建筑外墻保溫體系設計優化
——沙特阿拉伯保障房項目

文_潘行強 中國水利水電第十二工程局有限公司

沙特阿拉伯保障房三期項目，是沙特政府為了適應人口快速增長的保障性住房開發項目，也是沙特2030 年社會發展愿景計劃的一部分。項目位于沙特阿拉伯西南部阿西爾省，所在地海拔約2200m，共有241 套別墅，均為1 層（有1～4個臥室4 種戶型）。合同為EPC 模式，包括設計、土建、裝修、機電、給排水、暖通和庭院工程等內容。主體結構墻體和屋面均為混凝土現澆，混凝土模板采用定制鋁模，外墻和屋面保溫體系采用XPS 保溫板。

1 沙特建筑規范對保溫設計的要求

據統計，沙特阿拉伯全國民用住宅的用電量占整個國家電力消耗的約50%；且隨著人口快速增長、經濟增長和較低的電價，用電需求將在2025 年翻倍。沙特政府近年來提出了“2030 愿景”，為實現經濟社會可持續發展,降低能源消耗，在2018年用Saudi Building Code：602 Energy Conservation（簡稱“SBC-602”）代替了2007 年頒布的SBC-601 標準，對建筑能耗標準提出了更加嚴格要求。

根據SBC-602 標準，將沙特全境分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類地區，對保溫要求從Ⅰ類到Ⅲ類遞減。沙特氣候分區是根據統計一年中在某特定溫度以上的累計小時數來劃分的， 10℃以上超過5000h 為I 區；小于或等于3500h 為Ⅲ區；介于中間為Ⅱ區。本項目地處山區，夏季最高平均氣溫33℃；月度平均最低氣溫在1 月份，最低平均氣溫3℃，濕度在40%～80%之間。項目所在地與利雅得、吉達等城市同屬于I 類地區，屬節能要求最高類別地區。

根據SBC-602 標準，在建筑節能設計理念上，采用圍合式保溫系統，即屋面和墻體全部包裹保溫材料；在設計方法上采用組件性能方法，如做外墻保溫設計時，將墻體、門、窗各自的傳熱系數與面積的乘積進行匯總，再除以外墻體總面積，計算出整個墻體的傳熱系數。根據SBC-602 標準，在I 類地區，墻體熱傳導系數要小于0.342W/(m2·K），屋面熱傳導系數是0.202W/(m2·K)。

2 項目外墻保溫體系設計

本項目別墅采用圍合式保溫系統，屋面和墻體全部包裹保溫材料。保溫材料采用XPS 板（擠塑聚苯乙烯泡沫塑料，簡稱“擠塑板”）。設計方案：外墻貼XPS 板，厚度為8cm；屋面XPS 板厚度13.5cm，聯體別墅中間隔墻XPS 板厚4cm。

外墻XPS 板保溫體系的施工工藝：①安裝XPS 板。用點框粘法（粘結砂漿約10mm 厚）將XPS 板粘貼在墻上，24h后粘貼砂漿具備強度，在墻上鉆孔，用塑料膨脹錨釘將XPS板固定在墻上。②施工外墻抹面層。使用廠家生產抹面砂漿，在XPS 板上做抹面層，抹面層厚5mm 左右，分兩遍成活，中間加一層玻璃纖維網防止開裂。③刷外墻漆。抹面層完成并干燥后，涂刷丙烯酸外墻漆，含一層底漆、一層紋理漆和兩層面漆。

2 施工問題

XPS 板與混凝土墻面粘結強度不夠，有的會自動脫落，見圖1。XPS 板在安裝錨固后產生翹曲變形，大面不夠平整、沿接縫處開裂。抹面層與XPS 板粘結度差，抹面層出現較多裂縫。抹面層與XPS 板粘結效果差，抹灰層有脫空起鼓現象。

