节能工程中保温材料的选择

节能工程中保温材料的选择

近年来，随着我国节能工作的深入，节能标准和节能政策的不断变化和调整，建筑节能的设计和建筑保温技术的发展也越来越重要。但不论是节能设计还是保温施工技术的发展,都与节能材料的革新密不可分。建筑节能必须以发展新型节能材料为前提,必须有足够的符合国家政策的保温绝热材料做基础。对于各类建筑物而言,安全问题始终是列于首位的,而在外保温材料的使用中一直存在一个难题:保温效果越好的材料,防火性能往往越差。随着节能政策的不断调整,在选材用材无明确指导性文件的情况下,工程中如何选择性价比良好、最适合自己项目的保温材料,是一个需要迫切解决的问题。笔者结合近几年来的实际节能设计工作经验,就国家节能消防政策的相关调整,对现阶段符合节能政策的几种A级保温材料的特点和选用进行分析和阐述。1复合非织造材料的研发2009年之前的节能保温市场,比如挤塑板、膨胀聚苯板、发泡聚氨酯等有机保温材料因其保温效果良好、吸水率低、施工方便且相对价格低廉等特点占据市场绝对优势。不过2009年中央电视台新址北配楼外保温使用的挤塑板因其可燃性,火势迅速蔓延酿成火灾而造成极大损失,此火灾暴露出的防火漏洞也表明我国建筑节能保温材料在选用上存在误区,故而公安部与住房和城乡建设部于2009年9月25日印发关于《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》(公通字46号文)的通知,该通知的出台改变了外墙保温市场中有机保温材料占据绝对优势的局面。以24m≤建筑高度<60m的高层住宅为例,其保温材料的燃烧性能不应低于B2级,当采用B2级保温材料时,每两层应沿楼板位置设置宽度≥300mm的A级不燃水平防火隔离带。若以24m≤建筑高度<50m的高层公共建筑为例,其保温材料的燃烧性能应为A级或B1级,其中,当采用B1级保温材料时,每两层应沿楼板位置设置宽度≥300mm的A级不燃水平防火隔离带。2010年11月15日上海静安区教师公寓大火事故以及沈阳等地的几场火灾后,保温材料的防火性能引起业内各界的高度重视。然而,很多保温材料起火都是在施工过程中产生的,如电焊、明火及不良的施工习惯。这些材料在燃烧过程中不断产生的熔滴物及释放的大量有毒气体对环境的危害也不可忽视。公安部消防局于2011年3月14日下发了《关于进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求的通知》(公消65号文),该文件规定,自2011年3月15日起,民用建筑外保温材料消防监管一律从严,其中一条是:“在新标准发布前,从严执行46号文第二条规定:民用建筑外保温材料采用燃烧性能为A级的材料”。该通知也被称为史上最严消防令,意味着中国保温材料行业的全面洗牌,彻底改变了建筑保温市场,也对建筑节能设计提出了更高要求:在建工程如果选用了易燃、可燃保温材料的应予以拆除,节能审查通过但尚未施工的工程应重新选用A级保温材料进行节能设计,并重新审查备案。65号文的出台使得2009—2011年间设计的尚未节能竣工验收的大量住宅建筑和公共建筑设计项目不得不重新进行节能设计。然而,在修改节能设计的过程中,却面临着诸多尴尬和矛盾:(1)A级保温材料可选择性不多;(2)要兼顾业主提出的对造价控制要求。2保温板、水泥板、stp超压板的选择从现阶段保温市场来看,A级保温材料屈指可数。常用的只有岩棉板、泡沫玻璃保温板、无机保温砂浆、发泡水泥板、STP超薄绝热保温板等。如何正确认识与选择这些保温材料,实现建筑保温防火的同时,也同样关注其保温性能优劣、防水、强度、吸水率等其他重要指标,然后根据材料适用性并结合综合造价,最终做出较适合于自身具体项目的合理选择。下面将逐一对这5种A级保温材料的优缺点做简要分析。2.1外墙外墙保温施工岩棉优点包括导热系数低、透气性好、燃烧性能级别高等,其导热系数为0.4W/(m·K)。其缺点为固定安装困难、工人施工条件差、吸水率高等,且自重比较大,在高层建筑中不建议使用。由于岩棉比较松散,岩棉丝比较短,互相拉接力很小,大部分岩棉靠固定锚栓和外层钢丝网来固定,并且由于岩棉吸水率高,如果外墙出现渗漏,通过冻融极有可能出现岩棉脱落和外墙涂料脱落,高层建筑如果出现这种问题后果会很严重,所以建议高层建筑谨慎使用。