高層建筑外墻保溫隔熱施工技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用

【摘要】在高層建筑中，外墻保溫隔熱性能的優(yōu)劣直接影響著建筑的能源消耗和室內(nèi)舒適度。文章深入探討高層建筑外墻保溫隔熱施工技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用，分析傳統(tǒng)技術(shù)的局限性，詳細(xì)闡述新型技術(shù)的原理和施工工藝，并通過實際案例驗證了其有效性和可行性。同時，對未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望，為其進(jìn)一步發(fā)展提供理論支持和實踐指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；外墻保溫隔熱；真空絕熱板；氣凝膠保溫隔熱；保溫裝飾一體化

【中圖分類號】TU761.1 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）09-0064-03

0 引言

高層建筑良好的保溫隔熱性能有助于維持室內(nèi)舒適的溫度環(huán)境。在寒冷的冬季，能有效阻止室內(nèi)熱量向外散失，保持室內(nèi)溫暖，減少采暖能耗。在炎熱的夏季，能阻擋外界熱量傳入室內(nèi)，降低空調(diào)的使用頻率，節(jié)省能源并減輕電網(wǎng)負(fù)擔(dān)。本文通過對高層建筑外墻保溫隔熱創(chuàng)新技術(shù)的研究，可以為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力的技術(shù)支持。同時，對于改善城市環(huán)境質(zhì)量、減少溫室氣體排放具有重要意義。

1 高層建筑外墻保溫隔熱施工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 傳統(tǒng)保溫隔熱技術(shù)概述

在高層建筑領(lǐng)域，外墻保溫隔熱技術(shù)對于提高建筑的能效以及增強(qiáng)居住舒適度具有至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的保溫隔熱技術(shù)中，聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)和聚苯板現(xiàn)澆混凝土外墻外保溫系統(tǒng)是兩個應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)體系。

1.1.1 聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)

聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)采用聚苯乙烯泡沫塑料板作為建筑物的外保溫材料。工作原理是在建筑主體結(jié)構(gòu)完成后，將苯板用專用黏結(jié)砂漿或特殊錨固材料按要求黏結(jié)上墻，隨后在聚苯板表面抹聚合物水泥砂漿，其中壓入耐堿涂別玻纖網(wǎng)格布以增強(qiáng)抗裂性能，最終抹膩子和涂料作為裝飾面層[1]。這一系統(tǒng)具有優(yōu)越的保溫隔熱性能、良好的防水性能及抗風(fēng)壓、抗沖擊性能，被廣泛應(yīng)用于高層建筑的外墻保溫中。聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)的優(yōu)點在于能夠顯著降低建筑能耗，提高居住舒適度。

1.1.2 聚苯板現(xiàn)澆混凝土外墻外保溫系統(tǒng)

聚苯板現(xiàn)澆混凝土外墻外保溫系統(tǒng)采用內(nèi)表面凹凸形齒槽的聚苯板（EPS）作為現(xiàn)澆混凝土外墻的外保溫材料。該系統(tǒng)通過噴涂界面劑將聚苯板安裝于墻體鋼筋之外，并用尼龍錨栓將EPS板與墻體鋼筋綁扎，然后安裝內(nèi)外大模板，澆灌混凝土并拆模后，EPS板與混凝土墻體聯(lián)結(jié)成一體[2]。在聚苯板表面，再薄抹一層抹面抗裂砂漿，并鋪設(shè)玻纖網(wǎng)格布，最后做飾面層。這一系統(tǒng)的優(yōu)點在于保溫層與墻體一次性完工，省去貼合EPS板的工序，提高了施工效率。

1.2 傳統(tǒng)技術(shù)存在的問題

1.2.1 保溫性能的衰減

傳統(tǒng)的保溫隔熱材料在使用一段時間后，往往會出現(xiàn)保溫性能衰減的問題。以聚苯板為例，由于長期暴露在外界環(huán)境中，可能會受到紫外線、溫度變化、雨水侵蝕等因素的影響，導(dǎo)致聚苯板的物理性能下降，如出現(xiàn)收縮、開裂等現(xiàn)象，從而使保溫性能逐漸降低。此外，施工過程中的不規(guī)范操作，如黏結(jié)不牢固、拼縫處理不當(dāng)?shù)?，也會影響保溫系統(tǒng)的整體性和密封性，進(jìn)而導(dǎo)致保溫性能的衰減。

