房屋建筑外墻綠色節能保溫技術研究

蘭 秋 （南寧職業技術學院，廣西 南寧 530008）

綠色節能是21世紀建筑行業的一個重要課題，同時也是新時代建筑行業未來的主流發展方向。建筑內電氣電子設備較多，無論是制熱、制冷等都需要消耗巨大的電力能源，因此需要采取有效手段降低建筑能耗[1]。保溫作為建筑的主要功能之一，在建筑外圍護結構中，外墻占建筑的外表面積比重較大，直接與室外空氣接觸，因此外墻的熱損耗也比較大。在緯度較高的地區，建筑外墻需要具有良好的保溫效果，利用相關技術提升建筑外墻保溫性能，從而降低建筑的制熱能耗，是新型綠色環保建筑所面臨的重要難題。由于國內關于新型綠色環保建筑外墻材料節能保溫研究起步比較晚，相關的技術和理論還不夠成熟，雖然已經有了將近二十年的研究和實踐經驗，但是技術水平相較國外還存在較大的差距[2]。在實際工程中對于建筑外墻保溫材料選擇不夠合理，并且為了提升保溫效果，一味地增加外墻保溫材料厚度，雖然建筑的保溫性能有所提高，但是在夏季時建筑室內溫度也比較高，提升了室內制冷能耗，沒有達到預期的節能效果。由此可見，目前新型綠色環保建筑外墻材料節能保溫技術還存在較大的提升空間，為此提出此次研究。

1 工程概況

以某建筑工程為實例，對新型綠色環保建筑外墻材料節能保溫技術應用進行實例分析。該建筑工程總樓層數量為6 層，建筑高度為18.54m，單個樓層面積為465.15m2，建筑整體朝向為西南向。該建筑圍護結構主要由外墻、屋頂、外窗以及外門組成，外墻為245mm 厚頁巖模數燒結磚，外窗的材質為單框斷橋鋁13 中空加Low-R高透光玻璃，外門采用巖棉保溫多功能防盜門，建筑屋頂采用85.5mm 厚擠塑聚苯保溫板加156.54mm厚鋼筋混凝土板坡屋頂，建筑工程平面示意如圖1所示。

圖1 建筑工程平面示意圖

該建筑處于中國南方地區，年平均氣溫17.5℃～23.5℃。冬季溫度較低，各地極端最低氣溫為-8.4℃～2.9℃，對建筑外墻材料節能保溫要求較高。

2 建筑外墻節能保溫設計

建筑外墻材料節能保溫技術主要包括三個部分：第一，結合建筑所在區域的氣候條件以及節能保溫需求，對建筑外墻材料節能保溫整體結構進行設計；第二，綜合考慮綠色環保、節能、保溫等因素，選擇合適的建筑外墻保溫材料；第三，根據設計方案開展新型綠色環保建筑外墻材料節能保溫施工。以下將結合建筑工程實際情況，從這三個方面入手，對建筑外墻材料節能保溫技術進行詳細說明。

2.1 外墻節能保溫結構

建筑外墻節能保溫整體結構設計主要根據我國《民用建筑熱工設計規范》(GB50176-2016)，結構形式采用水泥砂漿+保溫材料復合型[3-4]。其保溫結構主要由水泥砂漿層、保溫材料層、水泥砂漿層、粘結層和飾面層組成。建筑外墻節能保溫結構如圖2所示。

由圖2 可知，建筑外墻的基層外是一層水泥砂漿，厚度為10mm，其作用是使建筑保溫材料與外墻粘合。在保溫材料鋪設和固定完成后，再在其外側涂抹一層厚度為10mm的水泥砂漿，利用水泥砂漿將建筑保溫材料包裹住，避免建筑保溫材料受到外部環境作用的影響[5]。然后在水泥砂漿外部涂一層粘結層，用于固定外墻的飾面材料。粘結層和飾面材料除了保證外墻美觀外，還可緩解外界環境對保溫材料層的風化作用，以此提升建筑外墻保溫的使用壽命和防滲效果。

圖2 建筑外墻節能保溫結構

2.2 外墻保溫材料選擇

建筑外墻保溫材料的選擇尤為重要，是新型綠色環保建筑外墻材料節能保溫技術的關鍵。目前，常用的保溫材料主要有聚苯板、巖棉板、聚氨酯保溫板以及膠粉聚苯顆粒等，通過查閱規范及文獻[6]，可總結以上材料的主要性能參數，見表1。

表1 保溫材料性能參數

由表1 可知，四種保溫材料的導熱系數在0.024W/(m·K)～0.09W/(m·K)范圍內，基本滿足外墻保溫的要求。其中，膠粉聚苯顆粒直接涂抹在外墻基層的表面，由于其導熱系數在四種材料中最大，而且干密度達到400kg/m3，自重較大，施工要求較高，相比于其他輕質材料，不適用于本工程。巖棉板同樣存在導熱系數大、自重大的問題。

因此，依托工程主要在聚苯板和聚氨酯保溫板中選擇。聚苯板和聚氨酯保溫板都具有導熱系數低、質量輕、施工簡單、耐老化等優點，綜合考慮寒冷地區的適用性，本文選擇導熱系數更低的聚氨酯保溫板作為建筑外墻保溫材料。

