一种适用于夏热冬暖地区的内外墙组合保温体系

一种适用于夏热冬暖地区的内外墙组合保温体系

1无机保温砂浆的导热系数在中国长江流域，气候为夏季和冬季寒冷。为了缓解夏季和秋季的寒冷，使用了空调系统。由于该地区长期以来未能采取建筑节能措施,建筑物的保温隔热性能较差,能源浪费问题十分突出。因此,对建筑物实行保温节能措施,以减少能源消耗,意义重大。以上海地区为例,每年开发的房地产达2000多万m2,全面实施节能措施,使得对建筑节能材料的需求非常之大。而我国夏热冬冷地区的建筑保温材料的开发和应用起步较晚,产品品种单一,可供用户选择的余地较小。以目前主要推广的膨胀聚苯板外墙外保温体系为例,尽管这一体系具有众多优点,但该系统结构复杂,现场施工工序繁多,工程质量难以控制,外墙装饰自由度小;特别是上海地区高层建筑较多,又有台风威胁,外墙外保温体系的安全性、耐久性都存在一定的隐患。目前市场上采用较多的是有机保温材料如聚苯乙烯(EPS板、XPS板)、EPS保温颗粒、聚氨酯等;材料的导热系数小,保温效果好。尽管要求采用阻燃型的聚苯乙烯,但仍存在易燃、耐火性差、不能满足消防要求的缺点。上海市地方标准DBJ/CT010—2001《外墙外保温及防水系统应用技术规程》规定:“以聚苯板为保温板的系统,易燃、不能满足消防要求,只适用于耐火等级为二级的建筑”,即其应用高度不应超过50m。建筑防火安全隐患是目前我国外墙、屋面保温体系应用的一个瓶颈。一旦发生火灾,有机保温材料将产生大量有毒气体造成人员伤害,并且保温层受热后容易产生严重变形,修复困难。而且,国外20m以上的建筑一般不采用聚苯板等有机保温体系。无机保温材料如砂加气块、泡沫玻璃、矿棉板等能达到防火要求。但砂加气块导热系数偏大,用作保温时厚度相对于高效保温材料偏厚;泡沫玻璃价格较高,板块的尺寸较小;矿棉板取代聚苯乙烯系统强度较低,且带有一定的弹性,用作薄抹灰保温系统时必须采用机械锚固件与基层墙体进行连结,目前已很少采用。胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统,现场成型,不受墙体外形的约束,具有施工适应性好、整体性强、面层不易开裂等特点,较受市场欢迎。但是由于胶粉聚苯颗粒保温砂浆的强度太低,在实际使用中其强度得不到用户的认可,往往采取增加保温砂浆的强度而牺牲保温效果的方法。近期开发的无机保温砂浆尽管推广时间不长,工程应用不多,但其表现出的优异性能已得到越来越多的关注,如易于施工、耐火等级高、安全隐患低,相比胶粉聚苯颗粒保温系统,强度高、可燃性低。不过由于针对无机保温砂浆外墙外保温体系,国家标准只制订了保温砂浆的产品标准,没有相应的应用技术规程。按笔者个人看法,各企业制订的企标或应用技术规程将无机保温砂浆的导热系数制定得过低。一般,无机保温砂浆所用的轻集料玻化微珠的松散密度(110~150kg/m3)达到聚苯颗粒(10~16kg/m3)的10倍左右,科学的讲,采用玻化微珠配制无机保温浆料的干密度应比胶粉聚苯颗粒保温浆料大得多,相应的无机保温砂浆的导热系数也会较大。所以,在实际工程应用中无机保温砂浆的导热系数远超过指标值,造成节能设计时计算值能够达标,但实际工程应用无法达标。