建筑外墙保温体系设计优化——沙特阿拉伯保障房项目

文_潘行强 中国水利水电第十二工程局有限公司

沙特阿拉伯保障房三期项目，是沙特政府为了适应人口快速增长的保障性住房开发项目，也是沙特2030 年社会发展愿景计划的一部分。项目位于沙特阿拉伯西南部阿西尔省，所在地海拔约2200m，共有241 套别墅，均为1 层（有1～4个卧室4 种户型）。合同为EPC 模式，包括设计、土建、装修、机电、给排水、暖通和庭院工程等内容。主体结构墙体和屋面均为混凝土现浇，混凝土模板采用定制铝模，外墙和屋面保温体系采用XPS 保温板。

1 沙特建筑规范对保温设计的要求

据统计，沙特阿拉伯全国民用住宅的用电量占整个国家电力消耗的约50%；且随着人口快速增长、经济增长和较低的电价，用电需求将在2025 年翻倍。沙特政府近年来提出了“2030 愿景”，为实现经济社会可持续发展,降低能源消耗，在2018年用Saudi Building Code：602 Energy Conservation（简称“SBC-602”）代替了2007 年颁布的SBC-601 标准，对建筑能耗标准提出了更加严格要求。

根据SBC-602 标准，将沙特全境分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类地区，对保温要求从Ⅰ类到Ⅲ类递减。沙特气候分区是根据统计一年中在某特定温度以上的累计小时数来划分的， 10℃以上超过5000h 为I 区；小于或等于3500h 为Ⅲ区；介于中间为Ⅱ区。本项目地处山区，夏季最高平均气温33℃；月度平均最低气温在1 月份，最低平均气温3℃，湿度在40%～80%之间。项目所在地与利雅得、吉达等城市同属于I 类地区，属节能要求最高类别地区。

根据SBC-602 标准，在建筑节能设计理念上，采用围合式保温系统，即屋面和墙体全部包裹保温材料；在设计方法上采用组件性能方法，如做外墙保温设计时，将墙体、门、窗各自的传热系数与面积的乘积进行汇总，再除以外墙体总面积，计算出整个墙体的传热系数。根据SBC-602 标准，在I 类地区，墙体热传导系数要小于0.342W/(m2·K），屋面热传导系数是0.202W/(m2·K)。

2 项目外墙保温体系设计

本项目别墅采用围合式保温系统，屋面和墙体全部包裹保温材料。保温材料采用XPS 板（挤塑聚苯乙烯泡沫塑料，简称“挤塑板”）。设计方案：外墙贴XPS 板，厚度为8cm；屋面XPS 板厚度13.5cm，联体别墅中间隔墙XPS 板厚4cm。

外墙XPS 板保温体系的施工工艺：①安装XPS 板。用点框粘法（粘结砂浆约10mm 厚）将XPS 板粘贴在墙上，24h后粘贴砂浆具备强度，在墙上钻孔，用塑料膨胀锚钉将XPS板固定在墙上。②施工外墙抹面层。使用厂家生产抹面砂浆，在XPS 板上做抹面层，抹面层厚5mm 左右，分两遍成活，中间加一层玻璃纤维网防止开裂。③刷外墙漆。抹面层完成并干燥后，涂刷丙烯酸外墙漆，含一层底漆、一层纹理漆和两层面漆。

2 施工问题

XPS 板与混凝土墙面粘结强度不够，有的会自动脱落，见图1。XPS 板在安装锚固后产生翘曲变形，大面不够平整、沿接缝处开裂。抹面层与XPS 板粘结度差，抹面层出现较多裂缝。抹面层与XPS 板粘结效果差，抹灰层有脱空起鼓现象。

图1 未锚固的XPS 板脱开/脱落

3 施工问题原因分析

通过分析相关的施工质量原因，如抹面层玻纤网搭接不足、抹面层偏厚、玻纤网偏底层等发现，XPS 板自动脱落、板体翘曲变形导致板接缝处开裂，显然不能归于施工质量问题；也可以排除XPS 板生产工艺和产品质量上的原因。

根据现场出现的问题分析，XPS 板在本项目应用环境下存在缺陷和不足。①XPS 板表面光滑，与混凝土墙体粘贴效果不佳，容易发生脱落；同样原因，砂浆与XPS 板之间粘结强度不够，容易导致抹面层开裂和脱空。②XPS 板生产工艺是挤压成型，板体构造是表面硬内里软，截面上是非均质结构，受到外力或温度变化，容易发生形体变形。③XPS 板抗压强度较大、刚性大，用锚钉固定后会变形产生应力，容易导致抹面层沿板接缝处开裂。④XPS 板不透水、不透气，一旦抹面层裂缝渗水，水分挥发不出去，会影响抹面层与XPS板粘结效果，也导致抹面层裂缝发育。

为了解决问题和找到解决方案，考察了其他沙特保障房项目。其中，某中国央企在沙特有两个项目，都采用了现浇混凝土主体结构+外墙EPS 板外保温体系，外墙EPS 板抹面层裂缝较少，无抹灰层脱空和起鼓现象，施工质量和外观效果比较理想。

此后，又参观考察了当地两家EPS 板工厂和一家XPS板工厂。两种板的原材料一样，都是聚苯乙烯，只是生产工艺不同。EPS 板是水蒸气发泡，模具成型，再切割成需要的宽度和厚度；XPS 板是利用发泡剂发泡、连续挤压成型，成品的颗粒更细密，强度更高，隔热效果更好。EPS 板从大型发泡箱取出来冷却数天，再进行切割，成品形体稳定、尺寸也稳定；XPS 板是发泡后直接在轧辊上挤压成型，因为采用挤压成型工艺，板体易产生应力集中和变形。