1.2.2 防火性能不足

聚苯板等有機(jī)保溫材料的防火性能較差，大多屬于易燃或可燃材料。在發(fā)生火災(zāi)時，這些材料容易燃燒，并釋放出大量的有毒煙霧，給人員疏散和消防救援帶來極大的困難[3]。近年來，因建筑外墻保溫材料引發(fā)的火災(zāi)事故時有發(fā)生，給居民生命財產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重的損失。因此，提高保溫材料的防火性能已成為當(dāng)前高層建筑外墻保溫隔熱施工技術(shù)面臨的一個重要挑戰(zhàn)。

1.2.3 施工難度大

傳統(tǒng)的保溫隔熱施工技術(shù)往往需要較高的施工精度和操作技能。例如，在聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)的施工中，需要確保聚苯板的貼合牢固、平整度符合要求以及抹面膠漿的厚度均勻等。然而，在實際施工過程中，由于施工人員的技術(shù)水平參差不齊、施工環(huán)境復(fù)雜等因素的影響，往往難以達(dá)到理想的施工質(zhì)量。此外，傳統(tǒng)保溫技術(shù)的施工工序較多，施工周期較長，也會增加施工成本和管理難度。

2 新型高層建筑外墻保溫隔熱施工技術(shù)

2.1 真空絕熱板保溫技術(shù)

真空絕熱板（VIP）的原理是盡量降低板內(nèi)氣體含量以形成近真空環(huán)境，大幅減少氣體傳熱，實現(xiàn)高效保溫隔熱，其導(dǎo)熱系數(shù)通常低于0.008 W/（m .K），遠(yuǎn)勝傳統(tǒng)保溫材料[4]。在保溫性能上，相比傳統(tǒng)聚苯板，保溫效率能提高5～8倍；厚度超薄，約為傳統(tǒng)保溫材料的1/5～1/10；質(zhì)量較輕，每平方米重量在2～5 kg左右。這些特性使真空絕熱板在保溫隔熱領(lǐng)域具有獨(dú)特優(yōu)勢。

真空絕熱板保溫技術(shù)的施工工藝主要包含基層處理、黏結(jié)劑涂抹、真空絕熱板安裝、拼縫處理和防護(hù)層施工?；鶎犹幚硪笃秸绕畈荒艹^4 mm，垂直度偏差在5 mm以內(nèi)。黏結(jié)劑涂抹面積應(yīng)不小于真空絕熱板面積的50%，黏結(jié)強(qiáng)度需達(dá)到0.1 MPa以上。真空絕熱板安裝時，板與板之間的拼縫寬度應(yīng)控制在2 mm以內(nèi)，并使用專用的密封膠進(jìn)行處理，密封膠的拉伸強(qiáng)度應(yīng)大于0.6 MPa。防護(hù)層的厚度一般為3～5 mm，抗裂砂漿的壓折比應(yīng)小于3。

2.2 氣凝膠保溫隔熱技術(shù)

氣凝膠是它由納米級顆粒堆積而成，孔隙率高達(dá)90%以上。在材料特性方面表現(xiàn)出色，其擁有超低的導(dǎo)熱系數(shù)，約為0.015 W/（m .K），是目前已知導(dǎo)熱系數(shù)最低的固體材料之一，這意味著它具備卓越的隔熱性能[5]。同時，它具有高防火性能，能達(dá)到A1級防火標(biāo)準(zhǔn)，可耐高溫達(dá)650 ℃以上，在防火安全方面表現(xiàn)優(yōu)異。此外，良好的疏水性也是其特點之一，吸水率小于5%，使其能在潮濕環(huán)境中保持穩(wěn)定性能。在應(yīng)用優(yōu)勢上，氣凝膠節(jié)能效果顯著，相較于傳統(tǒng)保溫材料，能夠降低建筑能耗約30%～40%，為節(jié)能減排作出重要貢獻(xiàn)。而且它輕薄靈活，厚度可減少50%以上，特別適用于空間有限的區(qū)域。

