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1 前言
墙体是建筑与大气直接接触面积最大的部分。在建筑中外围护结构的热损耗较大,而且外围护结构中墙体又占了很大份额,以节能50%的标准为例,外墙占了建筑围护结构总能耗的27%。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。
2 夏热冬冷地区的主要气候特征
长沙属夏热冬冷地区,其自然气候属于亚热带湿热气候,具有典型的高温、高湿、多雨、静风的湿热气候特点,具体表现为春季早,夏季炎热且时间长,秋季凉爽,冬季温暖,云雾多,日照少,湿度大,风速小,无霜期长,雨量充沛却分布不均。总体说来,长沙地区气候资源丰富,有光、热、水同步的特点。在我国建筑热设计的分区中,长沙、武汉、上海作为夏热冬冷地区最具有代表性。
3 外墙节能技术
3.1 不同隔热层厚度的模拟
设初始方案为外墙190mm厚加气混凝土砌块,在此基础上,加上XPS保温板,并依次加大厚度,具体参数见(表2),可以分别得出各种状况下建筑的全年累计耗冷、耗热负荷。(图1)
从图中变化趋势可知,从不加XPS板,到逐步加厚XPS板的过程中,建筑年总能耗均有所降低,尤其是全年累计建筑热负荷指标由20.47kw·h/m。下降到10,94kw.h/m2,降低近50%,同时全年总负荷指标在XPS板从Omm变化到20mm厚时,总能耗指标有一个大幅度的下降;而当从20mm厚变化到40mm、60mm时,总能耗指标变化幅度非常小。因此,保温层厚度并非越大越好,在达到一定保温层厚度后,再增加保温层的厚度对整个建筑能耗的影响就变得非常小了,而所需要花费的成本却很大。因此,在夏热冬冷地区当选择XPS板作为外墙保温隔热材料时,合理选择以达到最佳效果。
3.2 提高墙体的热阻
提高外墙的热阻是目前常见的保温隔热措施,也是行之有效的措施。一般情况下,提高外墙热阻可以通过以下途径来获得:
3.2.1 外墙选用新型节能墙体材料。
传统居住建筑(尤其是村镇住宅)材料多使用实心粘土砖,不仅毁掉大量农田,也使住宅在数量、品种、质量和节能等方面受到严重制约。以轻质、高强、保温、隔热的节能墙体材料替代粘土砖,既节约土地资源,又会增强墙体的保温隔热功能。节能墙体材料大体分为以下几类:
砖类:节能的承重多孔粘土砖、非承重粘土空心砖、灰砂砖、空心灰砂砖、页岩砖、煤灰砖、河沙砖、煤渣砖等。
砌块类:加气混凝土砌块、陶粒混凝土砌块,珍珠岩混凝土砌块等。轻质墙体类材料(钢丝网架墙体、硅钙类墙体、石膏空心板墙体、天然纤维水泥复合板等)。
轻质板类材料(石膏板墙体、PRC板墙体、轻质隔热夹心板、彩钢复合板、钢丝网复合墙板等)。
目前,在夏热冬冷地区村镇建设及框架结构填充墙中广泛推广的是加气混凝土砌块外墙。对于单一保温墙体,其保温隔热效果相比实心粘土砖有一定程度提高,造价较低,施工简单,可在村镇建筑广泛推广,但其保温隔热性能相对复合保温墙体相差较远,经济条件许可情况下外墙可采用复合保温墙体。
3.2.2 外保温复合墙体
外保温复合墙体是指在建筑物外墙的外表面上设置保温层,外墙结构可用砖石或混凝土建造。这是目前常见的墙体保温隔热措施之一。由于保温层多选用高效保温材料,这种体系能明显提高外墙的保温效能。另一方面,由于保温层在室外侧,其构造必须能满足水密性、抗风性以及温湿度变化的要求,不致产生裂缝,并能抵抗外界可能产生的碰撞作用,还能与相邻部位(如门窗洞口、穿墙管等)之间以及在边角处、面层装饰等方面,均能得到适当的处理。
外保温层的功能,仅限于增加外墙的保温效能,对主体墙的稳定性不起作用,其主体墙必须满足一切力学稳定性要求,还应使被覆的保温层和装饰层得以牢牢固定。
