冬冷夏热地区建筑节能之外墙保温措施

作者:金异 孔繁昌 高凤兰 贾绍玮 王鹏嘉 来源:重庆大学城环学院 点击:  评论: 更新日期:2017年11月05日

    1 引言
    随着国家近年来对建筑节能问题的重视,建筑外墙保温技术越来越受到社会的关注。目前,国家已推出相关政策对建筑外围护结构保温提出了明确的要求,建筑外墙保温就属于其中重要的一部分。而夏热冬冷地区由于其气候的特殊性,又对建筑外墙保温的设计提出了更高的要求。所以冬暖夏热地区的建筑外墙保温问题,需要得到社会更多的关注。
    就此,本文针对夏热冬冷地区的气候特征和建筑特点,对夏热冬冷地区建筑外墙保温技术及措施进行介绍,并提出一些切实可用的建议。
   
    2 夏热冬冷地区及外墙保温概念
    2.1 我国的冬冷夏热地区
        夏热冬冷地区,是处于采暖地区与炎热地区之间的一个过渡地带,也称之为“过渡地区”。
    该地区大体上是指陇海线以南,南岭以北,四川盆地以东的长江中下游地区,包括重庆、上海2个直辖市;湖北、湖南、安徽、江西、浙江5省;四川、贵州2省东部;陕西、河南、江苏3省南部;广西、广东、福建3省北部,共涉及15个省、市、自治区。本地区主要气候特征是夏季闷热,持续时间长,冬季寒冷潮,气温日差较小。
   
    2.2 建筑外墙保温技术
    建筑外墙保温技术是建筑外围护结构保温的重要环节之一,主要分为建筑外墙外保温与建筑外墙内保温两个部分。简单来说外墙保温就是采用一定方式,把传热系数较低,保温隔热效果较好的绝热材料通过一系列的技术手段,使其与建筑砌体融合为一体,增加墙体的平均热阻值,从而达到保温或隔热效果的一种措施。
    夏热冬冷地区冬季室内外温差不如严寒及寒冷地区大,但相较于夏热冬暖地区冬季室内外温差相对较大。而夏季夏热冬冷地区透过玻璃直接进入及透过墙体间接进入建筑的太阳辐射对室内空调负荷影响很大。所以,夏热冬冷地区外墙保温设计不仅需要考虑保温问题,还需考虑隔热问题。
   
    3建筑外墙保温材料常用类型及性能概述
    3.1建筑外墙常用保温材料类型
    保温材料按材质分有:有机、无机、复合型三类保温材料。
    3.1.1无机保温材料
    (1)无机保温砂浆
    无机保温砂浆是以无机胶凝剂、有机胶凝剂、集料、填料与添加剂等原料按科学配比,精确计算和工业化生产制成的多品种、多用途的干混粉体。目前,在夏热冬冷地区的建筑工程中使用的无机保温砂浆主要有以下几种:膨胀蛭石保温砂浆、膨胀珍珠岩保温砂浆、硅酸盐复合绝热涂料、玻化微珠保温砂浆、微晶无机保温砂浆和复合无机保温砂浆。
    (2)岩棉、玻璃棉、泡沫玻璃等保温材料
    岩棉主要由天然岩石为主要材料经高温熔融加工制成的一种矿物棉。玻璃棉属于玻璃纤维中的一个类别,是一种人造无机纤维。玻璃棉是将熔融玻璃纤维化,形成棉状的材料。泡沫玻璃是一种以废平板玻璃和瓶罐玻璃为原料,经高温发泡成型的多孔无机非金属材料。
    3.1.2有机保温材料
    用植物性的原料、有机高分子原料经加工而制成的保温材料为有机保温材料。如模塑聚苯板(EPS)、喷涂聚氨酯(SPU )以及聚苯颗粒等。
    3.1.3复合型保温材料
    复合型保温浆料是指两种意义上的复合,一是保温隔热主体材料(绝热骨料)的无机-有机复合;二是胶结材料的无机-有机复合。前者是指玻化微珠与膨胀聚苯颗粒的复合,后者是指普通水泥与有机聚合物的复合。
    3.2对保温材料的性能的比较
    保温材料的性能评价标准主要是:防火安全性、保温节能性和环保耐久性。
    3.2.1防火安全性
    有机保温材料的燃烧问题在建筑应用上没有得到很好的解决,无法在明火下阻燃,而且会在燃烧过程中释放大量有毒气体。有机保温材料燃烧性能最高只能达到B1级,而无机保温材料可以达到A级。
    3.2.2保温节能性
    在保温性能方面,有机保温材料优于无机保温材料。要达到同样的保温效果,有机保温材料板材厚度一般仅为2~3cm ,而无机保温材料导热系数相对较大,外保温层厚度偏大,加大了附着在外墙外侧的重力荷载。
    3.2.3环保耐久性
    有机保温材料的耐久性较差,如EPS、XPS、SPU 外保温的寿命理论上只有25年,而目前建筑物的使用寿命是50年或100年,因而在定期更换外保温板材时容易产生建筑垃圾。在这方面,无机保温材料优于有机保温材料,其使用寿命较长(有些材料可与建筑同寿命),且通过科技手段研制的一些新型高效复合型无机保温材料可循环使用。总之,在一般情况下,无机保温材料安全性更高,有机保温材料保温性更好。复合保温材料结合了两种保温材料的特性,能在一定程度上解决无机保温材料厚度较大而有机保温材料防火性能差的不足。
   
