外墻外保溫系統滲漏對保溫性能的影響

■ 許利軍 XU Lijun

0 引言

外墻滲漏是目前既有住宅外墻外保溫工程的常見質量問題之一。外墻滲漏后，雨水進入保溫層，除了會影響外保溫系統的耐久性外，對外保溫系統的熱工性能也將產生一定影響。但外墻滲漏對外墻保溫性能的影響程度到底有多大，目前尚無相關研究。本文將采用實驗室試驗與軟件模擬相結合的方法，分析研究外墻滲漏對其保溫性能影響的程度。

1 滲漏對墻體材料熱工性能影響

滲漏會導致外墻濕度明顯增大，而濕度增大會對建筑節能墻體的保溫性能造成較大影響。墻體內濕度梯度由室內向室外逐漸降低，當濕氣由內向外滲透到保溫層時，由于保溫層的阻擋作用，會在保溫層與結構主體（砌塊主體、多孔燒結磚主體、剪力墻主體等）間形成水膜。對于采用膠黏劑類的保溫材料，會使其界面發生破壞，造成保溫材料的脫落；對于巖棉等無機材料，會使其吸濕后變性，保溫效果下降或喪失保溫功能。另外，濕度變化對保溫墻體材料本身的熱工性能也會產生較大影響，使其導熱系數增大，保溫效果下降。

2 濕度對保溫材料導熱系數的影響分析

2.1 潮濕環境對保溫材料導熱系數的影響

保溫材料普遍為多孔材料，材料內部存在較多的孔隙。保溫材料在干燥環境下其保溫性能表現良好，當孔隙中存在水分后，其保溫性能則會發生變化。靜止空氣的導熱系數為0.023W/（mK），水的導熱系數為0.58W/（mK），冰的導熱系數為2.3W/（mK），由此可知，水的導熱系數約是空氣導熱系數的 24倍之多。當水變成冰時，其導熱系數又增加了3倍之多。因此，當保溫材料內部孔隙中存在水分后，其導熱系數將大幅提高，保溫隔熱性能會大幅減低。

2.2 不同濕度條件下，保溫材料導熱系數的實驗室測試

2.2.1 試樣制作測試

保溫材料孔隙中含水后，其導熱系數將大幅提高。為明確不同濕度對保溫材料導熱系數的影響程度，本文以水泥基無機保溫砂漿為例進行試驗分析，對4組（4個/組）水泥基無機保溫砂漿試樣在不同濕度條件（未烘干狀態、烘干狀態、浸水2h狀態、浸水2d狀態）下的導熱系數進行實驗室測試。試樣制作及導熱系數測試方法如下：

圖1 實驗室無機保溫砂漿制作、養護

（1）制作4個空腔尺寸為300mm×300mm×30mm的金屬試模并放置于玻璃板，用脫模劑涂刷試模內壁及玻璃板，用攪拌機把材料攪拌均勻后，逐層加滿試模并略高出，然后用抹子抹平，制成4個試件。待試件成型后，用聚乙烯薄膜覆蓋，在試驗室溫度條件下養護7d后拆模，拆模后在試驗室標準條件下養護21d，再將試樣磨平(圖1）。

（2）將試件按照未烘干狀態、烘干狀態、浸水2h狀態和浸水2d狀態進行處理。

（3）按照《絕緣材料穩態熱阻及有關特性的測定防護熱板法》（GB/T 10294—2008）進行測試。啟動平板導熱儀，按檢測要求設置冷板和熱板及冷卻水的溫度，同時設置每個試驗階段的所需時間，將試樣裝入其中，開始導熱系數測試。

（4）測試結束后記錄相應導熱系數數值，并對結果進行修正，以修正后的數值作為本次的測試結果，數值修約至0.001W/（mK）。

2.2.2 試驗結果分析

在未烘干狀態、烘干狀態、浸水2h狀態和浸水2d狀態下，無機保溫砂漿導熱系數測試結果見表1，試驗結果對比圖見圖2。結果表明：

（1）保溫材料處于未烘干狀態時（含有一定水分）比烘干狀態（完全干燥）導熱系數略有增大，增大幅度約為15%。

表1 保溫層材料導熱系數檢驗結果

圖2 無機保溫砂漿在不同含水狀態下導熱系數試驗結果對比圖

（2）保溫材料浸水2h（基本飽和）后的導熱系數則顯著增加，達到烘干狀態（完全干燥）的2.6～4.1倍、未烘干狀態時（含有一定水分）的2.3～3.7倍。這說明保溫材料的導熱系數隨含水率的增加而明顯增大，同時也表明，含水狀況是保溫材料導熱系數的決定性因素，直接影響外墻保溫材料的保溫隔熱性能。

（3）保溫材料浸水2h和浸水2d后的導熱系數基本相當，表明無機保溫砂漿在浸水2h后，其含水率已基本達到飽和狀態。

3 導熱系數變化對節能效果的影響

為了模擬分析保溫材料導熱系數變化對外墻節能效果的影響，采用建筑節能設計分析軟件PBECA，建立分析對象的建筑模型，然后進行熱工設置、材料設置，再進行節能分析。本文采用PBECA軟件，分別對多層砌體結構房屋、高層混凝土結構房屋保溫材料在未烘干狀態、烘干狀態、浸水2h狀態和浸水2d狀態下的節能效應進行計算分析。

