫材料方面的理論研究和具體施工應(yīng)用，為適用于山東地區(qū)的保溫節(jié)能材料的推廣應(yīng)用提供參考。

1 工程概況

山東省濟(jì)南市某高層民用住宅項目由10 棟32 層單體建筑組成，項目總建筑面積240600m2，采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑全年日照時間不應(yīng)少于2000h，冬至日室內(nèi)照度不應(yīng)小于150lx，在夏至日室內(nèi)照度不應(yīng)小于300lx。建筑所在區(qū)域為溫帶季風(fēng)氣候，夏季受熱帶、副熱帶海洋氣團(tuán)影響，雨量充沛，光照充足，春季和秋季的輻射量較低，一般在1000W/m2～1500W/m2，夏季的輻射量一般在1500W/m2～2000W/m2，冬季的輻射量一般在500W/m2～1000W/m2。夏季105d～120d，平均氣溫較大的月份主要集中在5月～9月，分別為22.1℃、25.9℃、27.2℃、26.2℃和21.9℃，相應(yīng)月份的降雨量為51mm、80mm、196mm、165mm 和55mm，冬季則受蒙古高壓和極地大陸氣團(tuán)所控制，寒冷晴朗，存在雨雪天氣，平均氣溫較大的月份主要集中在12月、次年1月和2月，分別為-0.2℃、-3.2℃和0.3℃，相應(yīng)月份的降雨量分別為9mm、7mm和10mm。

2 建筑外墻節(jié)能保溫材料的方案確定

2.1 建筑外墻節(jié)能保溫材料

在建筑外墻節(jié)能保溫材料的使用中，根據(jù)材料的成分可以將其分為無機(jī)保溫材料、有機(jī)保溫材料和新型復(fù)合保溫材料。各種外墻節(jié)能保溫材料的分類如表1所示。在實際工程應(yīng)用中，外墻保溫材料的確定需要綜合考慮眾多因素，包括建筑物所處區(qū)域氣候、建筑保溫性能要求建筑物抗風(fēng)阻燃要求以及建造的工程成本等[4-6]。

表1 各種外墻節(jié)能保溫材料的分類

2.2 建筑外墻節(jié)能保溫系統(tǒng)

為了保證建筑內(nèi)部熱環(huán)境的穩(wěn)定，防止熱量損失，在節(jié)能保溫材料的基礎(chǔ)上，設(shè)置必要的節(jié)能保溫系統(tǒng)以創(chuàng)造有效的保溫節(jié)能環(huán)境[7]。目前，從外墻節(jié)能保溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上，可以大致分為4 類節(jié)能保溫做法，分別為外墻自保溫系統(tǒng)、外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)、外墻夾心保溫系統(tǒng)和外墻外保溫系統(tǒng)。

外墻自保溫系統(tǒng)利用了墻體自身的保溫性能，通過采用加氣混凝土墻體實現(xiàn)隔熱保溫，不需要額外的材料或施工工序。外墻自保溫系統(tǒng)一般由混凝土、加氣混凝土砌塊、水泥砂漿抹灰組成，各主體材料的熱力學(xué)參數(shù)如表2所示，外墻自保溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)做法如圖1所示。

圖1 外墻自保溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)做法

表2 外墻自保溫系統(tǒng)主體材料的熱力學(xué)參數(shù)

外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)主要是在外墻內(nèi)側(cè)使用預(yù)制保溫材料粘貼、拼接、抹面或直接做保溫砂漿層，采用室內(nèi)作業(yè)，以達(dá)到保溫目的，內(nèi)保溫系統(tǒng)可以有效解決熱橋現(xiàn)象。外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)一般由混凝土、加氣混凝土砌塊、聚氨酯硬泡、水泥砂漿抹灰組成，各主體材料的熱力學(xué)參數(shù)如表3所示，內(nèi)墻自保溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)做法如圖2所示。

圖2 外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)做法

表3 外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)主體材料的熱力學(xué)參數(shù)

外墻夾心保溫系統(tǒng)是在外墻施作時，分為內(nèi)外2個墻體，內(nèi)外側(cè)墻一般采用混凝土空心砌塊，將保溫材料置于外墻的內(nèi)外側(cè)墻片之間實現(xiàn)保溫[8]。外墻夾心保溫系統(tǒng)一般由混凝土、加氣混凝土砌塊、聚氨酯硬泡、水泥砂漿抹灰、混凝土空心砌塊組成，各主體材料的熱力學(xué)參數(shù)如表4所示，內(nèi)墻自保溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)做法如圖3所示。

