住宅外墻保溫材料性能及保溫效果對比分析

■ 陸偉光 Lu Weiguang

0 引言

隨著節能減排工作的貫徹深入，我國先后發布實施了《民用建筑節能設計標準（采暖居住建筑部分）》（JGJ 26—95）、《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》（JGJ 134—2010）、《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》（JGJ 75—2012）。在國家技術政策和節能標準的推動下，外墻外保溫體系的使用也越來越廣泛。尤其是近年來，建筑保溫節能要求日益提高，采用外墻外保溫體系的建筑數量不斷增長，各種新型的保溫材料層出不窮。隨著防火要求的提高，膨脹聚苯板（EPS板）、擠塑聚苯板（XPS板）、聚氨酯等易燃保溫材料已被逐漸淘汰出市場。目前，住宅中應用較多的燃燒性能為A級的材料有泡沫玻璃板、發泡水泥板和巖棉板，本文將著重介紹這3種常用保溫材料。

1 外墻外保溫材料

1.1 泡沫玻璃板

泡沫玻璃是由碎玻璃、發泡劑、改性添加劑和發泡促進劑等，經過細粉碎和均勻混合后，再經過高溫熔化、發泡、退火而制成的無機非金屬玻璃材料。具有不吸水、不燃燒、容重低、導熱系數小等優點，但生產成本較高[1]。

1.2 發泡水泥板

發泡水泥板以普通硅酸鹽水泥、粉煤灰或礦粉為主要材料，再加入特殊效果的外加劑，經發泡、成型、養護、切割等工藝所生產的具有一定保溫效果的輕質多孔保溫板材。由于材料中孔洞較多，易吸水。

1.3 巖棉板

巖棉是以玄武巖或輝綠巖為主要原料經高溫熔制成的無機人造纖維巖棉制品，具有良好的保溫、隔熱、吸聲、耐熱、不燃性能和良好的化學穩定性[2]。巖棉纖維進入到人體呼吸道的話，對人體造成傷害。

表1 第一組泡沫玻璃板測試結果

表2 第二組泡沫玻璃板測試結果

表3 第三組泡沫玻璃板測試結果

圖1 三組泡沫玻璃板數據對比

圖2 每組泡沫玻璃板數據平均值對比

2 材料性能、施工方法及其他方面特性比較

2.1 燃燒性能

2015年5月，《建筑設計防火規范》（GB 50016—2014）開始發布實施，規定民用建筑外保溫材料的燃燒性能宜為A級，且不應低于B2級。2015年10月，《民用建筑外保溫材料防火技術規程》（DGJ 08—2164—2015）規定，新建、改建、擴建民用建筑外墻保溫材料嚴禁采用燃燒性能為B2級及以下的保溫材料。發泡水泥板、泡沫玻璃板、巖棉板作為無機保溫材料，燃燒等級均為A級，能滿足防火要求。

2.2 導熱系數、密度、抗拉強度

分別對泡沫玻璃板、發泡水泥板和巖棉板進行測試，測試所用泡沫玻璃板、發泡水泥板、巖棉板，采用相同的成型工藝，不同的規格，從中選取具有代表性密度的保溫材料進行試驗。

2.2.1 泡沫玻璃板

依據標準要求，在目前市場上常用的泡沫玻璃板中選取3種密度具有代表性的泡沫玻璃板，測試其導熱系數、密度、抗拉強度，測試結果如表1～3所示。

通過比較（圖1、2）可以看出，泡沫玻璃板的導熱系數和抗拉強度隨密度增加而逐漸增加。當密度平均增加27%時，抗拉強度增加24%，導熱系數約增加20%，導熱系數增加幅度與抗拉強度增加幅度基本一致。

2.2.2 發泡水泥板

依據標準要求，在目前市場上常用的發泡水泥板中選取3種密度具有代表性的發泡水泥板，測試其導熱系數、密度和抗拉強度，測試結果如表4～6所示。

由圖3、4可以看出，發泡水泥板的導熱系數和抗拉強度隨密度逐漸增加，當密度平均增加23%時，抗拉強度增加50%，導熱系數增加11%（即保溫性能下降11%），其抗拉強度增長幅度遠高于保溫性能下降幅度。