另外,在实际应用中因为国家没有统一的技术规程和施工验收规程,有的工程施工中为了降低造价而不用界面剂和耐碱玻纤网格布,已造成严重的质量问题。2外墙外保温砂浆热阻计算无机不燃型内外墙组合保温系统是一种既作外保温,又作内保温的组合保温系统。主要是以无机不燃型外保温砂浆,以及配套的界面砂浆、抹面砂浆、玻纤网格布等材料组成外墙的外保温层;同时,利用燃煤电厂的脱硫废渣开发透气型的内保温砂浆,以取代外墙内侧的水泥砂浆,兼具内墙的找平层和保温层,该系统的结构如图1所示。另外,考虑到夏热冬冷地区以及夏热冬暖地区住宅建筑中使用空调的特点:普遍只有卧室或起居室才使用空调,而厨房、卫生间不使用空调;此外,空调的使用随人员对房间使用情况而变化,因此空调与非空调房之间的隔墙保温也尤其重要。在不增加建筑物造价的基础上,开发内隔墙以及顶棚的保温材料也是一种有效的建筑节能措施。用于内隔墙及顶棚节能的石膏轻质砂浆由此应运而生,它同时可代替传统的水泥砂浆作墙面找平层。石膏轻质砂浆具有防火、吸声、调节空气湿度等功能;同时该砂浆将彻底改变传统水泥砂浆易开裂、起壳的建筑通病。石膏轻质砂浆的强度与底层粉刷石膏(找平层)基本相同,导热系数大于石膏保温砂浆,但只有水泥砂浆的1/5左右,在内隔墙做双面找平抹灰,将进一步提高夏热冬冷地区住宅建筑的节能水平。因此,内外墙组合保温系统在不增加建筑物墙体厚度的前提下,真正能达到节能效果。不燃型内外组合保温系统的保温特征是保持外墙保温系统,增加居住建筑的外墙内保温、分户墙保温和顶棚保温,不仅确保外墙的保温性能、安全性和使用寿命,而且可提高外墙保温材料的强度。在原有的建筑节能设计中,不考虑外墙内保温,分户墙保温以及顶棚保温,外墙内侧和分户墙采用的水泥砂浆导热系数计算值为0.87W/(m·K),采用石膏基内保温砂浆抹在外墙内侧,其导热系数计算值为0.08W/(m·K),抹在分户墙的两侧以及顶棚代替找平层的轻质石膏砂浆,其导热系数计算值为0.15W/(m·K),内外保温系统热工计算说明如下:(1)石膏基内保温砂浆的导热系数计算值为0.08W/(m·K),20mm厚内保温砂浆的热阻计算值R=0.02÷(0.08×1.2)≈0.21m2·K/W。(2)外墙外保温砂浆的厚度为30mm,导热系数计算值为0.08W/(m·K),30mm厚外保温砂浆热阻计算值R=0.03÷(0.08×1.2)≈0.31m2·K/W。(3)20mm厚内保温砂浆、30mm厚外保温砂浆组成的内外组合保温层热阻计算值R=0.21+0.31=0.52m2·K/W。(4)25mm厚膨胀聚苯板的热阻计算值R=0.025÷0.045≈0.55m2·K/W。所以,内外组合保温材料的热阻值之和接近于25mm厚膨胀聚苯板外墙外保温热阻值。(5)石膏基轻质砂浆导热系数计算值为0.15W/(m·K),20mm厚石膏基轻质砂浆找平层的热阻值R=0.02÷(0.15×1.2)≈0.11m2·K/W,水泥砂浆的导热系计算值为0.87W/(m·K),20mm厚水泥砂浆的热阻计算值R=0.02÷0.87≈0.02m2·K/W;石膏基轻质砂浆比同样厚度的水泥砂浆增加热阻值0.09m2·K/W。