4 优化设计方案

经过考察类似项目、考察XPS 板和EPS 板生产厂家、收集各方面信息，确定了外墙保温采用EPS 板的方案，详见表1、表2。

表1 本项目外墙保温使用的XPS板和EPS板技术参数

表2 本项目EPS板保温体系的设计

根据沙特SBC-602 标准，对应I 类地区，墙体的热传导系数U 值要求小于等于0.342，因此设计墙体的热传导系数U 值满足要求。

5 样品试验

利用厂家提供EPS 样品（尺寸50cm×50cm×10cm），做了EPS 板与墙体的粘结试验和在EPS 板上抹灰试验。

5.1 EPS板与墙体粘结力试验

用粘结砂浆将EPS 板粘贴在混凝土墙上24h 后，一个标准体重的成年人站在板子上，板子不会脱落，因此理论上可以不打固定锚钉。EPS 板与墙体粘结相当牢固，施加力量从墙面剥离， EPS 板会从内部撕裂。

5.2 抹面层剥离试验

在EPS 板上做抹面层厚度约5mm，24h 后用角磨机沿抹面层厚度切割5 块5cm×5cm 大小的方块。没有试验仪器，用手剥离抹面层，均在EPS 板内部撕裂，而不是从两者结合面脱开，说明砂浆与EPS 板之间粘结强度要高于EPS 板自身抗拉强度。

5.3 厂家试验数据支撑

依据表3 的数据表明，标准状况下砂浆与EPS 板粘结强度是0.13N/mm2，计算在200mm×200mm 的面积上能承受5.2kN 拉力（DMC 厂家数据）。而XPS 板与砂浆的粘结强度没有厂家能提供试验数据支撑。

表3 砂浆在EPS板上的粘结强度

5.4 EPS板和XPS板的综合比较(表4)

表4 EPS板和XPS板外观和性能的相对比较

5.5 施工样板房

为了验证EPS 板在本项目的适用性，在现场选择了一幢别墅做样板房。除了将XPS 板换成EPS 板，样板房采用的材料如砂浆、玻璃纤维网等与之前一样，施工工艺也一致。施工顺序为在混凝土外墙上粘贴EPS 板-打塑料膨胀钉固定-做抹面层-油漆。

样板房施工过程顺利，墙体粘贴EPS 板牢固可靠，板与板之间接合紧密、缝隙小、大面平整、无板面翘曲现象；EPS 板抹灰大面更平整、转角线条更顺直，用手指叩击抹面层，回声短促清脆，说明抹面层与EPS 板结合紧密，无脱离空鼓，施工质量明显优于采用XPS 板。样板房顺利通过验收，EPS 板代替XPS 板的优化方案也得到了监理和业主的批准，同意在后续未施工的别墅中按EPS 保温体系进行施工。油漆完工后效果见图2。

图2 使用EPS 保温板外墙油漆后的外观效果

6 设计优化总结

经过样板房的施工检验，总结EPS 板做外墙保温和XPS板相比有以下优点：

①EPS 板易于切割，切面更平整方正。用普通木工锯（梳齿间距4mm）即可现场切割，操作方便。②EPS 板与墙体结合牢固。用粘结砂浆将EPS 板粘贴在混凝土墙上，无板体脱落现象。③EPS 板形体平整，安装后基本无变形。安装后板间拼接缝隙小、大面平整、墙体转角等部位线条顺直。④EPS 板材质较软，可吸收变形，无应力集中。用锚钉固定时，板子本身可吸收锚固过程带来的变形，轮廓尺寸稳定，表面无应力，不容易导致抹面层沿板缝开裂。⑤抹面层与EPS板粘结效果好。成活后大面更加平整，抹面层较少开裂、空鼓、脱开现象。

经过整栋样板房的施工，验证了采用EPS 板从施工便利度、与墙体/抹面层结合强度、到外观质量方面都优于XPS板；在材料成本方面，本项目采用10cm 厚的EPS 板，比8cm厚XPS 板每平方米价格低20%～30%。

7 XPS板在外墙保温领域的应用展望

XPS 板自20 世纪90 年代引入中国，在建筑保温领域的应用已有近20 年。2019 年11 月，我国颁布了行业标准《外墙外保温工程技术标准》，标准中新增了粘贴XPS 板外保温系统。标准中提到“保温层材料可为EPS 板、XPS 板和PUR板或PIR 板”，但对EPS 板和XPS 板的适用条件和适用范围没有区分。

结合本项目的实践，认为在建筑物的墙体外立面需要做抹面层、对墙面平整度要求较高的场合，使用XPS 板不是最佳选择，而使用EPS 板是更稳妥的方案。对于XPS 板应用在其它建筑场景如不同部位、不同外墙设计方案，本文没有涉及研究。

从本工程实践看，在建筑物外墙粘贴XPS 板并施工抹面层，应对XPS 板进行表面处理，提高其粘结能力。据生产厂家反馈，XPS 板做表面刨皮处理后报价增加约20%。采用预制装配工艺，将XPS 板浇筑在混凝土构件里是个相对理想的方式，省掉了墙上粘贴保温板和做抹面层的工序，施工比较快捷方便。但这种方式需采购预制墙板或自建预制厂生产，现场起吊和装配预制墙板及屋面板，与结构主体采用现浇混凝土方案相比，在墙体和屋顶施工工艺、装修作业内容、外墙面完工效果等方面有较大的不同。

未来，建筑行业相关企业单位，如生产厂家、科研院所、设计单位和施工企业需要一起努力，对建筑外墙XPS 板保温体系不断深入研究和创新，研发新材料新工艺，降低材料和施工成本，促进建筑保温技术领域发展，为实现“双碳”目标做出贡献。