1 引言
隨著國家近年來對建筑節能問題的重視,建筑外墻保溫技術越來越受到社會的關注。目前,國家已推出相關政策對建筑外圍護結構保溫提出了明確的要求,建筑外墻保溫就屬于其中重要的一部分。而夏熱冬冷地區由于其氣候的特殊性,又對建筑外墻保溫的設計提出了更高的要求。所以冬暖夏熱地區的建筑外墻保溫問題,需要得到社會更多的關注。
就此,本文針對夏熱冬冷地區的氣候特征和建筑特點,對夏熱冬冷地區建筑外墻保溫技術及措施進行介紹,并提出一些切實可用的建議。
2 夏熱冬冷地區及外墻保溫概念
2.1 我國的冬冷夏熱地區
夏熱冬冷地區,是處于采暖地區與炎熱地區之間的一個過渡地帶,也稱之為“過渡地區”。
該地區大體上是指隴海線以南,南嶺以北,四川盆地以東的長江中下游地區,包括重慶、上海2個直轄市;湖北、湖南、安徽、江西、浙江5省;四川、貴州2省東部;陜西、河南、江蘇3省南部;廣西、廣東、福建3省北部,共涉及15個省、市、自治區。本地區主要氣候特征是夏季悶熱,持續時間長,冬季寒冷潮,氣溫日差較小。
2.2 建筑外墻保溫技術
建筑外墻保溫技術是建筑外圍護結構保溫的重要環節之一,主要分為建筑外墻外保溫與建筑外墻內保溫兩個部分。簡單來說外墻保溫就是采用一定方式,把傳熱系數較低,保溫隔熱效果較好的絕熱材料通過一系列的技術手段,使其與建筑砌體融合為一體,增加墻體的平均熱阻值,從而達到保溫或隔熱效果的一種措施。
夏熱冬冷地區冬季室內外溫差不如嚴寒及寒冷地區大,但相較于夏熱冬暖地區冬季室內外溫差相對較大。而夏季夏熱冬冷地區透過玻璃直接進入及透過墻體間接進入建筑的太陽輻射對室內空調負荷影響很大。所以,夏熱冬冷地區外墻保溫設計不僅需要考慮保溫問題,還需考慮隔熱問題。
3建筑外墻保溫材料常用類型及性能概述
3.1建筑外墻常用保溫材料類型
保溫材料按材質分有:有機、無機、復合型三類保溫材料。
3.1.1無機保溫材料
(1)無機保溫砂漿
無機保溫砂漿是以無機膠凝劑、有機膠凝劑、集料、填料與添加劑等原料按科學配比,精確計算和工業化生產制成的多品種、多用途的干混粉體。目前,在夏熱冬冷地區的建筑工程中使用的無機保溫砂漿主要有以下幾種:膨脹蛭石保溫砂漿、膨脹珍珠巖保溫砂漿、硅酸鹽復合絕熱涂料、玻化微珠保溫砂漿、微晶無機保溫砂漿和復合無機保溫砂漿。
(2)巖棉、玻璃棉、泡沫玻璃等保溫材料
巖棉主要由天然巖石為主要材料經高溫熔融加工制成的一種礦物棉。玻璃棉屬于玻璃纖維中的一個類別,是一種人造無機纖維。玻璃棉是將熔融玻璃纖維化,形成棉狀的材料。泡沫玻璃是一種以廢平板玻璃和瓶罐玻璃為原料,經高溫發泡成型的多孔無機非金屬材料。
3.1.2有機保溫材料
用植物性的原料、有機高分子原料經加工而制成的保溫材料為有機保溫材料。如模塑聚苯板(EPS)、噴涂聚氨酯(SPU )以及聚苯顆粒等。
3.1.3復合型保溫材料
復合型保溫漿料是指兩種意義上的復合,一是保溫隔熱主體材料(絕熱骨料)的無機-有機復合;二是膠結材料的無機-有機復合。前者是指玻化微珠與膨脹聚苯顆粒的復合,后者是指普通水泥與有機聚合物的復合。
3.2對保溫材料的性能的比較
保溫材料的性能評價標準主要是:防火安全性、保溫節能性和環保耐久性。
3.2.1防火安全性
有機保溫材料的燃燒問題在建筑應用上沒有得到很好的解決,無法在明火下阻燃,而且會在燃燒過程中釋放大量有毒氣體。有機保溫材料燃燒性能最高只能達到B1級,而無機保溫材料可以達到A級。