圖1 未錨固的XPS 板脫開/脫落

3 施工問題原因分析

通過分析相關的施工質量原因，如抹面層玻纖網搭接不足、抹面層偏厚、玻纖網偏底層等發現，XPS 板自動脫落、板體翹曲變形導致板接縫處開裂，顯然不能歸于施工質量問題；也可以排除XPS 板生產工藝和產品質量上的原因。

根據現場出現的問題分析，XPS 板在本項目應用環境下存在缺陷和不足。①XPS 板表面光滑，與混凝土墻體粘貼效果不佳，容易發生脫落；同樣原因，砂漿與XPS 板之間粘結強度不夠，容易導致抹面層開裂和脫空。②XPS 板生產工藝是擠壓成型，板體構造是表面硬內里軟，截面上是非均質結構，受到外力或溫度變化，容易發生形體變形。③XPS 板抗壓強度較大、剛性大，用錨釘固定后會變形產生應力，容易導致抹面層沿板接縫處開裂。④XPS 板不透水、不透氣，一旦抹面層裂縫滲水，水分揮發不出去，會影響抹面層與XPS板粘結效果，也導致抹面層裂縫發育。

為了解決問題和找到解決方案，考察了其他沙特保障房項目。其中，某中國央企在沙特有兩個項目，都采用了現澆混凝土主體結構+外墻EPS 板外保溫體系，外墻EPS 板抹面層裂縫較少，無抹灰層脫空和起鼓現象，施工質量和外觀效果比較理想。

此后，又參觀考察了當地兩家EPS 板工廠和一家XPS板工廠。兩種板的原材料一樣，都是聚苯乙烯，只是生產工藝不同。EPS 板是水蒸氣發泡，模具成型，再切割成需要的寬度和厚度；XPS 板是利用發泡劑發泡、連續擠壓成型，成品的顆粒更細密，強度更高，隔熱效果更好。EPS 板從大型發泡箱取出來冷卻數天，再進行切割，成品形體穩定、尺寸也穩定；XPS 板是發泡后直接在軋輥上擠壓成型，因為采用擠壓成型工藝，板體易產生應力集中和變形。

4 優化設計方案

經過考察類似項目、考察XPS 板和EPS 板生產廠家、收集各方面信息，確定了外墻保溫采用EPS 板的方案，詳見表1、表2。

表1 本項目外墻保溫使用的XPS板和EPS板技術參數

表2 本項目EPS板保溫體系的設計

根據沙特SBC-602 標準，對應I 類地區，墻體的熱傳導系數U 值要求小于等于0.342，因此設計墻體的熱傳導系數U 值滿足要求。

5 樣品試驗

利用廠家提供EPS 樣品（尺寸50cm×50cm×10cm），做了EPS 板與墻體的粘結試驗和在EPS 板上抹灰試驗。

5.1 EPS板與墻體粘結力試驗

用粘結砂漿將EPS 板粘貼在混凝土墻上24h 后，一個標準體重的成年人站在板子上，板子不會脫落，因此理論上可以不打固定錨釘。EPS 板與墻體粘結相當牢固，施加力量從墻面剝離， EPS 板會從內部撕裂。

5.2 抹面層剝離試驗

在EPS 板上做抹面層厚度約5mm，24h 后用角磨機沿抹面層厚度切割5 塊5cm×5cm 大小的方塊。沒有試驗儀器，用手剝離抹面層，均在EPS 板內部撕裂，而不是從兩者結合面脫開，說明砂漿與EPS 板之間粘結強度要高于EPS 板自身抗拉強度。

5.3 廠家試驗數據支撐

依據表3 的數據表明，標準狀況下砂漿與EPS 板粘結強度是0.13N/mm2，計算在200mm×200mm 的面積上能承受5.2kN 拉力（DMC 廠家數據）。而XPS 板與砂漿的粘結強度沒有廠家能提供試驗數據支撐。

