房屋建筑外墙绿色节能保温技术研究
时间：2023-03-01 17:15:08 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
兰 秋 （南宁职业技术学院，广西 南宁 530008）
绿色节能是21世纪建筑行业的一个重要课题，同时也是新时代建筑行业未来的主流发展方向。建筑内电气电子设备较多，无论是制热、制冷等都需要消耗巨大的电力能源，因此需要采取有效手段降低建筑能耗[1]。保温作为建筑的主要功能之一，在建筑外围护结构中，外墙占建筑的外表面积比重较大，直接与室外空气接触，因此外墙的热损耗也比较大。在纬度较高的地区，建筑外墙需要具有良好的保温效果，利用相关技术提升建筑外墙保温性能，从而降低建筑的制热能耗，是新型绿色环保建筑所面临的重要难题。由于国内关于新型绿色环保建筑外墙材料节能保温研究起步比较晚，相关的技术和理论还不够成熟，虽然已经有了将近二十年的研究和实践经验，但是技术水平相较国外还存在较大的差距[2]。在实际工程中对于建筑外墙保温材料选择不够合理，并且为了提升保温效果，一味地增加外墙保温材料厚度，虽然建筑的保温性能有所提高，但是在夏季时建筑室内温度也比较高，提升了室内制冷能耗，没有达到预期的节能效果。由此可见，目前新型绿色环保建筑外墙材料节能保温技术还存在较大的提升空间，为此提出此次研究。
以某建筑工程为实例，对新型绿色环保建筑外墙材料节能保温技术应用进行实例分析。该建筑工程总楼层数量为6 层，建筑高度为18.54m，单个楼层面积为465.15m2，建筑整体朝向为西南向。该建筑围护结构主要由外墙、屋顶、外窗以及外门组成，外墙为245mm 厚页岩模数烧结砖，外窗的材质为单框断桥铝13 中空加Low-R高透光玻璃，外门采用岩棉保温多功能防盗门，建筑屋顶采用85.5mm 厚挤塑聚苯保温板加156.54mm厚钢筋混凝土板坡屋顶，建筑工程平面示意如图1所示。
图1 建筑工程平面示意图
该建筑处于中国南方地区，年平均气温17.5℃～23.5℃。冬季温度较低，各地极端最低气温为-8.4℃～2.9℃，对建筑外墙材料节能保温要求较高。
建筑外墙材料节能保温技术主要包括三个部分：第一，结合建筑所在区域的气候条件以及节能保温需求，对建筑外墙材料节能保温整体结构进行设计；
第二，综合考虑绿色环保、节能、保温等因素，选择合适的建筑外墙保温材料；
第三，根据设计方案开展新型绿色环保建筑外墙材料节能保温施工。以下将结合建筑工程实际情况，从这三个方面入手，对建筑外墙材料节能保温技术进行详细说明。
2.1 外墙节能保温结构
建筑外墙节能保温整体结构设计主要根据我国《民用建筑热工设计规范》(GB50176-2016)，结构形式采用水泥砂浆+保温材料复合型[3-4]。其保温结构主要由水泥砂浆层、保温材料层、水泥砂浆层、粘结层和饰面层组成。建筑外墙节能保温结构如图2所示。
由图2 可知，建筑外墙的基层外是一层水泥砂浆，厚度为10mm，其作用是使建筑保温材料与外墙粘合。在保温材料铺设和固定完成后，再在其外侧涂抹一层厚度为10mm的水泥砂浆，利用水泥砂浆将建筑保温材料包裹住，避免建筑保温材料受到外部环境作用的影响[5]。然后在水泥砂浆外部涂一层粘结层，用于固定外墙的饰面材料。粘结层和饰面材料除了保证外墙美观外，还可缓解外界环境对保温材料层的风化作用，以此提升建筑外墙保温的使用寿命和防渗效果。
图2 建筑外墙节能保温结构
2.2 外墙保温材料选择
建筑外墙保温材料的选择尤为重要，是新型绿色环保建筑外墙材料节能保温技术的关键。目前，常用的保温材料主要有聚苯板、岩棉板、聚氨酯保温板以及胶粉聚苯颗粒等，通过查阅规范及文献[6]，可总结以上材料的主要性能参数，见表1。
表1 保温材料性能参数
由表1 可知，四种保温材料的导热系数在0.024W/(m·K)～0.09W/(m·K)范围内，基本满足外墙保温的要求。其中，胶粉聚苯颗粒直接涂抹在外墙基层的表面，由于其导热系数在四种材料中最大，而且干密度达到400kg/m3，自重较大，施工要求较高，相比于其他轻质材料，不适用于本工程。岩棉板同样存在导热系数大、自重大的问题。