2.3 外墻保溫材料性能檢測

建筑外墻節能保溫材料檢測中，最重要的一項指標就是導熱性能，關系到建筑工程的節能效果。在檢測過程中需要借助專業測試設備，對材料導熱性能進行分析，綜合計算熱工參數，確保檢測數值精準，符合材料的實際性能和要求。節能保溫材料密度也是關鍵的檢測指標，主要針對表觀密度和干密度進行分析。

經隨機采樣檢測，本文采用的聚氨酯保溫板導熱系數在0.02W/(m·K)～0.028W/(m·K)范圍內，平均導熱系數為0.024W/(m·K)，與規范推薦值基本一致。

2.4 外墻保溫材料厚度驗算

新型綠色環保建筑外墻節能保溫結構設計的關鍵在于保溫材料厚度的設計，相關研究資料表明，建筑外墻傳熱量與外墻保溫材料的厚度、導熱系數有直接關系，厚度設計需要根據保溫結構的綜合傳熱系數是否滿足于該地區的外墻保溫層傳熱系數限值，然后再根據工程實際情況進行調整。依據建筑工程所處地區并參考相關標準，本地區建筑樓層大于4層的外墻傳熱系數限值為0.4W/(m2·K)。

根據《民用建筑熱工設計規范》(GB50176-2016)，外墻的傳熱系數計算公式如下：

式中，Kt為外墻綜合傳熱系數，W/(m2·K)，R0為外墻綜合傳熱熱阻，m2·K/W。R0的計算公式如下：

式中，Rin為外墻的內表面換熱阻，m2·K/W；Rout為外墻的外表面換熱阻，m2·K/W；查閱《民用建筑熱工設計規范》附錄B中推薦值，可取Rin為0.11，Rout為0.04；R為外墻內部復合保溫結構的熱阻，m2·K/W。

由于外墻內部復合保溫結構除了飾面層外，主要由水泥砂漿和保溫材料層組成，飾面層的熱阻反映在Rout中，因此R可采用下式計算：

式中，Rb為外墻保溫材料熱阻，m2·K/W；Rc為水泥砂漿換熱阻，m2·K/W。水泥砂漿和外墻保溫材料的熱阻可采用下式計算：

式中，Ri代表不同材料的熱阻，m2·K/W；δi代表保溫材料的厚度，m；λi代表保溫材料的導熱系數，W/(m·K)。

復合保溫結構的砂漿厚度取0.02m，砂漿的導熱系數為0.93W/(m·K)，可得Rc為0.022m2·K/W。

根據以上公式和參數，首先將外墻傳熱系數限值代入公式（1），可得R0值為2.5。將R0代入公式（2）可得R，值為2.34。將R、Rb以及保溫材料導熱系數代入公式（3）和（4）即可得到保溫材料厚度限值為0.056m，即保溫材料厚度不低于56mm。考慮最不利的情況以及經濟性，本文的保溫材料厚度取60mm。

3 建筑外墻保溫層施工技術

根據外墻材料節能保溫設計方案和圖紙，開展外墻材料節能保溫施工，在施工前需要做好準備工作。將施工所需要使用的建筑材料和保溫材料運輸到場內，包括水泥、聚氨酯保溫板、飾面材料等，將聚氨酯保溫板安放到指定地點，注意遠離火源和水源。將建筑外墻表面清理干凈，除去表面的灰塵和雜物，并使用水平儀對建筑外墻進行測量，對凸起的部分使用砂紙打磨平整，保證建筑外墻的平整性。使用專用設備和工具制備水泥砂漿，水泥、水、添加劑的比例為3：2：1，將制備好的水泥砂漿涂抹到建筑外墻表面，水泥砂漿厚度為10mm，由于其主要起到保溫材料與墻體的粘結作用，因此不用涂抹過厚。基層的水泥砂漿涂抹完畢后，按照建筑外墻的長度與寬度，對聚氨酯保溫板進行裁剪，在水泥砂漿尚未凝固時將膨脹聚酯板鋪貼到墻面上，使用手臂或者專用工具捶打聚氨酯保溫板，目的是使膨脹聚酯板與水泥砂漿緊密貼合，將內部的空氣擠出[7]。鋪貼完膨脹聚酯板后，待水泥砂漿完全凝固，然后在膨脹聚酯板表面涂抹水泥砂漿，水泥砂漿厚度為10mm。最后在水泥砂漿外層施作粘結層和飾面層，以此完成建筑外墻材料節能保溫施工。

4 結語

（1）聚氨酯保溫板具有導熱系數低、質量輕等優點，通過與水泥砂漿結合形成的復合型保溫結構可適用于低溫環境下外墻節能保溫。

（2）保溫材料施工前應對導熱系數進行檢驗，當聚氨酯保溫板導熱系數在0.024W/(m·K)時，保溫材料層厚度應不低于60mm。

（3）本文提出的低溫環境下外墻保溫技術及相關參數，可為類似氣溫地區的建筑節能保溫提供參考。