一種適用于夏熱冬暖地區的內外墻組合保溫體系

1無機保溫砂漿的導熱系數在中國長江流域，氣候為夏季和冬季寒冷。為了緩解夏季和秋季的寒冷，使用了空調系統。由于該地區長期以來未能采取建筑節能措施,建筑物的保溫隔熱性能較差,能源浪費問題十分突出。因此,對建筑物實行保溫節能措施,以減少能源消耗,意義重大。以上海地區為例,每年開發的房地產達2000多萬m2,全面實施節能措施,使得對建筑節能材料的需求非常之大。而我國夏熱冬冷地區的建筑保溫材料的開發和應用起步較晚,產品品種單一,可供用戶選擇的余地較小。以目前主要推廣的膨脹聚苯板外墻外保溫體系為例,盡管這一體系具有眾多優點,但該系統結構復雜,現場施工工序繁多,工程質量難以控制,外墻裝飾自由度小;特別是上海地區高層建筑較多,又有臺風威脅,外墻外保溫體系的安全性、耐久性都存在一定的隱患。目前市場上采用較多的是有機保溫材料如聚苯乙烯(EPS板、XPS板)、EPS保溫顆粒、聚氨酯等;材料的導熱系數小,保溫效果好。盡管要求采用阻燃型的聚苯乙烯,但仍存在易燃、耐火性差、不能滿足消防要求的缺點。上海市地方標準DBJ/CT010—2001《外墻外保溫及防水系統應用技術規程》規定:“以聚苯板為保溫板的系統,易燃、不能滿足消防要求,只適用于耐火等級為二級的建筑”,即其應用高度不應超過50m。建筑防火安全隱患是目前我國外墻、屋面保溫體系應用的一個瓶頸。一旦發生火災,有機保溫材料將產生大量有毒氣體造成人員傷害,并且保溫層受熱后容易產生嚴重變形,修復困難。而且,國外20m以上的建筑一般不采用聚苯板等有機保溫體系。無機保溫材料如砂加氣塊、泡沫玻璃、礦棉板等能達到防火要求。但砂加氣塊導熱系數偏大,用作保溫時厚度相對于高效保溫材料偏厚;泡沫玻璃價格較高,板塊的尺寸較小;礦棉板取代聚苯乙烯系統強度較低,且帶有一定的彈性,用作薄抹灰保溫系統時必須采用機械錨固件與基層墻體進行連結,目前已很少采用。膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統,現場成型,不受墻體外形的約束,具有施工適應性好、整體性強、面層不易開裂等特點,較受市場歡迎。但是由于膠粉聚苯顆粒保溫砂漿的強度太低,在實際使用中其強度得不到用戶的認可,往往采取增加保溫砂漿的強度而犧牲保溫效果的方法。近期開發的無機保溫砂漿盡管推廣時間不長,工程應用不多,但其表現出的優異性能已得到越來越多的關注,如易于施工、耐火等級高、安全隱患低,相比膠粉聚苯顆粒保溫系統,強度高、可燃性低。不過由于針對無機保溫砂漿外墻外保溫體系,國家標準只制訂了保溫砂漿的產品標準,沒有相應的應用技術規程。按筆者個人看法,各企業制訂的企標或應用技術規程將無機保溫砂漿的導熱系數制定得過低。一般,無機保溫砂漿所用的輕集料玻化微珠的松散密度(110~150kg/m3)達到聚苯顆粒(10~16kg/m3)的10倍左右,科學的講,采用玻化微珠配制無機保溫漿料的干密度應比膠粉聚苯顆粒保溫漿料大得多,相應的無機保溫砂漿的導熱系數也會較大。所以,在實際工程應用中無機保溫砂漿的導熱系數遠超過指標值,造成節能設計時計算值能夠達標,但實際工程應用無法達標。