因此，依托工程主要在聚苯板和聚氨酯保温板中选择。聚苯板和聚氨酯保温板都具有导热系数低、质量轻、施工简单、耐老化等优点，综合考虑寒冷地区的适用性，本文选择导热系数更低的聚氨酯保温板作为建筑外墙保温材料。
2.3 外墙保温材料性能检测
建筑外墙节能保温材料检测中，最重要的一项指标就是导热性能，关系到建筑工程的节能效果。在检测过程中需要借助专业测试设备，对材料导热性能进行分析，综合计算热工参数，确保检测数值精准，符合材料的实际性能和要求。节能保温材料密度也是关键的检测指标，主要针对表观密度和干密度进行分析。
经随机采样检测，本文采用的聚氨酯保温板导热系数在0.02W/(m·K)～0.028W/(m·K)范围内，平均导热系数为0.024W/(m·K)，与规范推荐值基本一致。
2.4 外墙保温材料厚度验算
新型绿色环保建筑外墙节能保温结构设计的关键在于保温材料厚度的设计，相关研究资料表明，建筑外墙传热量与外墙保温材料的厚度、导热系数有直接关系，厚度设计需要根据保温结构的综合传热系数是否满足于该地区的外墙保温层传热系数限值，然后再根据工程实际情况进行调整。依据建筑工程所处地区并参考相关标准，本地区建筑楼层大于4层的外墙传热系数限值为0.4W/(m2·K)。
根据《民用建筑热工设计规范》(GB50176-2016)，外墙的传热系数计算公式如下：
式中，Kt为外墙综合传热系数，W/(m2·K)，R0为外墙综合传热热阻，m2·K/W。R0的计算公式如下：
式中，Rin为外墙的内表面换热阻，m2·K/W；
Rout为外墙的外表面换热阻，m2·K/W；
查阅《民用建筑热工设计规范》附录B中推荐值，可取Rin为0.11，Rout为0.04；
R为外墙内部复合保温结构的热阻，m2·K/W。
由于外墙内部复合保温结构除了饰面层外，主要由水泥砂浆和保温材料层组成，饰面层的热阻反映在Rout中，因此R可采用下式计算：
式中，Rb为外墙保温材料热阻，m2·K/W；
Rc为水泥砂浆换热阻，m2·K/W。水泥砂浆和外墙保温材料的热阻可采用下式计算：
式中，Ri代表不同材料的热阻，m2·K/W；
δi代表保温材料的厚度，m；
λi代表保温材料的导热系数，W/(m·K)。
复合保温结构的砂浆厚度取0.02m，砂浆的导热系数为0.93W/(m·K)，可得Rc为0.022m2·K/W。
根据以上公式和参数，首先将外墙传热系数限值代入公式（1），可得R0值为2.5。将R0代入公式（2）可得R，值为2.34。将R、Rb以及保温材料导热系数代入公式（3）和（4）即可得到保温材料厚度限值为0.056m，即保温材料厚度不低于56mm。考虑最不利的情况以及经济性，本文的保温材料厚度取60mm。
根据外墙材料节能保温设计方案和图纸，开展外墙材料节能保温施工，在施工前需要做好准备工作。将施工所需要使用的建筑材料和保温材料运输到场内，包括水泥、聚氨酯保温板、饰面材料等，将聚氨酯保温板安放到指定地点，注意远离火源和水源。将建筑外墙表面清理干净，除去表面的灰尘和杂物，并使用水平仪对建筑外墙进行测量，对凸起的部分使用砂纸打磨平整，保证建筑外墙的平整性。使用专用设备和工具制备水泥砂浆，水泥、水、添加剂的比例为3：2：1，将制备好的水泥砂浆涂抹到建筑外墙表面，水泥砂浆厚度为10mm，由于其主要起到保温材料与墙体的粘结作用，因此不用涂抹过厚。基层的水泥砂浆涂抹完毕后，按照建筑外墙的长度与宽度，对聚氨酯保温板进行裁剪，在水泥砂浆尚未凝固时将膨胀聚酯板铺贴到墙面上，使用手臂或者专用工具捶打聚氨酯保温板，目的是使膨胀聚酯板与水泥砂浆紧密贴合，将内部的空气挤出[7]。铺贴完膨胀聚酯板后，待水泥砂浆完全凝固，然后在膨胀聚酯板表面涂抹水泥砂浆，水泥砂浆厚度为10mm。最后在水泥砂浆外层施作粘结层和饰面层，以此完成建筑外墙材料节能保温施工。
（1）聚氨酯保温板具有导热系数低、质量轻等优点，通过与水泥砂浆结合形成的复合型保温结构可适用于低温环境下外墙节能保温。
（2）保温材料施工前应对导热系数进行检验，当聚氨酯保温板导热系数在0.024W/(m·K)时，保温材料层厚度应不低于60mm。
（3）本文提出的低温环境下外墙保温技术及相关参数，可为类似气温地区的建筑节能保温提供参考。
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