氣凝膠保溫隔熱技術(shù)施工每平方米用量不少于5 kg，以保證氣凝膠保溫板牢固貼附。貼合保溫板，板間拼縫控制在2 mm內(nèi)，拼縫處使用寬度不小于10 mm、厚度不小于5 mm的密封膠密封。在保溫板表面鋪設(shè)搭接寬度不小于100 mm的增強(qiáng)網(wǎng)格布，用錨固件固定，錨固件間距橫縱均不超過600 mm，同時錨固件不少于8個/m2。最后涂抹厚度達(dá)5 mm、抗壓強(qiáng)度不低于 15 MPa的抗裂砂漿形成防護(hù)層。施工完成后，檢測干結(jié)強(qiáng)度不小于0.1 MPa為合格。

2.3 相變儲能保溫技術(shù)

相變儲能保溫技術(shù)的工作原理是利用相變儲能保溫材料在相變過程中吸收或釋放大量潛熱來實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。以石蠟類相變材料為例，其相變溫度為20～25 ℃ ，相變潛熱可達(dá)150～200 kJ/kg。當(dāng)環(huán)境溫度高于相變溫度時，材料由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)吸收熱量；當(dāng)環(huán)境溫度低于相變溫度時，材料由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)釋放熱量。在施工中，應(yīng)以下注意事項：①封裝要求極為嚴(yán)格，封裝材料的強(qiáng)度應(yīng)大于1.5 MPa，以確保相變材料不會泄漏；②鋪設(shè)要均勻，鋪設(shè)厚度偏差應(yīng)控制在±5 mm以內(nèi)，保證保溫效果的一致性；③特別注意避免損傷，施工過程中要防止尖銳物體刺破封裝層，以免影響相變儲能保溫材料的性能，從而確保施工質(zhì)量和保溫效果。

2.4 保溫裝飾一體化板技術(shù)

保溫裝飾一體化板是一種綜合性的建筑材料，通常由保溫芯材（如聚苯乙烯泡沫板、巖棉等）、黏結(jié)層、裝飾面板（如鋁板、陶瓷薄板等）和錨固件組成。在性能方面，其保溫性能優(yōu)良，導(dǎo)熱系數(shù)一般在0.0～0.06 W/（m .K），能有效減少熱量散失。裝飾效果顯著，顏色保持可達(dá)15年以上，且具有很強(qiáng)的耐候性。

施工工藝主要包括粘錨結(jié)合和干掛。粘錨結(jié)合時，黏結(jié)劑的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度應(yīng)不小于0.1 MPa，錨固件的抗拉承載力標(biāo)準(zhǔn)值不小于0.6 kN，以確保牢固安裝。干掛時，掛件的承載能力要大于板的自重2倍以上。質(zhì)量控制要點眾多，基層平整度偏差不能超過3 mm，板縫寬度需均勻一致，控制在8～2 mm之間，黏結(jié)牢固度要通過現(xiàn)場拉拔試驗，強(qiáng)度不小于0.1 MPa。應(yīng)嚴(yán)格把控這些環(huán)節(jié)，才能保證保溫裝飾一體化板的安裝質(zhì)量和使用效果，使其在建筑外墻保溫隔熱與裝飾中發(fā)揮出色的作用。

3 創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用案例分析

3.1 工程概況

某高層寫字樓建筑總高度為180 m，地上40層，地下4層，總建筑面積為100 000 m2。建筑位于氣候四季分明的地區(qū)，夏季炎熱、冬季寒冷，對于保溫隔熱性能要求較高。

3.2 采用的創(chuàng)新技術(shù)及原因

項目采用了氣凝膠保溫隔熱技術(shù)。選擇這一創(chuàng)新技術(shù)主要基于以下原因。

1）出色的保溫隔熱性能。氣凝膠的導(dǎo)熱系數(shù)極低，僅為0.013～0.018 W/（m .K），能夠有效阻止熱量的傳遞。

2）防火性能優(yōu)異。具有A1級防火等級，在高溫下不燃燒，大大提高了建筑的防火安全性。

3）輕質(zhì)高強(qiáng)。密度小，減輕了建筑外墻的負(fù)荷，同時具備較高的強(qiáng)度，能夠承受一定的外力。

3.3 施工過程與難點解決

1）施工過程。第一步是基層處理，對建筑外墻基層進(jìn)行清理、修補(bǔ)和平整處理，以確?；鶎永喂毯推秸?。第二步均勻涂抹專用黏結(jié)劑，保障氣凝膠板與基層有足夠的黏結(jié)強(qiáng)度。然后按照預(yù)定排版順序安裝氣凝膠板，使板與板緊密拼接。第三步采用合適的錨固件對氣凝膠板進(jìn)一步固定，增強(qiáng)其穩(wěn)定性。最后在氣凝膠板表面涂抹防護(hù)層，以提高其耐久性和防水性能，完成整個施工流程。

