建筑外墙保温节能研究

阮嘉豪　侯怡萍　胡　建　王乐乐　刘科军　康兴

摘 要：在我国建筑中墙体保温施工技术发挥着越来越重要的作用，而建筑物外墙围护结构节能技术的改进，保温材料的更新对社会及建筑能耗的降低具有极其重大的意义。本实验建立实际测定模型，在实际墙体中进行试验，利用MWT-1515稳态传热性能测定系统测定实验墙体的传热系数和利用智能型双平板导热系数测定仪测定不同材料的导热系数，分析墙体保温能力。将实验结论推广到实际工程应用中，使其在建筑领域得到广泛应用。

关键词：节能；建筑外墙保温节能；传热系数；导热系数

建筑节能，就是以节约建筑能耗为核心，对建筑物围护结构和采暖系统进行控制。随着生产力的飞速发展，各国工业化进程的不断加快，能源消耗量越来越高，世界能源需求量以每年2%的比率增长，而这些能源大约有30%消耗在建筑物上。在我国，建筑能耗连同围护结构材料生产能耗已占到全国能源消耗总量的27.6%，并将随着人民生活水平的提高逐步增加到33%以上。因此，对于建筑外墙的保温节能研究尤为重要。

1 研究背景

我国是能耗大国，建筑能耗又占全国总能耗的很大一部分，单位建筑能耗比同气候条件下发达国家高出二十余倍，建筑能源在高消耗的过程中很容易对环境产生诸多不良影响。建设资源节约型社会，是我国重大战略决策，建筑节能在我国经济发展中占有重要地位，直接关系到社会经济的可持续发展。建筑节能是执行国家环境保护和节约能源政策的主要内容，是贯彻国民经济可持续发展的重要组成部分。国家建设部出台了一系列的节能政策、法规、标准和强制性条文，经过了近20年的努力，建筑节能工作取得了较大成绩，但我国目前的建筑节能水平，还远低于发达国家，我国单位建筑面积能耗是气候相近的发达国家的2倍甚至3倍以上。所以建筑节能还是21世纪我国建筑业的一个重要的研究课题。在建筑中，外围护结构的热损耗较大，其中墙体又占了很大份额。所以建筑墙体改革与墙体节能技术的发展是建筑节能技术的一个最重要的环节，发展外墙保温技术及节能材料则是建筑节能的主要实现方式。

目前，保温节能材料在建筑工程中已经得到了广泛的应用，同时也存在做法多样，材料广泛等多种问题。因此，文章立足于现有常见建筑保温节能材料的使用和做法的选择，测定出不同保温做法和不同保温材料在建筑墙体中的传热系数，以及材料中的导热系数，分析、对比建筑外墙的保温节能性。

2 现状分析

我国建筑用保温材料，特别是外墙内外保温材料以无机材料为主体。近年来在建筑保温领域呈现较强的发展态势，为我国的建筑节能做出了巨大贡献。然而由于在外墙外保温施工过程中和施工完毕后对防火问题的忽视，由易燃外墙保温材料导致火灾发生的案例比比皆是。这些火灾的发生给人民财产和经济造成重大损失，并造成一定的社会恐慌和环境污染。在火灾中有机材料所产生的影响已引起相关部门的高度重视。为了保证安全，住建部和公安消防局在2009年9月共同颁布了《民用建筑外保温及外墙装饰防火暂行规定》。

随着国家政策对建筑节能问题的重视，建筑外墙节能保温行业越来越受到关注。在第三届中国（青岛）国际建筑节能和可再生能源建筑应用博览会上，建筑保温系统材料、节能环保等材料和保温公司竞相宣传、推广项目。外墙外保温系统复合在结构墙体外侧，其本身的燃烧性能和耐火极限无论是抵抗相邻建筑火灾的侵害，还是阻止本身建筑的火势进一步蔓延都是很重要的。一些火灾的发生，使人们对整个外墙保温形成信任危机，外墙保温又一次成为焦点。随着各地节能设计标准的提高及相关应用技术规程的施行，外墙保温作为围护结构保温的一个重要组成部分得到了广泛应用。

3 外墙保温技术工作原理及使用特点

随着建筑节能的深入和要求的提高，单一的节能墙体逐渐地不能满足节能标准的要求，单一材料导热系数太大，一般为高效保温材料的20倍，不能满足保温隔热的要求，于是产生了承重材料与高效保温材料组成的复合墙体。复合墙体就是由基层墙体再辅以轻质高效保温材料构成，其中基层墙体可以是传统的空心砖墙或混凝土空心砌块墙等，也可以是各种新型的轻质多孔材料砌筑的轻型墙体。复合墙体既不会使墙体过厚，又能承重，保温效果好，因此发达国家新建建筑已基本上采用了此方式。外部复合墙体即所称的外墙，按照其保温材料位置的不同，可以分为外墙内保温、外墙外保温和夹芯保温，其中外墙内保温和外墙外保温是大量采用的技术，在建筑节能开展的不同历史阶段，二者先后发挥了重要作用。

4 墙体保温的分类与评价

4.1 外墙内保温

外墙内保温是在外墙结构的内部加做保温层。内保温施工速度快，操作方便灵活，可以保证施工进度。内保温应用时间较长，技术成熟，施工技术及检验标准是比较完善的。在2001年外墙保温施工中约有90%以上的工程应用内保温技术。被大面积推广的内保温技术有：增强石膏复合聚苯保温板、聚合物砂浆复合聚苯保温板、增强水泥复合聚苯保温板、内墙贴聚苯板抹粉刷石膏及抹聚苯颗粒保温料浆加抗裂砂浆压入网格布的做法。但内保温会多占用使用面积，“热桥”问题不易解决，容易引起开裂，还会影响施工速度，影响居民的二次装修，且内墙悬挂和固定物件也容易破坏内保温结构。内保温在技术上的不合理性，决定了其必然要被外保温所替代。

