外墙保温的发展与现状

赵 军

建筑围护结构的保温隔热是实现建筑节能的重要技术和基本方式,其地位也在日益得到增强。这其中外墙的保温又是重中之重。目前外墙保温分为外墙外保温、外墙内保温和三明治式夹芯保温三种以及使用空心砖、空心砌块等轻质墙体材料等。

外墙内保温施工是在外墙结构的内部加做保温层。优点是内保温施工速度快,操作方便灵活,可以保证施工进度;且应用时间较长,技术成熟,施工技术及检验标准是比较完善的。但是内保温会占用使用面积,“热桥”问题非常不易解决,容易引起开裂,还会影响施工进度,影响居民的二次装修,且内墙悬挂和固定物件容易破坏内保温结构。内保温在技术上的不合理性,决定了其必然要被外保温所替代。

1 外墙外保温的发展与作用

外墙外保温是目前大力推广的建筑保温节能技术。外保温技术合理,与内保温相比,使用相同尺寸、规格和性能的保温材料效果要好。关键的是可以很好的降低K值,解决热桥问题,消除冷凝,提高房间舒适度;同时保护建筑物外墙,提高建筑使用寿命。外墙保温体系于20世纪60年代起源于欧洲,70年代第一次能源危机后得到重视。最初用于弥补墙体裂缝,通过实际使用后发现确实可以很好的解决墙体裂缝,同时又发现这种复合的墙体材料具有良好的保温隔热性能,节约了消耗。并且,重质的墙体外侧复合轻质的保温系统是最合理的墙体结构组合方式。这种复合的墙体结构在满足力学要求的同时还在隔音、防火、防潮、热舒适度等方面都具有最佳性能[1]。

2 外墙外保温的基本现状

2.1 外挂式外保温

外挂的保温材料有岩(矿)棉、玻璃棉毡、聚苯乙烯泡沫板(简称聚苯板,EPS,XPS)、陶粒混凝土复合聚苯仿石装饰保温板、钢丝网架夹芯墙板等。其中聚苯板保温因具有良好的物理性能和廉价的成本,已经在全世界范围内的外墙保温外挂技术中被广泛使用。该外挂技术是采用粘结砂浆或是专用的固定件将保温材料贴、挂在墙面上,然后抹抗裂砂浆,压入玻璃纤维网格布形成的保护层,最后加做装饰面。还有一种做法是用专用的固定件将不易吸收水的各种保温板固定在外墙上,然后将铝板、天然石材、彩色玻璃等外挂在预先制作的龙骨上,直接形成装饰面。由贝聿铭先生设计的中国银行总行办公楼的外保温采用的就是这种设计。

这种外挂式的外保温安装费时,施工难度大,且施工占用主导工期,待主体验收完后才可以进行施工。在进行高层施工时,施工人员的安全不易得到保障。

1)保温材料。保温材料所具有的一个共同特点就是在材料内部有大量的封闭孔,所以其表观密度都较小。其中聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯树脂为主要原料,经发泡剂发泡而制成,由许多封闭的多面体蜂窝组成,每个蜂窝的直径为0.2 mm～0.5 mm,蜂窝壁厚仅0.001 mm。岩棉和玻璃棉有时统称为矿物棉,它们都属于无机材料。岩棉不燃烧,价格较低,在满足保温隔热性能的同时还能够具有一定的隔声效果。但岩棉的质量优劣相差较大,保温性能好的密度低,其抗拉强度也低,耐久性比较差。玻璃棉与岩棉在性能上有很多相似之处,但其手感好于岩棉,可改善工人的劳动条件。但它的价格较岩棉高。2)构造特点。以聚苯乙烯泡沫塑料板薄抹灰型外墙外保温系统为例:此系统采用胶粘剂把作为保温隔热层的聚苯板(或者采用极压性聚苯板)与基层墙体粘结(根据建筑高度或有特殊要求,决定是否辅以锚栓固定)。保温层的防护层为嵌埋有耐碱玻璃网格布增强的聚合物抗裂砂浆,即为薄抹灰面层,防护层厚度普通为3 mm～5 mm,加强型为5 mm～7 mm,然后外面采用涂料饰面。3)构造问题。首先是饰面问题。在使用涂料饰面时一般没有荷载上的问题。但是在我国陶瓷面砖是各地区都比较受欢迎的一种外墙面装饰材料,近两年来,陶瓷面砖应用于外墙外保温体系的事例也很常见,但是对于荷载却没有实际数据上的技术支持。陶瓷饰面与一般的涂料饰面相比是有一定优点的。其次是粘结剂的问题。当前国内引进的干粉胶主要是醋酸乙烯—乙烯类的聚合物产品,从粘结力、耐候性、耐水性等性能看,很大程度上不如丙烯酸系聚合物胶粘剂,尤其在弹性方面,后者有很大的抗裂伸长性,防脱落效果好。第三是聚苯板外墙保温体系中,聚苯板+玻纤网+聚合物砂浆形成一个整体,它不仅要有保温隔热的性能,还需要抵御外来的风压、雨淋、高温日照及严寒的侵蚀。

