建筑外墙节能保温材料及其检测技术

付 荣 张培圣

（山东三箭工程检测有限公司，山东 济南 250100）

建筑行业在全生命周期都需要消耗大量的能源，在生产建设过程中，水泥、钢铁和玻璃等原材料的制造需要消耗电力、煤炭和燃气，在使用过程中要提供制冷、供暖、照明和通风等居住条件，也需消耗大量的能源，建筑全生命周期的能源消耗量约占社会能源总消耗量的30%[1]。其中，使用过程中的能源消耗约占建筑全生命周期能源消耗的60%以上。在我国“碳达峰、碳中和”背景下，提高能源利用效率，降低能源浪费，使用节能保温材料是建筑业的重要发展方向。外墙作为建筑的重要结构组成部分，采取必要的节能保温材料是控制室内温度、湿度，改善室内居住热环境的重要途径，特别是在严寒地区，建筑节能保温材料提供了更高的应用价值，减少了建筑物的热量损失和能量浪费[2-3]。本文正是在此背景条件下展开，研究成果有利于丰富我国建筑外墙节能保温材料方面的理论研究和具体施工应用，为适用于山东地区的保温节能材料的推广应用提供参考。

1 工程概况

山东省济南市某高层民用住宅项目由10 栋32 层单体建筑组成，项目总建筑面积240600m2，采用框架剪力墙结构，建筑全年日照时间不应少于2000h，冬至日室内照度不应小于150lx，在夏至日室内照度不应小于300lx。建筑所在区域为温带季风气候，夏季受热带、副热带海洋气团影响，雨量充沛，光照充足，春季和秋季的辐射量较低，一般在1000W/m2～1500W/m2，夏季的辐射量一般在1500W/m2～2000W/m2，冬季的辐射量一般在500W/m2～1000W/m2。夏季105d～120d，平均气温较大的月份主要集中在5月～9月，分别为22.1℃、25.9℃、27.2℃、26.2℃和21.9℃，相应月份的降雨量为51mm、80mm、196mm、165mm 和55mm，冬季则受蒙古高压和极地大陆气团所控制，寒冷晴朗，存在雨雪天气，平均气温较大的月份主要集中在12月、次年1月和2月，分别为-0.2℃、-3.2℃和0.3℃，相应月份的降雨量分别为9mm、7mm和10mm。

2 建筑外墙节能保温材料的方案确定

2.1 建筑外墙节能保温材料

在建筑外墙节能保温材料的使用中，根据材料的成分可以将其分为无机保温材料、有机保温材料和新型复合保温材料。各种外墙节能保温材料的分类如表1所示。在实际工程应用中，外墙保温材料的确定需要综合考虑众多因素，包括建筑物所处区域气候、建筑保温性能要求建筑物抗风阻燃要求以及建造的工程成本等[4-6]。

表1 各种外墙节能保温材料的分类

2.2 建筑外墙节能保温系统

为了保证建筑内部热环境的稳定，防止热量损失，在节能保温材料的基础上，设置必要的节能保温系统以创造有效的保温节能环境[7]。目前，从外墙节能保温系统的结构上，可以大致分为4 类节能保温做法，分别为外墙自保温系统、外墙内保温系统、外墙夹心保温系统和外墙外保温系统。

外墙自保温系统利用了墙体自身的保温性能，通过采用加气混凝土墙体实现隔热保温，不需要额外的材料或施工工序。外墙自保温系统一般由混凝土、加气混凝土砌块、水泥砂浆抹灰组成，各主体材料的热力学参数如表2所示，外墙自保温系统的结构做法如图1所示。

图1 外墙自保温系统的结构做法

表2 外墙自保温系统主体材料的热力学参数

外墙内保温系统主要是在外墙内侧使用预制保温材料粘贴、拼接、抹面或直接做保温砂浆层，采用室内作业，以达到保温目的，内保温系统可以有效解决热桥现象。外墙内保温系统一般由混凝土、加气混凝土砌块、聚氨酯硬泡、水泥砂浆抹灰组成，各主体材料的热力学参数如表3所示，内墙自保温系统的结构做法如图2所示。

图2 外墙内保温系统的结构做法

表3 外墙内保温系统主体材料的热力学参数

外墙夹心保温系统是在外墙施作时，分为内外2个墙体，内外侧墙一般采用混凝土空心砌块，将保温材料置于外墙的内外侧墙片之间实现保温[8]。外墙夹心保温系统一般由混凝土、加气混凝土砌块、聚氨酯硬泡、水泥砂浆抹灰、混凝土空心砌块组成，各主体材料的热力学参数如表4所示，内墙自保温系统的结构做法如图3所示。

图3 外墙夹心保温系统的结构做法

表4 外墙夹心保温系统主体材料的热力学参数

外墙外保温系统是与外墙内保温系统相反的做法，是将保温材料放置于建筑外墙外侧。外墙外保温系统一般由混凝土、加气混凝土砌块、聚氨酯硬泡、水泥砂浆抹灰、玻化微珠组成，各主体材料的热力学参数如表5所示，外墙外保温系统的结构做法如图4所示。

图4 外墙外保温系统的结构做法

表5 外墙外保温系统主体材料的热力学参数

3 基于红外热成像技术的建筑外墙节能保温材料检测技术

根据中国热工设计分区图，济南地区冬季平均气温在0℃～10℃之间的气候地区，属于寒冷地区，冬季大风天气较少，一般多为3～5级风力，冬季干旱少雨，火灾隐患较大，对建筑物的防火要求较高，因此对于外墙的保温材料应具有相应的防火阻燃特性。综合考虑建设成本、区域气候条件、施工周期，项目确定采用外墙外保温系统，保温材料为无机保温砂浆、硬质聚氨酯泡沫塑料（PU）、珍珠岩水泥复合砂浆等7类材料，其中无机保温砂浆运用于外墙结构中，AX-800复合硅质保温材料运用于外墙、屋顶与幕墙下，珍珠岩水泥复合砂浆运用于易发生冷桥结露的建筑节点，如建筑水泥石柱，聚氨酯泡沫板主要运用于檐口，聚苯板主要运用于外墙及屋顶，憎水岩面主要运用于外墙保温层，Low-E中空钢化玻璃主要运用于层间梁、层间墙体、铝塑板作为背衬板。基于红外热成像技术对施工后的外墙保温墙体进行检测，结果如图5所示。

图5 外墙保温系统红外热成像技术

红外成像检测表明，窗口的最低气温达到-15.5℃，最高气温为-4.4℃，墙体的最低气温达到-22℃，最高气温为-4.4℃，外墙的传热系数低至0.45W/m·K，外窗的传热系数低至2.67W/m·K，建筑保温性能良好，按冬季室内16℃的温度计算，每年可以节约取暖费用共计32万元，取得了良好的保温节能效果。

4 结语

以山东省济南市某高层民用住宅项目为研究对象，分析建筑外墙节能保温材料及节能保温系统结构做法的基础上，确定项目保温设计方案，并运用红外热成像技术测定建筑表面温度，推算外墙的传热系数，得到以下结论：

（1）综合考虑建设成本、区域气候条件、施工周期，项目确定采用外墙外保温系统，保温材料为无机保温砂浆、硬质聚氨酯泡沫塑料（PU）、珍珠岩水泥复合砂浆等7类材料。

（2）基于红外热成像技术的建筑外墙节能保温材料检测技术表明，窗口的最低气温达到-15.5℃，最高气温为-4.4℃，墙体的最低气温达到-22℃，最高气温为-4.4℃，外墙的传热系数低至0.45W/m·K，外窗的传热系数低至2.67W/m·K，建筑保温性能良好。