    4 外墙外保温
    外墙外保温主要是至墙体外侧的保温措施,主要由墙体的主体结构层,保温层,防护层还有外墙饰面四个部分组成。对于夏热冬冷地区来讲,在外墙外保温设计时,不仅要考虑到主墙体的隔热问题,还需要考虑夏季外墙的遮阳以及对热辐射的反射设计。
   
    4.1 外墙主体结构
    主体结构通常使用的是一些砌块,如节能空心砖,混凝土空心砖,加气混凝土砌块。此类通过向墙体砌块中加入空气这种绝热性能较好的材料的做法效果十分明显,它是目前使用较广的一种方式。这样的做法能够有效的减少建筑的热桥及冷桥,避免冬季室内水蒸汽在前面凝结,同时也能减小温度对墙体结构的影响从而延长墙体的使用寿命。
    针对夏热冬冷地区,外墙墙体主体结构并无明显区别于其他地区的设计。不过针对此类地区设计时应考虑到温度变化对墙体应力的影响及大气湿度对墙体的影响。
   
    4.2 外墙保温层
    外墙保温层主要是指外墙墙体饰面与主体结构之间由保温材料组成的一层隔热层。目前许多节能改造由于无法对建筑墙体结构层进行更换。所以,在不影响用户生活的情况下,普遍采用在建筑结构层外表面加上一层保温层的方式进行外墙保温。
    目前,外墙保温层所采用的保温材料通常分为有机,无机及复合三种类型的材料。如聚苯颗粒的保温砂浆、聚苯乙烯,挤塑型聚苯乙烯,岩棉,玻璃棉,聚氨酯等。这些材料通过粘贴,粘钉结合,钉固,外挂浇固等方式固定在外墙外表面。
    对于夏热冬冷地区,外墙保温层应尽量考虑材料的环保耐久性,以及防火性能。对于夏热冬冷地区夏季太阳辐射强烈,大部分有机保温材料其寿命都较短,理论上只有25年甚至更短。同时,此地区夏季温度过高,对建筑防火性能提出了更高的要求,大部分有机保温材料防火性能都不高。考虑到有机保温材料优越的保温性能及无机材料的耐久性及安全性,夏热冬冷地区外墙保温层可更多采用复合保温材料来解决这个问题。
     