2.2 聚苯板与墙体一次浇筑成型

在混凝土框—剪体系中,基层墙体外现浇钢筋混凝土墙体采用聚苯板作为保温隔热材料,置于建筑外墙外模板内侧,并以锚栓作为辅助固定件,浇筑混凝土使其与聚苯板一起一次成型为复合墙体。这种方式解决了外挂式外保温的主要问题,其优势是很明显的。由于外墙主体与保温层一次成活,功效提高,工期大大缩短,且施工人员的安全性得到了保证。而且在冬季施工时,聚苯板起保温作用,可减少外围护保温措施。其中内置的聚苯板可以是双面钢丝网的,也可以是单面钢丝网的。在拼接聚苯板时,要在板间的各相邻边全部刷满胶粘剂,以使板缝紧密粘结。

2.3 聚苯颗粒保温料浆外墙保温(保温砂浆)

将废弃的聚苯乙烯塑料(简称EPS)加工破碎成为0.5 mm～4 mm的颗粒,作为轻集料来配制保温砂浆。该技术包含保温层、抗裂防护层和抗渗保护面层(或是面层防渗抗裂二合一砂浆层)。保温层分为一般型和加强型,但是加强型需要铺设镀锌钢丝管网,增强保温层与基层墙体的拉结力。

振利公司开发提出了ZL胶粉聚苯颗粒保温材料及成套技术,它包含了“外保温层优于内保温层”“外墙外保温层无空腔体系做法”“柔韧变形量逐层渐变,逐层释放应力的抗裂技术路线”三大技术理念和“保护主体结构,延长建筑结构寿命是最大的节能”外保温主要作用的思想。在1998年被建设部列为国家级工法。这种工法是目前被广泛认可的外墙保温技术。

2.4 保温涂料

复合硅酸盐保温涂料是当前应用最广泛的保温涂料,综合了涂料及保温材料的双重特点,干燥后形成有一定强度及弹性的保温层。保温涂料最大的优势在于施工一体化、保温与饰面一体化,可以提高施工速度和质量,从而保证安全,降低成本。

与一般的保温材料相比较,保温涂料导热系数低,保温效果显著,并且可与基层全面粘结,整体性强,特别适用于其他保温材料难以解决的异型设备保温;质轻、层薄,与建筑内保温相比提高了住宅的使用面积;阻燃性好,环保性强;材料生产工艺简单,能耗低。但同时也有其缺点:如干燥周期强,容易有空鼓现象;抗冲击能力弱,吸湿性大;同时装饰功能也有待加强。

热传递是通过对流、辐射及热传导三种途径来实现的。就保温涂料而言,热传导主要由保温涂料中的固体部分来完成;热对流主要由保温涂料中的空气来完成;热辐射的传递不需要任何介质。因此要获得良好的隔热保温效果:1)要在保持足够机械强度的同时,材料的体积密度极端的小;2)要将空气的对流减弱到极限;3)要通过近于无穷多的界面和通过材料的改性使热辐射经反射、散射和吸收而降到最低。

