外墙保温材料的研究与设计

李艳

摘要：目前,在建筑中常使用的外墙保温主要有内保温、外保温、内外混合保温等方法,然而，在不同的保温方法施工过程中,也出现了各种各样的质量问题,本文着重对各种绝热材料及其性能进行了分析；具体谈了对新型墙体材料的发展前景的认识；最后，在建筑传热理论和相关研究成果的基础上,设计了一种建筑墙体节能新体系，修正了传统意义上用保温材料阻止固体热传导原理来构造外墙外保温体系。

关键词：外墙保温；节能；研究；设计

一 前言

建筑节能是建筑业可持续发展日益重视的问题，具有节约资源、降低能耗、减少污染的生态建筑已经成为建筑发展的必由之路。开发新型建筑节能墙体材料，是当前发展节能建筑的急需。国家建设部明确指出，当前我国能源资源供应与经济社会发展的矛盾十分突出，建筑耗能达到总能耗的30%, 我国现有城乡住宅建设总量约330亿㎡，而节能型住宅不足2%，以至于与发达国家相比，能耗高出2-3倍，在某些方面，制约了整体经济的调整及发展。建筑节能对于促进能源资源节约和合理利用，缓解我国能源资源供应与经济社会发展的矛盾，加快发展循环经济，实现经济社会的可持续发展，有着举足轻重的作用，是保障国家能源安全、保护环境、提高人民生活质量、贯彻落实科学发展观的一项重要举措。因此，新型建筑节能墙体材料愈来愈受到人们的高度关注。可以说，随着我国生态建筑建设的发展，新型建筑节能墙体材料的研究与应用将推动我省建筑节能技术的发展。选择怎样的建筑材料添加剂，使得我们的建筑达到节能建筑的标准已成当务之急。

二 常用外墙保温节能材料

节能材料属于保温绝热材料。绝热材料是指用于建筑围护或者热工设备、阻抗热流传递的材料或者材料复合体,既包括保温材料,也包括保冷材料。

绝热材料必须具有大的热阻和小的导热系数。从材料的组成上看,一般有机高分子的导热系数都小于无机材料;非金属的导热系数小于金属材料;气态物质的导热系数小于液态物质,液态物质小于固体。所以在条件允许的情况下,应尽量使用有机高分子材料或无定形的无机材料,这对于保温绝热是有利的。从材料的结构上看,当材料的表观密度降低、孔隙率增大,材料内部的孔隙为大量封闭的微小孔时,材料的导热系数是比较小的。对于泡沫塑料制品,要满足保温绝热材料的要求其最佳的表观密度为16~40Kg/m。由于孔隙的存在,材料在潮湿的环境下,不可避免地要吸水,而水的导热系数(0.5815W/m•K)比静止空气的导热系数(0.0233 W/m•K)要大很多,因此,当环境湿度增大时,材料的平衡含水率增大,材料的导热系数将会降低。所以作为保温绝热材料,材料自身的吸湿率要尽量低,如不可避免时,要对材料进行憎水处理或用防水材料包覆。另外,保温绝热材料还必须能抵抗一定的冲击荷载,具有与使用环境相一致的机械强度。其粘结性能要好,还得有小的收缩率及与环境相适应的耐久性。

能满足上述性能要求而用于建筑外保温的节能材料主要有:聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS及XPS)、岩(矿)棉板、玻璃棉以及硬质聚氨酯泡沫塑料等。以上各种材料所具有一个共同的特点就是在材料内部都有大量的封闭孔,它们的表观密度都较小,这也是作为保温隔热材料所必备的。

三 新型墙体材料的发展前景

3.1 发展的方法

(1)严格遵循国家节能减排的政策法规，充分调动建材、建筑界科技人员的积极性和创造性，对以往墙材使用情况进行认真调查总结，坚持已被实践证明正确的技术方法，淘汰一批已与现行建筑标准不相适应、功能差、能耗高的材料和产品。

