建筑外墙保温技术发展与自保温体系应用

发表时间:2020/9/1   来源:《工程管理前沿》2020年4月12期   作者:陈炎
[导读] 阐述我国节能建筑外墙保温技术:内保温、外保温、自保温等体系的发展历程,梳理外保温体系存在的问题,对比外保温体系特点,得出自保温体系是今后外墙保温技术发展方向的结论。
         摘要:阐述我国节能建筑外墙保温技术:内保温、外保温、自保温等体系的发展历程,梳理外保温体系存在的问题,对比外保温体系特点,得出自保温体系是今后外墙保温技术发展方向的结论。提出新疆地区因地制宜推动墙体自保温体系应用建议。
        关键词:外墙保温;自保温墙体;发展趋势;新疆;自保温体系应用
       
        一、外墙保温发展概述
        (一)我国建筑常用的墙体保温技术
        1.外墙内保温。外墙内保温技术是在外墙结构的内部加粘贴保温层。施工简单,便于既有建筑改造,但其占户内使用面积,冷(热)桥问题难以解决,影响居民的二次装修,内墙悬挂和固定物件容易破坏内保温结构等缺陷明显。该体系应用较少,其市场占有率很低。
        2.外墙外保温。外墙外保温技术,由保温层、防护层和固定材料构成,并固定在外墙外表面的非承重保温构造总称。外墙外保温技术除了保温隔热功能、有效阻断冷(热)桥以外,还能降低主体结构所受温差,减小温度变形,因而外墙外保温对结构墙体能起到保护作用,有利于结构寿命的延长。外保温技术不仅适用于新建的建筑工程,也适用于既有建筑改造。外保温体系诸多优点,使其被长期广泛应用。
        3.外墙自保温。外墙自保温技术是指不通过内、外保温技术,其自身的热工作指标达到现行国家和地方节能建筑标准要求的墙体结构。随着建筑节能标准的提高自保温墙体已经由单一材料扩展为复合材料,如自保温砌块为:通过在骨料中复合轻质骨料和(或)在孔洞中填插保温材料等工艺生产的,其所砌筑墙体具有保温功能的混凝土小型空心砌块,简称自保温砌块。复合外墙自保温体系应用日益增加。
        (二)我国外墙保温技术发展历程。
        1.以墙体材料变革为主的起步阶段。上世纪80年代我国建筑节能研究起步之初,以推广使用加气混凝土砌块、轻集料混凝土小型砌块、多孔砖、复合墙板等自保温墙体材料为主, 步入90年代逐步开展外墙内保温和外保温体系的研究和试点。
        2.有机保温材料外保温系统大发展阶段。1997年强制施行建筑节能要求后,外墙外保温技术得以广泛应用。2000年《民用建筑节能管理规定》(建设部令第76号)的发布,极大地促进了外墙外保温技术的快速发展和规范应用,2004年发布的《外墙外保温工程技术规程》JGJ144几经修订,使外墙外保温技术系统化发展,外保温系统的保温板主要有EPS板、XPS板、和PUR板或PIR板等有机保温材料,尤其是EPS板具有材料保温节能性能优、容重轻、成本较低等优点,市场占有率长期居高。
        3.外墙保温材料必须满足耐火要求下的新发展时期。2010年上海“11·15”特大火灾事故,外墙保温材料起火导致58人遇难,另有70余人受伤。惨痛的教训,惊醒了国人的防火意识,无机保温材料做外保温的研究全面展开,同时,自保温复合砌块墙体应用研究日益深入。2014年《建筑设计防火规范》GB50016对外墙保温材料的燃烧性能有了明确规定。燃烧性能为B1级的有机保温材料逐步取代了普通B2级EPS板,燃烧性能为A级的无机保温材料(岩棉)的市场占有率逐年提高。
        4.外墙保温技术发展趋势。外墙保温节能要求孕育了有机材料外保温体系的大发展,外墙保温燃烧性能要求推动了保温材料——从有机保温材料向无机保温材料和复合保温材料转变;外墙耐久性和综合性能提高推动了保温技术体系——从外墙外保温体系为主向复合外墙自保温体系研发应用转变。同时,装配式建筑的应用与推广,推动了工厂化预制的复合夹芯自保温墙板得到广泛应用。建筑外墙耐久性、保温材料阻燃性和装配式建筑发展方向,已经展示了自保温墙体应用体系必将引领今后节能建筑外墙技术研发应用的大趋势。