因此，在選擇發泡水泥板時，宜選擇密度較高那種。一方面，密度的增加對于抗拉強度的提高幅度遠遠大于保溫性能下降幅度；另一方面，發泡水泥板密度較低時，脆性較大，施工時易碎裂。因此，在滿足節能要求的前提下，宜選用密度高的發泡水泥板。

2.2.3 巖棉板

依據標準要求，在目前市場上常用的巖棉板中選取3種密度具有代表性的巖棉板，測試其導熱系數、密度、抗拉強度，測試結果如表7～9所示。

對于巖棉板來說，巖棉板隨密度增加，導熱系數變化不大，垂直于板的抗拉強度逐漸增加，當密度增加28%時，垂直于板的抗拉強度增加10%（圖5、6）。可見，巖棉板密度對保溫性能影響不大。

圖3 三組發泡水泥板數據對比

圖4 每組發泡水泥板數據平均值對比

表4 第一組發泡水泥板測試結果

表5 第二組發泡水泥板測試結果

表6 第三組發泡水泥板測試結果

表7 第一組巖棉板測試結果

表8 第二組巖棉板測試結果

表9 第三組巖棉板測試結果

2.3 施工方法

2.3.1 發泡水泥板與泡沫玻璃板保溫系統施工

發泡水泥板保溫系統由黏結層、保溫層、連接件、增強防護層和飾面層組成。發泡水泥板保溫板與基層采用滿粘法，且黏結層厚度不應小于5 mm；連接件的布置每平方米不少于5個[3]。

泡沫玻璃保溫系統由黏結層、保溫層、連接件、增強防護層和飾面層組成。施工時基層墻體涂刷混凝土專用界面劑，然后采用專用的干混薄膜層抹灰砂漿對基層墻體進行找平。泡沫玻璃板粘貼面積不小于50%，連接件的布置密度一般為每平方米4～5個[4]。

由于泡沫玻璃板和發泡水泥板在外墻保溫中使用的板材多以300mm×300 mm板材為主，按照每平方米5個錨栓的要求設置，錨栓的設置就不可能把所有的板材覆蓋，所以碎裂的板材容易脫落。

2.3.2 巖棉板保溫系統施工

巖棉板保溫系統由黏結層、保溫層、連接件、增強防護層和飾面層組成?；鶎訅γ嬗?∶3水泥砂漿進行填實找平?；鶎颖仨毟稍锊⒕哂幸欢ǖ臋C械強度。巖棉的粘貼采用點粘法，巖棉的結構較松散，所以巖棉板的固定，除了可靠的黏結外，錨栓的設置非常重要，錨栓的數量、規格、分布及拉拔力試驗都必須符合設計要求。巖棉受潮后，易造成板材的疏松，強度降低， 因此，保溫板的開口處都要有可靠的密封措施，或者采用憎水型板材，以阻斷雨水、潮氣的入侵通道，達到耐久、可靠的保溫效果。施工過程中，巖棉纖維會損傷施工人員的呼吸系統及裸露皮膚，因此，在施工過程中必須做好必要的防護措施。

2.4 其他方面比較

在整體性上，泡沫玻璃板、巖棉板和發泡水泥板是以板材形式施工于外墻表面，對外墻表面平整度要求較高，泡沫玻璃板和發泡水泥板材料本身有一定的強度，其抗拉強度均能達到0.1MPa以上，但抗折抗彎性能較差，屬于脆性材料，施工過程中必須避免磕碰。巖棉板屬于柔性材料，有一定的韌性，但是主要是由纖維通過壓制而成，纖維之間的聯系程度較差，垂直于板的抗拉強度只能達到10kPa以上。