另外,在實際應用中因為國家沒有統一的技術規程和施工驗收規程,有的工程施工中為了降低造價而不用界面劑和耐堿玻纖網格布,已造成嚴重的質量問題。2外墻外保溫砂漿熱阻計算無機不燃型內外墻組合保溫系統是一種既作外保溫,又作內保溫的組合保溫系統。主要是以無機不燃型外保溫砂漿,以及配套的界面砂漿、抹面砂漿、玻纖網格布等材料組成外墻的外保溫層;同時,利用燃煤電廠的脫硫廢渣開發透氣型的內保溫砂漿,以取代外墻內側的水泥砂漿,兼具內墻的找平層和保溫層,該系統的結構如圖1所示。另外,考慮到夏熱冬冷地區以及夏熱冬暖地區住宅建筑中使用空調的特點:普遍只有臥室或起居室才使用空調,而廚房、衛生間不使用空調;此外,空調的使用隨人員對房間使用情況而變化,因此空調與非空調房之間的隔墻保溫也尤其重要。在不增加建筑物造價的基礎上,開發內隔墻以及頂棚的保溫材料也是一種有效的建筑節能措施。用于內隔墻及頂棚節能的石膏輕質砂漿由此應運而生,它同時可代替傳統的水泥砂漿作墻面找平層。石膏輕質砂漿具有防火、吸聲、調節空氣濕度等功能;同時該砂漿將徹底改變傳統水泥砂漿易開裂、起殼的建筑通病。石膏輕質砂漿的強度與底層粉刷石膏(找平層)基本相同,導熱系數大于石膏保溫砂漿,但只有水泥砂漿的1/5左右,在內隔墻做雙面找平抹灰,將進一步提高夏熱冬冷地區住宅建筑的節能水平。因此,內外墻組合保溫系統在不增加建筑物墻體厚度的前提下,真正能達到節能效果。不燃型內外組合保溫系統的保溫特征是保持外墻保溫系統,增加居住建筑的外墻內保溫、分戶墻保溫和頂棚保溫,不僅確保外墻的保溫性能、安全性和使用壽命,而且可提高外墻保溫材料的強度。在原有的建筑節能設計中,不考慮外墻內保溫,分戶墻保溫以及頂棚保溫,外墻內側和分戶墻采用的水泥砂漿導熱系數計算值為0.87W/(m·K),采用石膏基內保溫砂漿抹在外墻內側,其導熱系數計算值為0.08W/(m·K),抹在分戶墻的兩側以及頂棚代替找平層的輕質石膏砂漿,其導熱系數計算值為0.15W/(m·K),內外保溫系統熱工計算說明如下:(1)石膏基內保溫砂漿的導熱系數計算值為0.08W/(m·K),20mm厚內保溫砂漿的熱阻計算值R=0.02÷(0.08×1.2)≈0.21m2·K/W。(2)外墻外保溫砂漿的厚度為30mm,導熱系數計算值為0.08W/(m·K),30mm厚外保溫砂漿熱阻計算值R=0.03÷(0.08×1.2)≈0.31m2·K/W。(3)20mm厚內保溫砂漿、30mm厚外保溫砂漿組成的內外組合保溫層熱阻計算值R=0.21+0.31=0.52m2·K/W。(4)25mm厚膨脹聚苯板的熱阻計算值R=0.025÷0.045≈0.55m2·K/W。所以,內外組合保溫材料的熱阻值之和接近于25mm厚膨脹聚苯板外墻外保溫熱阻值。(5)石膏基輕質砂漿導熱系數計算值為0.15W/(m·K),20mm厚石膏基輕質砂漿找平層的熱阻值R=0.02÷(0.15×1.2)≈0.11m2·K/W,水泥砂漿的導熱系計算值為0.87W/(m·K),20mm厚水泥砂漿的熱阻計算值R=0.02÷0.87≈0.02m2·K/W;石膏基輕質砂漿比同樣厚度的水泥砂漿增加熱阻值0.09m2·K/W。