3.2.2保溫節能性
在保溫性能方面,有機保溫材料優于無機保溫材料。要達到同樣的保溫效果,有機保溫材料板材厚度一般僅為2~3cm ,而無機保溫材料導熱系數相對較大,外保溫層厚度偏大,加大了附著在外墻外側的重力荷載。
3.2.3環保耐久性
有機保溫材料的耐久性較差,如EPS、XPS、SPU 外保溫的壽命理論上只有25年,而目前建筑物的使用壽命是50年或100年,因而在定期更換外保溫板材時容易產生建筑垃圾。在這方面,無機保溫材料優于有機保溫材料,其使用壽命較長(有些材料可與建筑同壽命),且通過科技手段研制的一些新型高效復合型無機保溫材料可循環使用。總之,在一般情況下,無機保溫材料安全性更高,有機保溫材料保溫性更好。復合保溫材料結合了兩種保溫材料的特性,能在一定程度上解決無機保溫材料厚度較大而有機保溫材料防火性能差的不足。
4 外墻外保溫
外墻外保溫主要是至墻體外側的保溫措施,主要由墻體的主體結構層,保溫層,防護層還有外墻飾面四個部分組成。對于夏熱冬冷地區來講,在外墻外保溫設計時,不僅要考慮到主墻體的隔熱問題,還需要考慮夏季外墻的遮陽以及對熱輻射的反射設計。
4.1 外墻主體結構
主體結構通常使用的是一些砌塊,如節能空心磚,混凝土空心磚,加氣混凝土砌塊。此類通過向墻體砌塊中加入空氣這種絕熱性能較好的材料的做法效果十分明顯,它是目前使用較廣的一種方式。這樣的做法能夠有效的減少建筑的熱橋及冷橋,避免冬季室內水蒸汽在前面凝結,同時也能減小溫度對墻體結構的影響從而延長墻體的使用壽命。
針對夏熱冬冷地區,外墻墻體主體結構并無明顯區別于其他地區的設計。不過針對此類地區設計時應考慮到溫度變化對墻體應力的影響及大氣濕度對墻體的影響。
4.2 外墻保溫層
外墻保溫層主要是指外墻墻體飾面與主體結構之間由保溫材料組成的一層隔熱層。目前許多節能改造由于無法對建筑墻體結構層進行更換。所以,在不影響用戶生活的情況下,普遍采用在建筑結構層外表面加上一層保溫層的方式進行外墻保溫。
目前,外墻保溫層所采用的保溫材料通常分為有機,無機及復合三種類型的材料。如聚苯顆粒的保溫砂漿、聚苯乙烯,擠塑型聚苯乙烯,巖棉,玻璃棉,聚氨酯等。這些材料通過粘貼,粘釘結合,釘固,外掛澆固等方式固定在外墻外表面。
對于夏熱冬冷地區,外墻保溫層應盡量考慮材料的環保耐久性,以及防火性能。對于夏熱冬冷地區夏季太陽輻射強烈,大部分有機保溫材料其壽命都較短,理論上只有25年甚至更短。同時,此地區夏季溫度過高,對建筑防火性能提出了更高的要求,大部分有機保溫材料防火性能都不高。考慮到有機保溫材料優越的保溫性能及無機材料的耐久性及安全性,夏熱冬冷地區外墻保溫層可更多采用復合保溫材料來解決這個問題。
5 外墻內保溫
外墻內保溫主要是在外墻內側附加一層保溫材料以達到保溫目的的措施。所用的保溫材料主要是聚苯乙烯板、巖棉或玻璃棉板、充氣石膏板、加氣混凝土砌塊等, 所用的飾面材料主要有紙面石膏板、玻璃纖維增強水泥板、玻璃纖維增強飾面石膏、纖維增強聚合物砂漿等。這些保溫材料可在工廠預制, 也可現場安裝后再作面層。這種方法所考慮的問題較少,由于內墻保溫材料處于墻體內側,所以不需要考慮材料的防水性。同時由于建筑墻體內表面溫差較小,所以對保溫材料的強度以及溫度對材料形變的影響要求都不高。但是,其存在的問題是其保溫效果不如外墻外保溫存在熱橋效應,同時也減小了室內使用面積。對于墻體節能保溫改造而言,內墻保溫改造施工會影響建筑正常使用。