圖5 三組巖棉板數據對比

圖6 每組巖棉板數據平均值對比

3 保溫性能比較

根據《居住建筑節能設計標準》（DGJ 08—205—2015），“3層及以下建筑外墻平均傳熱系數小于等于0.8 W/（m2K），3層以上建筑外墻平均傳熱系數小于等于1.0 W/（m2K）”。為便于分析，計算條件可做如下簡化處理。

（1）3層及以下建筑通常為砌體結構，圈梁、過梁、樓板、構造柱等結構性熱橋比例取25%，外墻主墻體以加氣混凝土砌塊為例。3層以上建筑尤其是高層建筑多為剪力墻結構，以剪力墻傳熱系數作為外墻平均傳熱系數。

（2）泡沫玻璃、發泡水泥板和巖棉板導熱系數取上述3組檢測數值密度為中間的一組數據，分析計算外墻平均傳熱系數滿足現行節能標準要求時，泡沫玻璃、發泡水泥板和巖棉板的厚度。

3層及以下建筑外墻平均傳熱系數應符合公式（1）要求：

式中：

K主墻體—外墻主體部位傳熱系數，單位：W/（m2K）；

K熱橋—外熱橋部位傳熱系數，單位：W/（m2K）；

Ri—外墻內表面對流換熱系數，取0.04 W/（m2K）；

Re—外墻內表面對流換熱系數，取0.11 W/（m2K）。

從保溫層厚度計算表（表10）可知，對于3層及3層以下建筑，主墻體材料采用加氣混凝土砌塊，外墻保溫材料采用泡沫玻璃板、發泡水泥板和巖棉板，要達到現行節能標準要求，保溫層厚度分別為25mm、35mm和20mm。對于3層以上建筑，大部分建筑尤其是高層建筑，主墻體多為鋼筋混凝土，外墻保溫材料采用泡沫玻璃板，發泡水泥板和巖棉板，要達到現行節能標準要求，保溫層厚度分別為40mm、55mm和35mm。

表10 保溫層厚度計算表

4 結語

綜上所述，泡沫玻璃板、發泡水泥板和巖棉板均屬于無機保溫材料，防火性能均達到A級要求。三種保溫材料中，就保溫效果而言，巖棉板最優；就耐久性而言，泡沫玻璃板最優；就材料的強度、保溫性能、施工性能、對人體健康影響等綜合性能而言，發泡水泥板綜合性能最優，性價比也最高。具體選擇時，應根據項目實際情況選擇合適的保溫材料。特別是當外墻外保溫采用發泡水泥板時，在滿足節能要求的前提下，宜選用密度高的發泡水泥板。一方面，是因為密度增加對于抗拉強度的提高幅度遠遠大于保溫性能下降幅度；另一方面，發泡水泥板密度較低時，脆性較大，施工時易碎裂。泡沫玻璃板就材料本身而言，性能略優于發泡水泥板，但價格是發泡水泥板的3倍左右，性價比低。

除上述保溫系統外，目前市場上又出現了很多新型的外墻外保溫系統，如復合板保溫系統、水泥基物理發泡保溫材料、纖維增強改性發泡水泥保溫裝飾板、無機改性不燃保溫板外墻保溫系統等等，還有近年來開始推廣的隔熱反射涂料等新型材料。因此，設計人員在選擇外墻保溫系統時，要了解每種保溫系統的優缺點，根據住宅建筑的特點選用適合的外墻保溫系統。

[1]邵占華.泡沫玻璃板外墻外保溫系統淺析[J].中國住宅設施 ,2016,5(5)：20-24.

[2]章書建.巖棉板薄抹灰外墻外保溫系統應用及案例分析 [J].建筑節能 ,2012(8)：45-47.

[3]上海市住房和城鄉建設管理委員會.DG/TJ 08—2138—2014 發泡水泥板保溫系統應用技術規程[S].上海：同濟大學出版社,2014.

[4]上海市住房和城鄉建設管理委員會.DG/TJ 08—2193—2016 泡沫玻璃板保溫系統應用技術規程[S].上海：同濟大學出版社,2016.