        二、当前外墙外保温体系存在的问题
        我国外墙外保温技术、产品和系统目前还在不断发展完善中,在大量建筑工程应用外保温技术的过程中,由于建筑结构形式、所处气候条件、系统材料使用、施工工艺和施工管理等方面的因素,我国外保温系统还存在一些问题。
        (一)容易开裂。外保温系统构造设计不合理或施工缺陷导致渗水发霉、开裂。抗冲击性能差,稍有碰撞就可能引起开裂。
        (二)空鼓和脱落现象时有发生。部分保温材料和产品性能稳定性差、保温粘接材料质量缺陷、粘贴方式不合理或胀缩等因素,外保温系统与基层墙体极易发生粘接不良或日久失效造成空鼓脱落。
        (三)有机保温材料防火性能差。目前,外墙外保温系统,有机保温材料自重轻、保温隔热性能优,但燃烧性能达不到A级,在施工阶段易发生火灾事故。粘贴保温板薄抹灰外保温系统,薄抹灰厚度或质量不达标,开裂、脱皮现象较多,存在火灾隐患。
        (四)无机保温材料研发滞后。目前,无机外保温材料主要是岩棉,燃烧性为A级,但自重较大、保温隔热性能不如有机保温材料,且污染重。同时,岩棉板中的玻璃丝,易掉落,有害人身健康。
        (五)外墙外保温施工程序繁杂、系统性风险高。外墙外保温需二次粘贴,质量、安全控制环节多,系统性风险高。随着无机保温材料(岩棉)及一体板的广泛应用,保温材料自重越来越大,外保温工程依然是粘贴固定为主,外保温脱落的危险性越来越大。
        (六)外墙外保温安全使用年限为25年与建筑使用寿命不同期。2000年前后建设的节能建筑,外墙保温安全使用的25年时限即将到来。近年来,外墙外保温工程出现大面积裂缝、脱落,以及外保温系统发生火灾的新闻报道屡见不鲜,外保温脱落引发的伤人事件时有发生。外墙外保温与建筑使用寿命不同期的弊病日益显现,外墙保温体系变革的研究愈发迫切。
        三、发展自保温墙体的必然趋势
        (一)自保温墙体相对于外墙外保温墙体的优点:
        1.防火性能和抗冲击性能优良,有良好的耐久性。自保温墙体本身是由砌块以及砌筑砂浆构成和建筑物主体结构连接一体,其原材料大部分是无机材料,复合有机保温材料填插在砌块内部,充分发挥了不同材料各自优点。自保温墙体既扮演着基层墙体的角色,又作为保温结构,抗冲击能力强,防火性能好,耐久性优,不易老化,既安全又可靠。使用年限可以达到建筑同寿命。
        2.施工工艺简单,质量安全可靠。自保温墙体的施工方法与传统砌筑工艺相仿,很容易掌握,施工过程更加安全、方便、快捷。同时,省去粘贴外保温高空作业环节,能有效避免因粘贴材料质量缺陷或粘贴方式不当引起的外保温脱落,解决了外墙保温工程质量常见问题和消防安全问题。
        3.综合经济性好。自保温墙体的材料成本与外墙加外保温相差无几,自保温砌块墙体一次砌筑完成,避免二次粘贴外保温施工,节约劳动力,降低施工难度,缩短工期,有效降低施工成本,减少了建安投资。与建筑同寿命,减少二次维护费用。
        4.环境保护意义重大。自保温砌块从制作材料到生产、使用等各个环节,都没对环境造成很大的破坏,还因为它的原材料很多都是工业废料,在一定程度上有效的保护了环境,有利于建筑行业健康发展。
        (二)外墙自保温体系仍需完善。虽然自保温砌块墙体技术相对于传统外保温墙体技术有诸多优势,但建筑承重结构多以钢筋混凝土框架、框剪或剪力墙结构为主,目前,承重墙、梁、柱的保温措施主要采用与保温板(有机材料为主)一体浇筑的方案,其实质还是外保温体系的延伸,其局部依然达不到A级阻燃要求。再有,自保温砌块作为填充墙保温性能越好,其与混凝土构件的热传导性差异越大,在自保温砌块墙体与混凝土墙、柱、梁、构造柱、过梁等构件交接处的冷(热)桥节点处理的技术难度就越大,一些技术难点还没有彻底解决。外墙自保温体系仍需进一步研究完善。
