严寒地区被动式低能耗建筑外墙构造优化设计研究

王丽颖，谢美君

WANG Li-ying, XIE Mei-jun

（长春工程学院）

(Changchun Institute of Engineering)

在采暖建筑的总耗热量中的大部分热量是由外墙所传递出去的。所以在我国严寒地区实施被动式低能耗建筑最大的难点就是提高外围护结构的外墙保温性能。

1　国内外墙体外保温的发展概述

外保温体系的发展历程是在近二十多年来的学习以及引进国外先进技术的基础上，并且结合大量的科研、开发、试点，从膨胀聚苯板薄抹灰到现在采用不同材料、不同做法的体系。相关应用体系的产品标准、构造图集以及施工规程相继配套。在中国建筑市场中，国外先进的应用体系也越来越多。我国主导性的节能措施也逐渐成为外墙外保温并应用于各项建筑工程中。

2　国内建筑墙体的保温材料的比较

2.1　无机保温材料

无机保温材料主要有岩棉、膨胀矿渣、泡沫混凝土、加气混凝土、膨胀珍珠岩、泡沫玻璃、真空绝热板、玻璃棉等。无机保温材料在建筑工程中应用广泛，其特点有防火阻燃，较小的变形系数，其能与墙基层和抹面层紧密结合,以及安全稳固性好等。并且与有机保温材料相比，施工难度减小，其保温层强度及耐久性更好，更环保，使用年限久，工程成本较少，能够循环利用。缺点是容重比有机保温材料大，保温热效率较差。

2.2　有机保温材料

有机类保温材料主要有EPS聚苯乙烯泡沫板、XPS挤塑聚苯乙烯泡沫板、PU硬质聚氨酯泡沫、PF酚醛树脂泡沫等。有机保温材料的优点有自量轻、较好的致密性和可加工性、保温隔热等，但是相比无机保温材料，其抗老化差、稳定性和安全性较差、变形系数较大、不防火、生态环保性差、施工难度更大、造价高，其资源有限，且难以循环再利用。

2.3　复合保温材料

复合保温材料主要有STP真空绝热保温材料、石墨烯EPS保温模块、硅质改性聚苯板材料，解决无机保温材料与有机材料的缺陷，使材料的各种性能得到最优化最合理的利用，并且有效提高保温效果。

3　外墙的优化设计

3.1　STP真空绝热保温板构造墙体

STP真空绝热保温板是一种新型外墙保温板，STP真空隔热保温板的传热系数极低，传热系数只有0.008W/（m2·K），通过计算STP板的厚度为50mm时，其构造墙体的综合传热系数为0.142W/（㎡·K），在STP板的外层再设置一道20mm厚的无机保温砂浆，可以明显降低墙体的传热系数，为了保护保温板，在其最外层设置抗裂纤维网格外涂15mm厚的高强防水砂浆。由于STP板的真空包装，不能现场切割，需要用到的STP板必须在出厂前就根据建筑尺寸定制好，不允许出现偏差，不似普通保温板能够现场切割，补充边角，给施工带来一定的困难。此外50mm厚的STP板虽然不厚，但是其密度较高，为450kg/m3，因此其自重较大。STP板的特性是表面非常光滑，与墙体粘结不容易，其与墙主体的连接处直接接触的是铝箔玻璃纤维布，因此需要用螺栓固定来提高安全性。在STP板上预留螺栓孔，锚固时使用带圆环的专用保温胀栓即可。

表1　建筑外墙保温材料物理指标对比

3.2　石墨烯保温模块构造墙体

改性石墨烯保温模块是在传统EPS模块中填充少量改性石墨烯制成，石墨烯是目前研发的硬度最高、导电性能最好、韧性最强的二维纳米材料。传统EPS保温模块本身缺欠，不能满足被动式低能耗建筑持续发展的要求，而改良后的石墨烯保温模块保温性能得到明显提高、强度加强、防火性能更好，并且改良石墨烯保温模块的传热系数较低，为0.028W/（m2·K），使用夹芯石墨烯保温模块墙体，外叶墙用20mm厚水泥纤维板，起到保护墙体的作用，然后通过电焊网片连接160mm厚石墨烯保温模块，再通过锚钉连接200mm厚钢筋混凝土以及150mm厚水泥纤维板，外墙整体传热系数为0.15W/（m2·K），满足要求。在石墨烯保温模块层外设置一道20mm厚的保温砂浆，其外墙整体的传热系数降低，保温层的强度也增强。

图1　中间夹心预制保温板

3.3　硅质改性聚苯板构造墙体

硅质改性聚苯板是在传统的模塑聚苯乙烯泡沫板的基础上研制而成，通过改良后其耐火性能够达到A级，1300℃灼烧一小时，物理性质不发生改变，不变形；化学性质也不发生变化，过火后，依然可以继续使用，能够利用于公共建筑当中，在生产过程中不会产生废料、废水、废气。在大火燃烧时无烟无味，生产过程中产生的边角料还可以重复利用，易加工生产，生产效益高。硅质改性板的传热系数为0.035W/（m2·K）。对于保温板的做法可以采用整浇模板与模块式结合铺设，硅质改性聚苯板是目前最适合严寒地区公共建筑的保温材料。

3.4　中间夹心预制保温板（见图1）

此种复合墙体构造方式可应用在严寒地区被动式低能耗建筑的外墙上，其保温层位于墙体中间，保证了施工时保温材料过厚而出现连接不稳固的弊端。预制夹芯保温板具备A级防火等级的优良防火性能，可直接用于公共建筑的外墙板，预制板能够在现场直接安装，其传热系数能达到0.17 W/（㎡·K），若将预制夹芯板与其他保温材料结合，能够增加墙体的保温性能，其传热系数可达到0.15W/（㎡·K）,足以达到被动式建筑对墙体的传热系数要求。建筑若采用预制夹芯板、钢结构墙体，其施工方便快捷，噪声较小，减少建筑垃圾，更加节能环保。

4　结语

通过建筑物外墙保温构造及选用导热系数相差很小的STP真空绝热保温材料、改性石墨烯保温材料、硅质改性聚苯板材料，以及运用中间夹芯预制保温板，能减少材料的用量和墙体厚度，并且有效提高墙体的保温性能，满足了稳定性、经济性及节能性，是被动式低能耗建筑发展过程中一个重要突破。

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