岩棉板的适用范围:岩棉类材料比较适合幕墙结构的公共建筑外墙外保温施工,因为石材或铝板幕墙都是通过龙骨与墙体连接,岩棉类的A级外墙外保温材料填充到墙体和石材或铝板之间的空间。但普通住宅外墙一般底部2层贴面砖上部刷涂料,涂料或者外墙面砖会直接贴在抹了一定厚度抗裂砂浆的外保温材料上,保温材料要求具有一定的硬度,岩棉由于比较松软,大面积粘贴时外表面容易出现凸凹不平,效果不理想。经验证实,岩棉板也不适用于屋面,岩棉板在强度和吸水性能上均不满足倒置式屋面对保温材料的相关要求,根据上海市《房屋建筑工程施工图审查中常见问题及处理意见》(2012年6月版),选用岩棉作为倒置式屋面的保温材料,处理意见为“整改”。目前虽没有相关规范明确禁止岩棉用于正置式屋面,但经若干项目工程实际经验证实,岩棉也因其松软性及很强的吸水性能在屋面工程中遭到淘汰。2.2泡沫玻璃的特性泡沫玻璃保温板是以玻璃为原料,经高温发泡成型的多孔无机非金属A级防火保温材料,具有优异的防火性、耐久性、憎水性、无毒环保和抗高压性,并与各类胶结材料黏结性好,理论上可与建筑物同寿命等显著优点,是民用建筑理想的外墙和屋顶绝热材料。然而,现阶段泡沫玻璃却因其高昂的价格使其大规模推广使用受到极大限制,同时因其具有无机保温材料脆性的特征,导热系数为0.052~0.062W/(m·K),相对于岩棉板偏高,膨胀变形应力主要集中于板缝处,容易出现因应力集中出现板缝开裂现象,因此泡沫玻璃并不适合采用薄抹灰工艺在北方地区大面积使用。但泡沫玻璃却因其极低的吸水率、相对较好的保温性能以及良好的抗压性能,成为目前为数不多的能用于倒置式屋面保温系统的材料之一。倒置式屋面与传统的正置式屋面相比,具有保温隔热性能佳、施工方便、防水层不易老化、不需设排气孔、维修方便等诸多优点,受到业内青睐。但2010年10月发布的《倒置式屋面工程技术规程》JGJ230—2010对能适用于倒置式屋面的保温材料进行了严格规定,现阶段符合条件的保温材料更少,泡沫玻璃可作为备选材料之一。2.3无骨料干法砂浆无机保温砂浆是一种可用于建筑物内外墙粉刷的新型保温节能砂浆材料,以无机类轻质保温颗粒作为轻骨料,加由胶凝材料、抗裂添加剂及其他填充料等组成的干粉砂浆。具有节能利废、保温隔热、防火防冻、耐老化的优异性能以及相对低廉的价格等特点,在现阶段有着广泛的市场需求。2.3.1无机保温砂浆材料保温系统适用范围1)无机保温砂浆有极佳的温度和化学稳定性,耐酸碱、耐腐蚀、不开裂,不存在老化问题,理论上与建筑墙体同寿命。目前建筑物通常设计使用寿命为50~100年,而有机类保温材料的使用寿命通常是20~25年,二次施工成本及环境污染大,而且会给人们的生产生活带来很大不便。2)适用范围广,抹灰成型适用于异形墙面,可有效阻止冷热桥产生,导热系数在0.07~0.12W/(m·K)。无机保温砂浆材料保温系统适用于各种墙体基层材质和形状复杂墙体的保温。全封闭、无接缝、无空腔,没有冷热桥产生,能有效防止室内结露后产生的霉斑,并且既可用作外墙外保温也可以用作外墙内保温,或者外墙内外同时保温,为节能体系的设计提供一定的灵活性。3)绿色环保无公害无机保温砂浆材料保温系统无毒、无味、无放射性污染,对环境和人体无害,同时其大量推广使用部分工业废渣及低品级建筑材料,具有良好的环境保护效益。4)强度高无机保温砂浆材料保温系统与基层黏结强度高,不产生裂缝及空鼓,这一点与国内其他保温材料相比具有一定的技术优势。5)防火阻燃安全性好,可广泛用于各类居住建筑和公共建筑的外墙保温。2.3.2钢筋混凝土剪力墙无机保温砂浆有一定吸水性,体积吸水率≤20%;厚度不易控制,受施工影响大;导热系数比有机类材料略高,为0.07~0.12W/(m·K),特别是《居住建筑节能设计标准》DGJ08—205—2011于2011年11月出台后,其2.0.11条规定:外墙平均传热系数对于钢筋混凝土剪力墙结构按单一钢筋混凝土材料取值。根据多个项目节能计算结果表明:剪力墙结构的居住建筑若要满足规范规定的外墙平均传热系数≤1.2W/(m2·K),必须采取内外组合保温的形式才能通过计算,外保温采用40mm厚(见图1),内保温根据各建筑单体体形系数的不同采用15~30mm厚,内保温较厚时势必会减少住户使用面积。