        四、新疆地区外墙保温技术研发战略
        新疆维吾尔自治区地处祖国的西北,从全国建筑热工设计分区图中可看出新疆大部分地区属严寒或寒冷地区,其中严寒区42个市县(其中严寒C区29个),寒冷区51个市县。我区各市县普遍具有冬季寒冷、供暖期长、采暖能耗高的特点,提高围护结构的保温性能对降低能耗作用明显,建筑节能对节能减排和改善室内热环境意义重大。在制定本地区外墙保温技术研发战略时既要看到自保温墙体的发展趋势,又要认识到我区对外墙自保温技术应用研发不足的现状。我们应学习国内先进的自保温节能墙体经验,依据地域特征、材料来源和技术水平等,加大力度研究开发自主品牌的墙体自保温节能技术,分地区、分阶段逐步推广。
        (一)以设计为突破,制定自保温体系地方标准和图集。
        我区的建筑节能设计地方标准《严寒(C)区居住建筑节能设计标准》,明确围护结构应首先选择外保温体系;《公共建筑节能设计标准新疆维吾尔自治区实施细则》,明确建筑围护结构应优先选择外保温体系。在建筑节能设计的地方标准中,对墙体自保温体系应用几乎未提到。因此,墙体自保温体系应用必须以设计为突破口,制定相应的地方标准、图集,从技术层面为其应用奠定基础。
        (二)因地制宜分地区、分阶段推进自保温体系应用。
        我们新疆地域辽阔、气候差异大,不同地区不同建筑对外墙保温的性能要求差异是比较大的(详表1、表2)。因此,在制定产业政策时,应该依据我区气候特点和节能要求因地制宜分地区、分阶段实施自保温体系应用。






        根据相关资料,目前国内节能砌块的导热系数能达到0.12W/m·K的水平,300厚自保温墙体传热系数能达到0.38 W /(m2·K)。对照表1、表2可以看出,基本满足严寒C区及寒冷地区各种建筑外墙传热系数限值。因此,建议新疆维吾尔自治区住房和城乡建设厅牵头其他部门予以政策支持,以技术力量相对强的乌鲁木齐市、克拉玛依市等严寒C区城市为试点,积极开展外墙自保温节能建筑体系的应用与研究,攻克技术难题,完善相关技术标准、图集、施工工艺体系。通过试点,先行推动严寒C区及寒冷地区的外墙自保温节能建筑应用,待产品技术能力提升后,再进一步全面推广。
        (三)调整产业结构,支持本地区企业进行外墙自保温节能建筑体系研发生产。
        外墙自保温节能建筑体系的应用,离不开创建一批有自主知识产权的复合自保温砌块材料生产企业。政府及有关部门应站在调整产业结构的高度,采取各种措施进行政策引领,鼓励生产企业加大自保温墙体材料自主研发力度、实施产品转型,鼓励创建复合自保温砌块材料生产企业的积极性。同时,生产企业进行的市场化应用研究投入对解决应用技术难点的推动作用将是巨大的。产业化发展推动外墙自保温节能建筑体系技术的发展与应用,使自保温砌块墙体的应用范围更加广阔。
        结束语
        新型节能建筑墙体自保温技术与其他墙体保温技术比较,具有与建筑同寿命、安全性能好、施工方便、综合造价低、便于维修改造等优点;利于降低能源消耗、减少环境污染、促进节能减排、实现可持续发展,发展前景广阔。新疆地区建筑节能发展应认清趋势,采取因地制宜分地区、分阶段实施自保温体系应用,以设计为突破口,合理的产业政策引导企业加大科研投入,实现产品转型,稳步推进自保温体系广泛应用。
       
数据来源
①《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》
②《公共建筑节能设计标准新疆维吾尔自治区实施细则》
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