不同外保温体系,其材料、构造和施工工艺各有不同,主要分为板材外保温层、颗粒外保温层、喷浆外保温层。
其中,保温层主要采用导热系数小的高效轻质保温材料,其导热系数一般小于0.05W/m·K。常被采用的存膨胀型聚苯乙烯板(EPS)、挤塑型聚苯乙烯板(xPs)、岩棉板、玻璃棉毡以及超轻保温浆料等,其中以阻燃级膨胀型聚苯乙烯板应用较为广泛。
复合外保温同其他保温措施相比,具有更好的效果,其原因是:a、外保温可以避免产生热桥。b、在进行外保温后,由于内部的实体墙热容量大,室内能蓄存更多的热能,室温比较稳定。c、通过外保温提高外墙内表面温度,能得到舒适的热环境。d、内部的砖墙或混凝土墙受到保护。e、采用内保温的墙面上难以铆钉吊挂物件。f、装修时保温层不宜遭到破坏。g、外保温综合效益显著。www.tmgc8.com
下面就膨胀聚苯板(EPs)、聚氨酯泡沫塑料(PU)、聚苯颗粒保温浆料几种最常见的外墙保温材料做建筑能耗分析,了解各种材料的节能效果。
从表3中的数据看出,外保温材料分别选用EPS板、XPS板、聚氯酯泡沫板和聚苯颗粒浆料时,建筑的能耗有较明显的差别。按节能效果从大往小排列分别为:XPS板、聚氯酯泡沫板、EPS板、聚苯颗粒浆料。仅仅从降低建筑能耗角度,应该优选XPS板作为外墙保温材料。但我们在选用采用何种外保温材料时,还要考虑到当地的经济状况、建筑节能要求、气候情况等因素。鉴于夏热冬冷地区的经济、气候因素,在夏热冬冷地区应优先选用XPS板。
下面分别介绍应用较广的几种外墙外保温技术情况:
①聚苯板薄抹灰外墙外保温系统
该种外保温体系保温效果明显,增加投资不多,回收速度快,受到开发商、设计者、住户的青睐。同时此种保温工艺操作方法简单,易于熟练掌握,所以普及速度较快。但同时该保温技术也存在许多不尽如人意的地方,其主要表现在:
a、抹灰表面裂缝
一些粘贴聚苯板的外保温工程在峻工后的较短时间内,外墙的薄抹灰表就出裂纹,尤其是在聚苯板横向、纵向接缝处,往往产生较长的水平裂纹和纵向裂缝。这些面层裂纹除影响建筑物美观外,更严重的是破坏了保护面层,影响使用功能,缩短了使用年限。
b、玻璃纤维网格布使用不当
有的工程将玻璃纤维网格布紧贴聚苯板粘贴,或暴露于抹面层胶浆以外,这样均不利于发挥网格布对体系的增强作用,造成面层冲击
强度不够,且易产生面层裂纹。
c、特殊部位处理不当
窗台、阳台、雨篷、挑檐、水落口、女儿墙等特殊部位是容易出问题的地方。比较普遍的是在这些部位网格布搭接不够,端头处理不当,或抹面胶浆封闭不严,造成雨水渗漏,甚至产生热桥。
d、板粘贴不牢
粘贴不牢出现的质量问题也在逐渐增多,最严重的情况莫过于聚苯板脱落事故。
②聚苯颗粒保温浆料外墙外保温系统
聚苯颗粒保温浆料外墙外保温系统及其成套技术在国内的研制开发源于1996年,历时8年,其间经历了外墙内保温、多层外墙外保温、高层外墙外保温等不同保温形式,已发展成为一种适用范围广阔、技术支持齐全、施工可操作性强、综合性的节能保温体系。该技术与产品具有抗风压性能好、抗火灾能力强、施工适'应性好、可满足国内建筑结构的特点,以及施工质量高、可确保保温面层不开裂等特点,是符合中国建筑国情的、高效、优质的节能保温技术及产品。聚苯颗粒保温浆料在工厂生产线上采取多阶段预混合干拌砂浆技术,可以准确地控制多种材料配比、保证材料复合和均混的质量。该成套技术配套材料体系能够系统有效的解决保温、隔热、抗裂、抗风压、抗艘、耐火、耐候、透气等问题。
③聚氨酯、聚苯颗粒保温浆料复合外墙外保温系统