圖3 外墻夾心保溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)做法

表4 外墻夾心保溫系統(tǒng)主體材料的熱力學(xué)參數(shù)

外墻外保溫系統(tǒng)是與外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)相反的做法，是將保溫材料放置于建筑外墻外側(cè)。外墻外保溫系統(tǒng)一般由混凝土、加氣混凝土砌塊、聚氨酯硬泡、水泥砂漿抹灰、?；⒅榻M成，各主體材料的熱力學(xué)參數(shù)如表5所示，外墻外保溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)做法如圖4所示。

圖4 外墻外保溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)做法

表5 外墻外保溫系統(tǒng)主體材料的熱力學(xué)參數(shù)

3 基于紅外熱成像技術(shù)的建筑外墻節(jié)能保溫材料檢測技術(shù)

根據(jù)中國熱工設(shè)計分區(qū)圖，濟(jì)南地區(qū)冬季平均氣溫在0℃～10℃之間的氣候地區(qū)，屬于寒冷地區(qū)，冬季大風(fēng)天氣較少，一般多為3～5級風(fēng)力，冬季干旱少雨，火災(zāi)隱患較大，對建筑物的防火要求較高，因此對于外墻的保溫材料應(yīng)具有相應(yīng)的防火阻燃特性。綜合考慮建設(shè)成本、區(qū)域氣候條件、施工周期，項目確定采用外墻外保溫系統(tǒng)，保溫材料為無機(jī)保溫砂漿、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料（PU）、珍珠巖水泥復(fù)合砂漿等7類材料，其中無機(jī)保溫砂漿運用于外墻結(jié)構(gòu)中，AX-800復(fù)合硅質(zhì)保溫材料運用于外墻、屋頂與幕墻下，珍珠巖水泥復(fù)合砂漿運用于易發(fā)生冷橋結(jié)露的建筑節(jié)點，如建筑水泥石柱，聚氨酯泡沫板主要運用于檐口，聚苯板主要運用于外墻及屋頂，憎水巖面主要運用于外墻保溫層，Low-E中空鋼化玻璃主要運用于層間梁、層間墻體、鋁塑板作為背襯板?；诩t外熱成像技術(shù)對施工后的外墻保溫墻體進(jìn)行檢測，結(jié)果如圖5所示。

圖5 外墻保溫系統(tǒng)紅外熱成像技術(shù)

紅外成像檢測表明，窗口的最低氣溫達(dá)到-15.5℃，最高氣溫為-4.4℃，墻體的最低氣溫達(dá)到-22℃，最高氣溫為-4.4℃，外墻的傳熱系數(shù)低至0.45W/m·K，外窗的傳熱系數(shù)低至2.67W/m·K，建筑保溫性能良好，按冬季室內(nèi)16℃的溫度計算，每年可以節(jié)約取暖費用共計32萬元，取得了良好的保溫節(jié)能效果。

4 結(jié)語

以山東省濟(jì)南市某高層民用住宅項目為研究對象，分析建筑外墻節(jié)能保溫材料及節(jié)能保溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)做法的基礎(chǔ)上，確定項目保溫設(shè)計方案，并運用紅外熱成像技術(shù)測定建筑表面溫度，推算外墻的傳熱系數(shù)，得到以下結(jié)論：

（1）綜合考慮建設(shè)成本、區(qū)域氣候條件、施工周期，項目確定采用外墻外保溫系統(tǒng)，保溫材料為無機(jī)保溫砂漿、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料（PU）、珍珠巖水泥復(fù)合砂漿等7類材料。

（2）基于紅外熱成像技術(shù)的建筑外墻節(jié)能保溫材料檢測技術(shù)表明，窗口的最低氣溫達(dá)到-15.5℃，最高氣溫為-4.4℃，墻體的最低氣溫達(dá)到-22℃，最高氣溫為-4.4℃，外墻的傳熱系數(shù)低至0.45W/m·K，外窗的傳熱系數(shù)低至2.67W/m·K，建筑保溫性能良好。