對于夏熱冬冷地區,其濕度較大部分其他地區大。所以在內墻保溫材料的選擇上需多考慮防水問題。
6 外墻保溫發展及前景
外墻保溫技術最早起源于歐洲,我國是從20世紀80年代中期開始試點,并將該技術廣泛應用于建筑領域的。但目前的建筑節能水平,還遠低于發達國家,我國建筑單位面積能耗仍是氣候相近的發達國家的3~5倍。所以建筑節能還是本世紀我國建筑業的一個重要的課題.近年來,隨著我國住宅建設節能工作的不斷深入,以及節能標準的不斷提高,引進開發了許多新型的節能技術和材料,在住宅建筑中大力推廣使用。
目前, 我國建筑外墻保溫技術發展很快, 而且必須要以發展新型節能材料為前提, 所以在建筑外墻保溫技術發展的同時, 必須有足夠的保溫絕熱材料做基礎。節能材料的發展又必須與建筑外墻保溫技術相結合, 才能真正發揮作用。正是由于節能材料的不斷革新, 建筑外墻保溫技術的優越性才日益受到人們重視。為此, 在大力推廣建筑外墻保溫技術的同時, 必需加強新型節能材料的開發利用。
在建筑中,外圍護結構的熱損耗較大,外圍護結構中墻體又占了很大份額。故此,建筑墻體改革與墻體節能技術的發展是建筑節能技術的一個最重要的環節,而發展外墻保溫技術及節能材料則是建筑節能的主要實現方式。
2010年,我國房屋總建筑面積達到519億m2,然而,在每年近20億m2的竣工面積當中,只有3%左右是節能建筑,有97%屬于高耗能建筑。在國外外墻保溫技術已經發展了十幾年,受到當地居民一致推崇,該技術應經得到廣泛的應用。我國已經頒布各項規定推崇建筑節能,群眾也一直呼吁建筑節能。相信外向保溫技術在我國建筑上有很大的應用前景。
7 夏熱冬冷地區外墻保溫分析
通過上述對外墻保溫材料,外墻內外保溫的分析。在夏熱冬冷地區外墻保溫,在保溫材料的選擇上,無機材料及復合材料相較于有機材料有更大的發展空間。在外墻外保溫材料自身物性達到要求的同時,還需要考慮其成本從而做出更經濟合理的選擇。在居住建筑和公共建筑外墻要求節能65%的情況下,如果只是單純采取外墻外保溫形式,保溫層厚度明顯偏大。加大了對材料抗裂強度的要求,增加施工的涂抹次數,且容易出現脫落、開裂等問題,很大程度上加大了外墻保溫的施工復雜程度和成本。所以,在采用外墻保溫的同時,還需考慮外墻內保溫。考慮到外墻內保溫的諸多弊端,這種外墻內外保溫結合的方式可能將更多的應用在新建建筑中,這樣不僅可減小外保溫層的厚度,減小外保溫層強度要求,同時內保溫取代外墻傳統內抹灰層,內保溫層基本不占或少占室內面積。因此,在建筑節能要求日益嚴格的背景下,新建建筑使用外墻內外組合保溫形式配合墻體主體結構自保溫性能可以很大程度上解決夏熱冬冷地區墻體保溫問題。
8 結束語
目前,我國外墻保溫技術正處于一個飛速度發展的階段。而夏熱冬冷地區又是我國人口相對密集,建筑發展相對較快的地區。為此,在了解外墻保溫技術及保溫材料的同時,分析夏熱冬冷地區氣候環境特點是在此地區推廣建筑外墻保溫所不可缺少的。所以,希望有更多的人能夠關注建筑外墻保溫這一領域,從不同專業領域對我國不同地區的外墻保溫,包括結構,材料及施工等進行分析,從而提出一些對于我國外墻保溫技術發展更加切實可行的建議。
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