聚氨酯、聚苯颗粒保温浆料复合外墙外保温系统,是在国家建筑节能政策及省市有关建设行政主管部门的指导支持下,针对目前外墙外保温技术存在的一些问题,适应提升并达到节能6S%的具体要求,研发的一种性价比优异的新型外墙外保温系统。该系统的技术体系,克服了其他外墙外保温存在的开裂、表面强度低、不宜在其表面再做饰面砖等一些荷载较大的装饰材料等弊端。其技术优势在于聚氨酯喷涂发泡在外墙面具有极强的附着力(与墙面粘结强度高),实现了无空腔与墙面粘接,整体性能好和优异的保温性能。在聚氨酯表面再复合一层聚苯颗粒保温浆料,增强了外墙表面的抗冲击能力及防止聚氨酯保温层老化。
聚氨酯、聚苯颗粒保温浆料复合外墙外保温是一项新型建筑节能技术,经过在工程实例中的运用,虽然还有不少需要改进的地方,但这项技术的优势是很明显的。
3.2.3 外表做浅色处理,如采用浅色的涂料、面砖等
浅色表面能够反射更多的太阳辐射,减少结构材料对太阳能的吸收。反射外墙面就是将外墙表面做浅色处理,一般可在外墙面表面喷涂一层白色或浅色涂料,或挂贴浅色面砖。影响建筑材料表面对阳光辐射反射率的主要因素是表面的色调,颜色越浅,反射能力越强。黑色、浅绿色和白色表面在阳光直射下,黑色表面的温度比白色表面高出很多。适当把外墙表面颜色做浅色处理,对降低其表面温度是有很大作用的。夏热冬冷地区的外墙适宜采用浅色表面处理,可以降低墙体表面对太阳辐射热的吸收,降低墙面升温的幅度。
3.2.4 通风墙体www.tmgc8.com
外墙面通过各种措施,可以减少对太阳辐射热量的吸收,降低外墙面自身的温度。但是,不管措施如何,夏季白天,外墙面还是会有一定的高温,并通过辐射传递给室内,造成热感。通风墙体,通过空气流经外墙面的表面,带走外墙面蓄积的余热,能够有效的降低外墙面自身的温度。通风量越大,通风层的空气带走的热量也越大,隔热效果就越好。将外墙作成空心夹层墙,利用热压原理通风对流,以降低墙体内表面温度。通风间层厚度一般为30mm～lOOmm。外墙加通风间层后,其内表面最高温度约可降低1℃～20℃,而且日辐射照度愈大,通风空气间层的隔热效果愈显著,故对东西向墙更为明显。
某国际公寓,外墙就采取了通风外墙的形式,效果显著,这给夏热冬冷地区外墙隔热提供了有益的借鉴。其外饰面层不是用普遍使用的粘贴瓷砖,而是采用瓷挂板,挂在支架上,支架与结构层结合,之间形成一个通风空腔。这对通风是很有益的,外表面受热传导给空气层,空气受热上升,带走热量。需要注意的是,应用这种方式的时候,空气间层不能密闭,上下都应该有开口,以保证气流通畅。
3.2.5 外墙节能施工技术
该技术施工工艺如下:
(1)屋面结构封顶后,先将基础地面清理干净同时将基础地面突起点做适当整平,为防水层施工做前置作业工程。如有结构找坡则找坡完成后再整理基础地面。
(2)屋面防水层施工。
(3)防水层施工完后对防水层做检查确认无异后,可以开始铺XPS。XPS本身膨胀性极低(无),基本上不需要留伸缩缝,直接板接板铺设。遇到屋突处将XPS做适当切割后铺设。一般而言XPS与防水层之间是不需要做任何贴合处理,如果为了避免XPS在后续施工过程中发生走位影响整体施工,可以使用粘接剂将XPS与防水层做个假性贴台,粘贴只需配合XPS大小在防水层上点粘或圈涂,不需要满粘。
(4)铺设无纺布(纤维布)作为隔离层,隔离层主要是作为保温层与保护层之间的隔离保护层。因为XPS抗老化性极佳,在实际案例中常被省略使用。
(5)保护层一般分上人屋面与不上人屋面。上人屋面一般采用水泥砂浆内加钢筋,不上人屋面多半采用千铺卵石、水泥砖、水泥花砖。扎钢筋时除依设计要求施工外,也需要确定灌浆时钢筋网有时做适当垫高,确保抗拉作用。水泥砂浆保护层均需要设计分格缝。干铺卵石时檐口与排水口需做适当的堵头。