在分室使用空调和采暖的地区,采用石膏轻质砂浆找平后,由于住宅分户墙是双面抹灰,墙体热阻较水泥砂浆增加0.18m2·K/W;由于住宅分户墙的面积约是外墙的2倍,加上顶棚的面积,单个分室的墙面热阻值增大较多,在分室使用空调和采暖时,能保证有效节能。3关于无机碳泡沫的研究3.1玻化微珠保温砂浆抗压强度与干密度、可再分散性的关系探讨外墙外保温砂浆以水泥为胶凝材料,轻集料采用玻化微珠(或称闭孔膨胀珍珠岩),纤维素醚起保水和增稠作用,聚合物胶粉用于增加粘结强度,引气剂用于引气发泡,降低密度。水泥基外保温砂浆配合比和性能见表1。从表1可以看出,轻骨料玻化微珠的掺量增多,保温砂浆的密度减小,并且根据试验室观察,当轻骨料玻化微珠达一定量时,保温砂浆的密度不再减小,并且和易性变差,甚至无法施工。玻化微珠保温砂浆的抗压强度与干密度同样存在着正相关作用,我们应在保温砂浆强度达标的前提下,追求尽量小的密度和导热系数。引气剂、纤维素醚、聚乙烯醇(PVA)、可再分散性乳胶粉(EVA)对保温砂浆都具有引气、增稠、降低密度、增加和易性的作用,其中引气剂的效果尤为显著。将纤维素醚、聚乙烯醇与引气剂配合使用,配制得到的保温砂浆有较小的密度和较低的导热系数,但其强度随之降低。并且,作为外墙使用的保温材料,外保温砂浆应有相对较高的强度,按照玻化微珠保温砂浆的抗压强度与干密度之间的正相关作用,外保温砂浆的导热系数选0.08W/(m·K)较合理。3.2脱硫石膏与天然石膏的节能效果我国是燃煤大国,我国发电能源结构中燃煤发电占75%以上,预计2010年SO2年排放量将达到3300万t。“十一五”期间国家投入大量资金进行烟气脱硫。预计2010年全国烟气脱硫机组总容量约45000MW,脱硫石膏年产生量约2000万t。上海地区脱硫废渣的排放量约150万t,其中大部分的脱硫废渣是石膏。因此,作为墙体外保温的补充,内保温砂浆和轻质石膏砂浆的胶凝材料选择烟气脱硫石膏,不仅降低成本,而且符合国家节能减排政策。脱硫石膏与天然石膏相比,不仅价格低,作为建筑石膏其强度普遍优于天然石膏。以脱硫石膏为胶凝材料,膨胀珍珠岩为轻骨料,配制石膏基保温砂浆和轻质砂浆的配合比及性能见表2。从表2可以看出,引气剂能显著降低砂浆的干密度,当引气剂的掺量(与石膏的质量比)为1%,砂浆干密度降低了15%;当引气剂的掺量为1.5%时,砂浆干密度降低了21%。而砂浆抗压强度随着引气剂掺量的增加而降低。表2中1#试样为轻质砂浆,其干密度较高,但导热系数是水泥砂浆的1/5,具有一定保温性能,其强度达到JC517—2004《粉刷石膏》底层粉刷石膏的性能指标,可代替水泥砂浆的找平层和内保温砂浆的护面层;5#试样为保温砂浆,其导热系数较低,保温性能良好,达到保温层粉刷石膏的性能标准,但其强度不够高,需在其外再覆盖护面层。水泥基外保温砂浆、石膏基内保温砂浆、轻质石膏砂浆的技术性能见表3。其中轻质石膏砂浆因为采用了轻集料代替砂,其抗压强度可适当降低至2.5MPa(同德国标准DIN1168)。外保温砂浆表面采用聚合物水泥砂浆护面层,护面层内压入增强耐碱玻纤网格布,内保温砂浆的表面采用轻质石膏砂浆,因为轻质石膏砂浆的微膨胀作用,使其与基底材料粘结牢固,表面光滑细腻无收缩。4我国墙体保温工程的适用范围及选用(1)无机不燃型内外组合保温系统,不仅解决了建筑物的防火问题,且由于采用的是无机材料,耐久