2）難點及解決方法。第一，氣凝膠板質(zhì)地較脆，裁剪和拼接過程中容易破損，可以通過采用專業(yè)的工具和精細(xì)的操作以及在拼接處增加加強(qiáng)網(wǎng)，來解決這一問題。第二，氣凝膠板對施工環(huán)境的濕度和溫度有一定要求，在施工時可以通過合理安排施工時間，采取臨時的溫濕度控制措施，確保施工環(huán)境符合要求。

3.4 效果評估與節(jié)能數(shù)據(jù)對比

通過效果評估和節(jié)能數(shù)據(jù)對比可以看出，采用氣凝膠保溫隔熱技術(shù)后，建筑的保溫隔熱性能得到顯著提升。夏季室內(nèi)平均溫度降低2～3 ℃ ，冬季室內(nèi)平均溫度提高2～4 ℃ ，有效改善了室內(nèi)舒適度。在能耗方面，夏季空調(diào)能耗每月降低4 000 kW .h，降幅約33.3%；冬季采暖能耗每月降低3 000 kW .h，降幅約30%，這不僅降低建筑的運(yùn)營成本，還為節(jié)能減排作出重要貢獻(xiàn)。

4 高層建筑外墻保溫隔熱施工技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 綠色環(huán)保材料的應(yīng)用

傳統(tǒng)的保溫隔熱材料在生產(chǎn)和使用過程中可能會對環(huán)境造成一定的污染，而新型的綠色環(huán)保材料具有更低的環(huán)境負(fù)荷。例如，以植物纖維為原料制成的保溫材料，不僅具有良好的保溫性能，而且在生產(chǎn)過程中能耗低、污染少，廢棄后還可自然降解。此外，一些新型的納米材料也展現(xiàn)出巨大的潛力，具有優(yōu)異的保溫隔熱性能，同時對環(huán)境友好。這些材料的使用將有助于減少建筑行業(yè)對自然資源的消耗，降低對環(huán)境的壓力。

4.2 智能化施工與監(jiān)控

智能化施工將成為高層建筑外墻保溫隔熱施工技術(shù)的重要發(fā)展方向。通過引入機(jī)器人、無人機(jī)等先進(jìn)設(shè)備，可以實現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的施工操作。例如，機(jī)器人可以完成保溫材料的涂抹、鋪貼等工作，施工精度和效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工操作。同時，利用智能化監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)測施工過程中的各項參數(shù)，如溫度、濕度、黏結(jié)強(qiáng)度等，可以及時發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行調(diào)整，確保施工質(zhì)量。此外，智能化施工還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和管理，提高施工的安全性和便利性。

4.3 與可再生能源的結(jié)合

高層建筑外墻保溫隔熱施工技術(shù)將與可再生能源更加緊密地結(jié)合。太陽能作為一種清潔、可再生的能源，將更多地被應(yīng)用于高層建筑外墻保溫隔熱系統(tǒng)中。例如，光伏一體化技術(shù)可以將太陽能電池板與保溫隔熱材料相結(jié)合，在實現(xiàn)保溫隔熱的同時，還能將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，為建筑提供部分能源供應(yīng)。此外，地?zé)崮?、風(fēng)能等可再生能源也有望與外墻保溫隔熱技術(shù)相結(jié)合，形成綜合的能源利用系統(tǒng)，進(jìn)一步提高建筑的能源自給能力。

5 結(jié)語

從傳統(tǒng)的保溫隔熱方法到如今的真空絕熱板、氣凝膠、相變儲能及保溫裝飾一體化板等新型技術(shù)的涌現(xiàn)，不僅極大地提高了建筑的保溫隔熱性能，還顯著降低能源消耗，促進(jìn)了建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。未來，高層建筑外墻保溫隔熱施工技術(shù)將繼續(xù)朝著更加綠色環(huán)保、智能化及與可再生能源深度融合的方向發(fā)展，為構(gòu)建綠色、低碳、可持續(xù)的城市生活空間貢獻(xiàn)力量。

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[作者簡介]孫振華（1992—），男，山東聊城人，大專，助理工程師，研究方向：建筑施工。