    5 外墙内保温
    外墙内保温主要是在外墙内侧附加一层保温材料以达到保温目的的措施。所用的保温材料主要是聚苯乙烯板、岩棉或玻璃棉板、充气石膏板、加气混凝土砌块等, 所用的饰面材料主要有纸面石膏板、玻璃纤维增强水泥板、玻璃纤维增强饰面石膏、纤维增强聚合物砂浆等。这些保温材料可在工厂预制, 也可现场安装后再作面层。这种方法所考虑的问题较少,由于内墙保温材料处于墙体内侧,所以不需要考虑材料的防水性。同时由于建筑墙体内表面温差较小,所以对保温材料的强度以及温度对材料形变的影响要求都不高。但是,其存在的问题是其保温效果不如外墙外保温存在热桥效应,同时也减小了室内使用面积。对于墙体节能保温改造而言,内墙保温改造施工会影响建筑正常使用。
    对于夏热冬冷地区,其湿度较大部分其他地区大。所以在内墙保温材料的选择上需多考虑防水问题。
   
    6 外墙保温发展及前景
    外墙保温技术最早起源于欧洲,我国是从20世纪80年代中期开始试点,并将该技术广泛应用于建筑领域的。但目前的建筑节能水平,还远低于发达国家,我国建筑单位面积能耗仍是气候相近的发达国家的3~5倍。所以建筑节能还是本世纪我国建筑业的一个重要的课题.近年来,随着我国住宅建设节能工作的不断深入,以及节能标准的不断提高,引进开发了许多新型的节能技术和材料,在住宅建筑中大力推广使用。
    目前, 我国建筑外墙保温技术发展很快, 而且必须要以发展新型节能材料为前提, 所以在建筑外墙保温技术发展的同时, 必须有足够的保温绝热材料做基础。节能材料的发展又必须与建筑外墙保温技术相结合, 才能真正发挥作用。正是由于节能材料的不断革新, 建筑外墙保温技术的优越性才日益受到人们重视。为此, 在大力推广建筑外墙保温技术的同时, 必需加强新型节能材料的开发利用。
    在建筑中,外围护结构的热损耗较大,外围护结构中墙体又占了很大份额。故此,建筑墙体改革与墙体节能技术的发展是建筑节能技术的一个最重要的环节,而发展外墙保温技术及节能材料则是建筑节能的主要实现方式。
    2010年,我国房屋总建筑面积达到519亿m2,然而,在每年近20亿m2的竣工面积当中,只有3%左右是节能建筑,有97%属于高耗能建筑。在国外外墙保温技术已经发展了十几年,受到当地居民一致推崇,该技术应经得到广泛的应用。我国已经颁布各项规定推崇建筑节能,群众也一直呼吁建筑节能。相信外向保温技术在我国建筑上有很大的应用前景。
   
    7 夏热冬冷地区外墙保温分析
    通过上述对外墙保温材料,外墙内外保温的分析。在夏热冬冷地区外墙保温,在保温材料的选择上,无机材料及复合材料相较于有机材料有更大的发展空间。在外墙外保温材料自身物性达到要求的同时,还需要考虑其成本从而做出更经济合理的选择。在居住建筑和公共建筑外墙要求节能65%的情况下,如果只是单纯采取外墙外保温形式,保温层厚度明显偏大。加大了对材料抗裂强度的要求,增加施工的涂抹次数,且容易出现脱落、开裂等问题,很大程度上加大了外墙保温的施工复杂程度和成本。所以,在采用外墙保温的同时,还需考虑外墙内保温。考虑到外墙内保温的诸多弊端,这种外墙内外保温结合的方式可能将更多的应用在新建建筑中,这样不仅可减小外保温层的厚度,减小外保温层强度要求,同时内保温取代外墙传统内抹灰层,内保温层基本不占或少占室内面积。因此,在建筑节能要求日益严格的背景下,新建建筑使用外墙内外组合保温形式配合墙体主体结构自保温性能可以很大程度上解决夏热冬冷地区墙体保温问题。
   
    8 结束语
    目前,我国外墙保温技术正处于一个飞速度发展的阶段。而夏热冬冷地区又是我国人口相对密集,建筑发展相对较快的地区。为此,在了解外墙保温技术及保温材料的同时,分析夏热冬冷地区气候环境特点是在此地区推广建筑外墙保温所不可缺少的。所以,希望有更多的人能够关注建筑外墙保温这一领域,从不同专业领域对我国不同地区的外墙保温,包括结构,材料及施工等进行分析,从而提出一些对于我国外墙保温技术发展更加切实可行的建议。
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