在分室使用空調和采暖的地區,采用石膏輕質砂漿找平后,由于住宅分戶墻是雙面抹灰,墻體熱阻較水泥砂漿增加0.18m2·K/W;由于住宅分戶墻的面積約是外墻的2倍,加上頂棚的面積,單個分室的墻面熱阻值增大較多,在分室使用空調和采暖時,能保證有效節能。3關于無機碳泡沫的研究3.1玻化微珠保溫砂漿抗壓強度與干密度、可再分散性的關系探討外墻外保溫砂漿以水泥為膠凝材料,輕集料采用玻化微珠(或稱閉孔膨脹珍珠巖),纖維素醚起保水和增稠作用,聚合物膠粉用于增加粘結強度,引氣劑用于引氣發泡,降低密度。水泥基外保溫砂漿配合比和性能見表1。從表1可以看出,輕骨料玻化微珠的摻量增多,保溫砂漿的密度減小,并且根據試驗室觀察,當輕骨料玻化微珠達一定量時,保溫砂漿的密度不再減小,并且和易性變差,甚至無法施工。玻化微珠保溫砂漿的抗壓強度與干密度同樣存在著正相關作用,我們應在保溫砂漿強度達標的前提下,追求盡量小的密度和導熱系數。引氣劑、纖維素醚、聚乙烯醇(PVA)、可再分散性乳膠粉(EVA)對保溫砂漿都具有引氣、增稠、降低密度、增加和易性的作用,其中引氣劑的效果尤為顯著。將纖維素醚、聚乙烯醇與引氣劑配合使用,配制得到的保溫砂漿有較小的密度和較低的導熱系數,但其強度隨之降低。并且,作為外墻使用的保溫材料,外保溫砂漿應有相對較高的強度,按照玻化微珠保溫砂漿的抗壓強度與干密度之間的正相關作用,外保溫砂漿的導熱系數選0.08W/(m·K)較合理。3.2脫硫石膏與天然石膏的節能效果我國是燃煤大國,我國發電能源結構中燃煤發電占75%以上,預計2010年SO2年排放量將達到3300萬t。“十一五”期間國家投入大量資金進行煙氣脫硫。預計2010年全國煙氣脫硫機組總容量約45000MW,脫硫石膏年產生量約2000萬t。上海地區脫硫廢渣的排放量約150萬t,其中大部分的脫硫廢渣是石膏。因此,作為墻體外保溫的補充,內保溫砂漿和輕質石膏砂漿的膠凝材料選擇煙氣脫硫石膏,不僅降低成本,而且符合國家節能減排政策。脫硫石膏與天然石膏相比,不僅價格低,作為建筑石膏其強度普遍優于天然石膏。以脫硫石膏為膠凝材料,膨脹珍珠巖為輕骨料,配制石膏基保溫砂漿和輕質砂漿的配合比及性能見表2。從表2可以看出,引氣劑能顯著降低砂漿的干密度,當引氣劑的摻量(與石膏的質量比)為1%,砂漿干密度降低了15%;當引氣劑的摻量為1.5%時,砂漿干密度降低了21%。而砂漿抗壓強度隨著引氣劑摻量的增加而降低。表2中1#試樣為輕質砂漿,其干密度較高,但導熱系數是水泥砂漿的1/5,具有一定保溫性能,其強度達到JC517—2004《粉刷石膏》底層粉刷石膏的性能指標,可代替水泥砂漿的找平層和內保溫砂漿的護面層;5#試樣為保溫砂漿,其導熱系數較低,保溫性能良好,達到保溫層粉刷石膏的性能標準,但其強度不夠高,需在其外再覆蓋護面層。水泥基外保溫砂漿、石膏基內保溫砂漿、輕質石膏砂漿的技術性能見表3。其中輕質石膏砂漿因為采用了輕集料代替砂,其抗壓強度可適當降低至2.5MPa(同德國標準DIN1168)。外保溫砂漿表面采用聚合物水泥砂漿護面層,護面層內壓入增強耐堿玻纖網格布,內保溫砂漿的表面采用輕質石膏砂漿,因為輕質石膏砂漿的微膨脹作用,使其與基底材料粘結牢固,表面光滑細膩無收縮。4我國墻體保溫工程的適用范圍及選用(1)無機不燃型內外組合保溫系統,不僅解決了建筑物的防火問題,且由于采用的是無機材料,耐久