表3 砂漿在EPS板上的粘結強度

5.4 EPS板和XPS板的綜合比較(表4)

表4 EPS板和XPS板外觀和性能的相對比較

5.5 施工樣板房

為了驗證EPS 板在本項目的適用性，在現場選擇了一幢別墅做樣板房。除了將XPS 板換成EPS 板，樣板房采用的材料如砂漿、玻璃纖維網等與之前一樣，施工工藝也一致。施工順序為在混凝土外墻上粘貼EPS 板-打塑料膨脹釘固定-做抹面層-油漆。

樣板房施工過程順利，墻體粘貼EPS 板牢固可靠，板與板之間接合緊密、縫隙小、大面平整、無板面翹曲現象；EPS 板抹灰大面更平整、轉角線條更順直，用手指叩擊抹面層，回聲短促清脆，說明抹面層與EPS 板結合緊密，無脫離空鼓，施工質量明顯優于采用XPS 板。樣板房順利通過驗收，EPS 板代替XPS 板的優化方案也得到了監理和業主的批準，同意在后續未施工的別墅中按EPS 保溫體系進行施工。油漆完工后效果見圖2。

圖2 使用EPS 保溫板外墻油漆后的外觀效果

6 設計優化總結

經過樣板房的施工檢驗，總結EPS 板做外墻保溫和XPS板相比有以下優點：

①EPS 板易于切割，切面更平整方正。用普通木工鋸（梳齒間距4mm）即可現場切割，操作方便。②EPS 板與墻體結合牢固。用粘結砂漿將EPS 板粘貼在混凝土墻上，無板體脫落現象。③EPS 板形體平整，安裝后基本無變形。安裝后板間拼接縫隙小、大面平整、墻體轉角等部位線條順直。④EPS 板材質較軟，可吸收變形，無應力集中。用錨釘固定時，板子本身可吸收錨固過程帶來的變形，輪廓尺寸穩定，表面無應力，不容易導致抹面層沿板縫開裂。⑤抹面層與EPS板粘結效果好。成活后大面更加平整，抹面層較少開裂、空鼓、脫開現象。

經過整棟樣板房的施工，驗證了采用EPS 板從施工便利度、與墻體/抹面層結合強度、到外觀質量方面都優于XPS板；在材料成本方面，本項目采用10cm 厚的EPS 板，比8cm厚XPS 板每平方米價格低20%～30%。

7 XPS板在外墻保溫領域的應用展望

XPS 板自20 世紀90 年代引入中國，在建筑保溫領域的應用已有近20 年。2019 年11 月，我國頒布了行業標準《外墻外保溫工程技術標準》，標準中新增了粘貼XPS 板外保溫系統。標準中提到“保溫層材料可為EPS 板、XPS 板和PUR板或PIR 板”，但對EPS 板和XPS 板的適用條件和適用范圍沒有區分。

結合本項目的實踐，認為在建筑物的墻體外立面需要做抹面層、對墻面平整度要求較高的場合，使用XPS 板不是最佳選擇，而使用EPS 板是更穩妥的方案。對于XPS 板應用在其它建筑場景如不同部位、不同外墻設計方案，本文沒有涉及研究。

從本工程實踐看，在建筑物外墻粘貼XPS 板并施工抹面層，應對XPS 板進行表面處理，提高其粘結能力。據生產廠家反饋，XPS 板做表面刨皮處理后報價增加約20%。采用預制裝配工藝，將XPS 板澆筑在混凝土構件里是個相對理想的方式，省掉了墻上粘貼保溫板和做抹面層的工序，施工比較快捷方便。但這種方式需采購預制墻板或自建預制廠生產，現場起吊和裝配預制墻板及屋面板，與結構主體采用現澆混凝土方案相比，在墻體和屋頂施工工藝、裝修作業內容、外墻面完工效果等方面有較大的不同。

未來，建筑行業相關企業單位，如生產廠家、科研院所、設計單位和施工企業需要一起努力，對建筑外墻XPS 板保溫體系不斷深入研究和創新，研發新材料新工藝，降低材料和施工成本，促進建筑保溫技術領域發展，為實現“雙碳”目標做出貢獻。