2.3.3无机保温砂浆用量适用于外墙外保温、外墙内保温、外墙内外组合保温以及楼地面保温。倒置式屋面要求体积吸水率≤3%,故无机保温砂浆不能用于倒置式屋面,根据上海市《房屋建筑工程施工图审查中常见问题及处理意见》(2012年6月版),无机保温砂浆也不可用于正置式屋面。2.4高孔隙率纸质抗菌材料的利用发泡水泥板是采用普通硅酸盐水泥、粉煤灰等为主要胶凝材料,以纤维、外加剂等掺和料加水搅拌后,经发泡、养护、切割而成的一种高孔隙率轻质保温材料。2.4.1胶凝材料的性能1)导热系数为0.06~0.08W/(m·K),相对于无机保温砂浆稍低,保温效果稍好。2)发泡水泥为无机材料,具有良好的防火性能,为A级不燃材料。3)具有良好的抗压强度及抗老化性,抗压强度≥0.40MPa。4)结合性好主要胶凝材料为水泥,系统材料具有良好的相容性,与墙体黏结力强,用于楼地面保温时,与上下层的结合非常好,不会形成地面空鼓和塌陷,强度高。5)环保性能好发泡水泥板以水泥和粉煤灰为原材料,所有的添加剂为植物蛋白纤维和动物性蛋白质,高温下不会产生有毒有害气体,无放射性物质,为安全环保产品。同时,作为利废产品符合国家节能减排产业政策。6)寿命周期长理论上与建筑物使用寿命同期,专用砂浆直接黏结,易于操作,同步施工(见图2),大大缩短施工周期,节约人力物力。2.4.2木材的特性特性1)有一定吸水性,体积吸水率≤10%。2)导热系数比有机类材料略高,其导热系数为0.06W/(m·K)。3)韧性低、脆性大,自身抗冲击强度不大,板材边角容易破损,使得损耗大,成本增加;尺寸规格较小,大多为300mm×300mm。4)发泡水泥也是混凝土的一种,控制水灰比是一个重要的控制指标,若配合比不当,将直接导致发泡水泥的导热系数、密度及抗压强度等重要物理性能指标很难达到要求,从而也就较难保证有效的保温隔热作用。2.4.3置式屋面正置式屋面因其较高的吸水率,同样不能用于倒置式屋面,不过可以较好地适用于正置式屋面。也可用于外墙外保温,但因其脆性易破损,外墙慎重使用。2.5stp超级真空冷热保温板STP超薄真空绝热保温板是一种新型外墙保温板,由无机纤维芯材与高强度复合阻气膜通过抽真空封装技术复合制成的一种超薄型保温板材。2.5.1外墙节能效果1)良好的防火性采用无机材料制成,燃烧性能A1级,属不燃材料。2)高效节能超强的隔热保温性能,导热系数0.008W/(m·K),节能效果突出。3)单位质量轻保温效果是其他保温材料的3~8倍,在上海地区,以18层高层住宅为例,外墙7mm厚度就能达到65%的节能要求,7mm厚板材质量只有3.5kg/m2。4)低碳环保采用无机、无毒芯材,低能耗零排放加工工艺,不产生废气、废水,属环保低碳型保温材料。5)施工便捷、轻质,运输、搬运方便,施工工艺简单,粘贴效率高。2.5.2混凝土施工类,应注意施工点1)为真空包装,无法现场裁切,一旦裁切,真空腔就漏气,完全失去保温效果。2)STP板严禁切割弯曲、严禁重物敲击,严禁刺穿,一旦有破损,就要及时替换,施工损耗大,成本增加。3)因其真空的特点,对基层的平整度要求相当高,要严格对混凝土及砌块基层墙体进行抹灰找平处理,找平层厚度宜为20mm且不应小于12mm。但板材本身的平整度、垂直度都不高,施工中易被破坏。4)STP板板缝之间、门窗洞口四周均需要采用无机保温砂浆填缝,故STP参与节能计算的导热系数受保温砂浆、板缝构造等因素的影响,综合修正系数也较其他保温材料偏高,一般取值1.4(见图3)。2.5.3环保而适用于一般屋面的材料STP板可适用于各类居住建筑和公共建筑的外墙外保温,也是极少数适用于倒置式屋面的保温材料。STP板因其极低的导热系数,优异的绝热性能,同时具有超薄、质轻、防火不燃、绿色环保的特点,会有越来越广泛的应用。2.6工程实例介绍结合近几年的几个节能计算工程实例,说明不同项目的保温材料选择。2.6.1屋面保温方案1)罗店大型居住社区一期项目,施工图设计日期为2010年10月,剪力墙结构,共18层;崇明配套商品房八期、十期、十三期,施工图设计日期为2010年10月,剪力墙结构,共11层。这2个项目屋面保温形式为挤塑聚苯板,后改为岩棉板,最终改为发泡水泥