在国外专家的研究基础上,保温涂料有以下几个发展方向:无机隔热反射墙体涂料、薄层隔热反射涂料、水性反射隔热涂料、辐射隔热涂料、真空绝热保温涂料、纳米孔超级绝热技术在保温领域的应用。

表1 硬质聚氨酯泡沫塑料主要指标

2.5 创新性研究

1)喷涂硬质聚氨酯泡沫塑料外墙外保温系统(见表1)。硬质聚氨酯泡沫塑料具有非常优越的绝热性能,导热系数低是其他材料所无法与之相比的。同时其特有的闭孔结构使其具有更优越的耐水汽性能,由于需要额外的绝缘防潮,简化了施工程序,降低了工程造价。目前,已有振利高新技术公司等企业在大力开发应用硬泡聚氨酯外墙外保温隔热技术,并批量用于工程实践。振利无溶剂聚氨酯硬泡沫喷涂外墙外保温隔热技术为北京振利高新技术公司开发的外墙外保温隔热成套技术之一。该技术采用现场聚氨酯硬泡沫喷涂进行主体保温隔热,采取ZL胶粉聚苯颗粒保温隔热浆料找平和补充保温隔热,饰面层可采用涂料或面砖等进行装饰。

2)岩棉聚苯颗粒外墙外保温隔热技术。岩棉防火性能好,耐久性好,能够做到与结构寿命同步。岩棉外墙外保温隔热的应用在欧洲、北美比较广泛,尤其适用于防火等级要求高的建筑。国外20 m以上的建筑一般都不用聚苯板作为外保温隔热。这种技术构造是采用钢丝网和锚固件将岩棉板固定在基层墙体上,类似于外挂式,但是其配套使用的聚苯颗粒浆料能提高岩棉板面层的强度,这主要是为了解决高层建筑防火的要求,高层建筑的保温隔热层应具有更好的抗火灾功能。

3)其他创新。无论是在保温材料上还是在具体施工技术、建筑构造上,国内外都在对外墙保温技术进行着研究。例如:中国在提倡保温节能的同时,也注重环保。开始把建筑、工业废料如废聚苯颗粒、废聚酯塑料、粉煤灰、尾矿砂、废橡胶颗粒、废纸纤维运用到外墙保温中去。

3 对外墙外保温的要求

在大量试验研究的基础上,欧美对外墙外保温已有严格立法工作,其中包括对外墙外保温系统的强制认证标准,以及对于系统中相关组成材料的标准等。2000年,欧洲技术许可审批组织EOTA发布了名为ETAG 004带抹灰层的墙体外保温复合体系技术许可的标准。新技术标准对外墙外保温的要求为:机械阻力与稳定性,着火时的安全、卫生、健康与环境、实用安全;噪声防护;能源经济与热量保持;耐久性和可用性。

外墙保温要想达到目标首先就要保证材料的货真价实和施工上没有偷工减料现象。虽然现在在我国国内外墙保温已经得到了大家的重视,并且有了强制性的规定,但是却没有强制性的立法来控制外墙保温系统的质量。举个例子:合格的胶粉聚苯颗粒4 cm厚,成本在 30元/m2～36元/m2之间(不含施工费、税金),但是市场上有的只有24元/m2,有的商家甚至采用水泥加聚苯颗粒配出胶粉聚苯颗粒保温材料。抗裂砂浆按国家要求应有防水性能,但是市场上大部分都不防水,网格布80%不符合国家标准。

4 结语

目前我国外墙保温技术发展很快,是节能工作的重点。但是在发展的同时,首先就是急需国家级标准的确定,改变目前混乱的市场现象。同时外墙保温技术的发展与节能材料、技术的革新是密不可分的,建筑节能必须以发展新型节能材料为前提,有足够的保温绝热材料作基础,过硬的施工技术作后盾。这样才能真正地达到建筑节能的目标,走可持续性发展的道路。

[1] JOJ 134-2001,夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准[S].

[2] 李 艳.降低建筑能耗的几点认识[J].山西建筑,2007,33(7):236-237.