4.2 外墙外保温

外墙外保温系统即保温材料处于外墙的外侧，由于其具有优良的保温节能效果，并可以消除结构性冷热桥，保护了主体结构，且不占室内使用空间，具备综合经济效益高等优点被建设部广泛推广。客观地说，从理论上分析外墙外保温的确是非常合理的，但实际操作却并非易事，尤其在施工的可操作性及产品的耐候性和安全性等方面尚存在一些问题，有待于进一步完善解决。外墙外保温的优点：

（1）基本上可消除热桥，绝热层效率可达到85%-95%；

（2）墙面内表面不会发生结露；

（3）不减少使用面积：

（4）既适用于新建房屋，也适用于旧房改造，施工中不影响正常使用；

（5）室内热舒适度较好，不会对墙体承重结构造成危害；

（6）现场均采用预拌砂浆，施工时按比例混合加水即可，解决了传统砂浆现场称量、拌制所产生的配料不准确的问题。

5 实验原理

5.1 墙体传热系数测定原理

墙体传热系数的测定是通过MWT-1515稳态传热性能测定系统将墙体分为热面和冷面，通过设定数据在热面和冷面的箱体中设定不同的温度，经过一段时间后，两面墙体的温度将会逐步趋于稳定，实验持续24小时之后，得到稳定的墙体温度和稳定的墙体传热系数。

5.2 材料导热系数测定原理

将材料置于智能型双平板导热系统测定仪中，采用稳态测量，只有在冷板、热板和护板达到稳态热平衡的条件下，才能得到正确的结果。按照一维稳态传热方程，热板加热器产生的热量通过试件传递到冷板，并由冷板的循环水等工质传递到系统外，形成了一个热力循环。该循环的热力方程式如下：

k=Q×L÷S ÷⊿T

式中，Q=传热量（J），

K=导热系数（W·m-1·K-1），

L=传热试件的厚度（mm），

S=测量单元的面积（m2），

⊿⊿T = 冷热板的温差（℃）

传热试件的厚度在实验前现场测量，传热量Q以及温差均通过计算机采集，可以推导出相应试件的导热系数。

6 实验方案

实验通过对不同保温做法和不同保温材料两个方面的研究出发从实验数据中得到结论。结论采用基本的对比试验进行分析、讨论，从数据出发，遵从数据，服从客观事实。

6.1 保温材料——“实心砖墙”

（1）在稳态传热性能测定系统中，用实心砖做一面长1.5m，高1.5m的二四砖墙，确定测量温度。

（2）设定冷室、热室温度：在计算机应用界面输入热室温度，由计算机进行温度自动控制。

（3）实验时间设定为24小时：进行数据采集，得到实心砖墙的传热系数。

6.2 保温做法——“外墙聚合物水泥聚苯保温板做法”

在施工前，对基层墙体进行清理、修补，在已有实心砖墙基础上铺设保温板。选择聚苯乙烯保温板，用钉子将保温板固定在实心砖墙上，再在聚苯乙烯保温板上埋置玻璃纤维网布，将聚合物水泥砂浆抹在玻璃纤维网布上，抹灰厚度10mm左右为宜，使其起到保护保温板的作用。

待墙体达预定强度之后，在稳态传热性能测定系统中测定不同温度下“外墙聚合物水泥聚苯保温板做法”墙体传热系数。

7 实验数据分析

7.1 导热系数测定

经测定：聚苯乙烯保温板（XPS）热导系数为0.036671（W·m-1·K-1），普通保温板的导热系数为0.044634（W·m-1·K-1）。两者相比较，聚苯乙烯保温板的导热系数更低，说明聚苯乙烯保温板相较普通保温板具有更好的保温隔热性，其原因是由于聚苯乙烯保温板中充满空气的团孔结构，阻止了热量的传播。同时，聚苯乙烯保温板还有质量轻、有足够的能力通过改变和回复形状对外界冲击力进行缓冲，抗冲击能力良好、低吸水性等优点。

7.2 墙体传热系数测定

根据实验数据显示实心粘土砖墙在25℃热箱、-5℃冷箱条件下导热系数为1.252295W·m-2·K-1；30℃热箱、-5℃冷箱条件下导热系数为1.473443W·m-2·K-1；20℃热箱、-5℃冷箱条件下导热系数为1.612295W·m-2·K-1，随着热箱温度的升高，导热系数先是降低，然后升高，在20℃左右时，导热系数达到最大值。在使用了聚苯乙烯保温板后，墙体的导热系数都产生了下降：其中在20摄氏度时下降最为明显，由1.612295W·m-2·K-1下降到1.028765W·m-2·K-1。所以在使用了聚苯乙烯保温材料后，墙体的保温性能得到了提高。

8 结语

通过实验测定，在受到相同温度下，铺设保温板的实心墙体保温比未铺设保温板的实心墙体保温性能更加；同时可以得到，聚苯乙烯保温板与普通保温板相较，是更好的保温材料。该实验结论可在实际建筑工程中得到应用。当然，由于实验数据有限，未能比较更多墙体做法和材料的保温性能，在今后的研究中，还可以从空心墙体出发进行研究。

参考文献

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