3.1 多層砌體結構房屋

試驗模型為一幢6層獨立單元住宅樓（圖3），外墻為240mm厚多孔磚砌體。外墻外保溫系統采用30mm厚無機保溫砂漿系統；屋面結構為120mm厚現澆混凝土板，屋面保溫系統采用40mm厚水泥膨脹珍珠巖保溫系統。本實例進行建筑節能效果影響分析的范圍為2層[⑥～⑦軸房間，如圖4陰影部分所示。

圖3 多層建筑3D視圖

為了模擬外墻外保溫系統滲漏情況，根據上述試驗研究成果，將外墻無機保溫砂漿分為未烘干、烘干、浸水2h、浸水2d共4種狀態，無機保溫砂漿的密度、含水率和導熱系數分別按表2取值。

根據表2，對外墻材料進行編輯，由PBECA材料編輯功能可直接得出外墻傳熱系數。將外墻主體層設置為240厚多孔黏土磚砌體，保溫層設置為無機保溫砂漿。在烘干、未烘干、浸水2h、浸水2d工況下,外墻（主體墻）的傳熱系數分別為1.036、1.088、1.441、1.445w/(m2k)。采用PBECA缺陷分析工具，選取2層[⑥～⑦，軸房間進行外墻單位面積負荷值分析，在上述4種工況下，房間外墻單位面積負荷值分別為91.29、95.48、128.94、129.11kWh/m2（圖5）。為便于分析比較，將外墻保溫材料烘干工況下的外墻傳熱系數及房間單位面積負荷值設為1，計算其他3種工況下的相對分析結果（表3）。

表2 保溫材料參數表

圖4 建筑平面圖

圖5 保溫材料在不同含水狀態下外墻單位面積負荷值計算結果對比圖

可見，對于砌體結構房屋，外墻保溫材料烘干與未烘干工況下，外墻傳熱系數及房間外墻單位面積負荷值變化均很小；浸水2h與浸水2d工況下，上述節能分析結果也很接近，但外墻保溫材料在潮濕狀態與干燥狀態下的節能分析結果存在較大差異。外墻保溫材料從干燥狀態變為潮濕狀態后，外墻傳熱系數增大69%，房間外墻單位面積負荷值增大41%。

3.2 高層混凝土結構房屋

一幢12層鋼筋混凝土剪力墻結構住宅樓（圖6），混凝土剪力墻厚200mm，外墻外保溫系統采用無機保溫砂漿系統；屋面結構為120mm厚現澆混凝土板，屋面保溫系統采用XPS保溫板系統。本案例進行建筑節能效果影響分析的范圍為2層軸房間，如圖7中陰影部分所示。

表3 節能分析結果表（相對值）

圖6 高層建筑3D視圖

將外墻主體層設置為200厚鋼筋混凝土墻，保溫層設置為無機保溫砂漿，采用前述外墻節能分析方法。在烘干、未烘干、浸水2h、浸水2d狀態下，外墻（主體墻）傳熱系數分別為1.500、1.610、2.530、2.541w/(m2k)；房間外墻單位面積負荷值分別為96.21、106.75、163.42、164.16kWh/m2（圖8）。為便于分析比較，將外墻保溫材料烘干工況下的外墻傳熱系數以及房間單位面積負荷值設為1，計算其他3種工況下的相對分析結果見表4。

圖7 建筑平面圖

圖8 保溫材料在不同含水狀態下外墻單位面積負荷值計算結果對比圖

表4 節能分析結果表（相對值）

可以看出，對于該工程混凝土剪力墻結構房屋，外墻保溫材料烘干與未烘干工況下，外墻傳熱系數及房間外墻單位面積負荷值變化也很??；浸水2h與浸水2d工況下，上述節能分析結果也很接近，但外墻保溫材料在潮濕狀態與干燥狀態下的節能分析結果存在較大差異。外墻保溫材料從干燥狀態變為潮濕狀態，其外墻傳熱系數變化最大，約增大69%，房間外墻單位面積負荷值約增大71%。

4 結語

綜上所述，本文從濕度對保溫材料導熱系數的影響、導熱系數變化對建筑節能影響兩個方面，分析滲漏對外墻外保溫系統保溫性能的影響，并通過建筑節能設計分析軟件PBECA，對保溫材料導熱系數變化后的多層砌體結構房屋、高層混凝土結構房屋節能效果進行模擬分析，得出以下結論：

（1）滲漏對保溫材料導熱系數影響明顯。滲漏發生后，保溫材料的含水率明顯增大，使其導熱系數大幅提高。

（2）滲漏明顯降低了外保溫系統的保溫性能。滲漏發生后，保溫材料導熱系數大幅提高，導致外墻單位面積負荷明顯增大，外墻保溫隔熱性能大幅減低。砌體結構房屋和混凝土剪力墻結構房屋在烘干與未烘干工況下，外墻保溫材料的傳熱系數及房間外墻單位面積負荷值變化均很??；但在浸水2h與浸水2d工況下，外墻保溫材料的保溫性能發生明顯變化。

（3）外墻外保溫系統發生滲漏后，其保溫隔熱性能將大幅降低。