(2)借鉴发达国家墙材的开发应用经验，大力开展墙材的技术创新和优化集成，着力解决原材料、生产工艺和装备以及建筑应用问题，争取在较短时间内开发出一批能够适应不同气候区域、不同资源情况、不同结构体系、不同指标要求的新材料、新工艺、新技术，以切实满足建筑工程的需要。

3.2 达到的目标

满足绿色建筑和建筑节能的要求； 满足不同结构体系的要求；满足不同气候区域保温隔热的要求；满足抗震、防火、安全、耐久性能的要求；满足装饰装修和环保的要求；满足利用固体废弃物包括建筑垃圾的要求； 满足农村建筑节能和危房改造的要求。

3.3 不同建筑结构体系对墙体材料的要求

(1)砌体、框架结构体系：在满足承重的同时兼具一定程度的保温、隔热、隔声功能。

(2)剪力墙结构体系：由于剪力墙主要为钢筋混凝土构造，保温隔热性能极差，必须附加外墙保温隔热构造措施，方能满足建筑节能标准要求。

3.4 绿色建筑和建筑节能对墙体材料要求

要求节能、节地、节材、节水、环保、轻质、高强、适当大规格；热涨冷缩率小、保温隔热性能好；防火、防水、安全、耐久性能好；通过自身热工性能或经简单组合后可以满足所在气候区域的建筑节能标准要求；利废、绿色，可循环使用。

四 一种新型墙体保温材料的设计

4.1基材板的选择

基材板是该体系中的关键部件。基材是构成空腔并供反射材料附着还要承受墙面风力荷载作用的重要部分。一般要求基材板应有足够的耐久性、水密性和气密性。板与板之间缝隙采用聚氨酷泡沫密封剂密封;要求基材板表面强度高,和一定的美观效果,造价尽可能低廉,经济指标与其技术性能比较合理,板型能够标准化设计、工厂流水线生产,施工现场干作业安装,服役期对环境不造成污染,退役后可重复利用或方便地实现无害化处理。板材本身在风正、负压力作用下不破裂、不脱落、不产生风振噪音。

目前实际工程中适用于做反射绝热板基材板的材料选材范围非常广泛。不同材料具有各自独特的优点,应结合具体使用要求选用。玻璃钢是一种优良的基材板材料。玻璃钢的主要特点是轻质、高强、防腐、保溫、绝缘、隔音、寿命长等。它的密度为1.5～2.0 ,是钢质量的1/3～1/4,强度却比钢高1.7倍。因此,机械性能和物理性能好,可以替代钢、木和水泥等材料。玻璃钢板材(FRP板材)是由热固性塑料和强化玻璃纤维复合而成。它的强度是普通塑料板材的几倍,是一种重要的工程墙面材料。

4.2反射辐射热材料的选择

反射辐射热材料是反射绝热板上对保温隔热效果影响最大的部分,至关重要。铝箔和真空镀铝聚酯薄膜是最典型的反射材料,铝箔有良好的遮光性、阻气性、阻湿性,有良好的导热性、电磁屏蔽性。其中最为突出的是铝箔的阻隔性能,在铝箔厚度足够的前提下,可以完全阻隔气体和水分。大多数情况下,铝箔用胶粘贴在基层上。

真空镀铝聚酯薄膜是以聚酯薄膜为原料,经真空镀铝精制而成。所谓真空镀铝是指在高真空度下,铝一旦液化立即汽化,然后将其冷却堆积在塑料薄膜表面,形成一层具有良好金属光泽厚度约为300～600埃米的镀铝层。镀铝层的厚度还使用透光量、光密度等方式来表示。真空镀铝膜一般是耐温及机械加工性能较好的BOPP、BOPET、BOPA、CPP等材料。通过这样的一种方式,使得真空镀铝膜既具有与基材相似的机械物理性能,同时又拥有与铝箔相似的阻隔性能。真空镀铝薄膜采用聚氨醋胶粘剂粘贴。

4.3蓄热墙体

蓄热墙体是建筑原设计中必然已存在的承重结构(如砖墙、钢筋混凝土剪力墙等)或围护结构(如框架结构的加气混凝土围护外墙)。蓄热墙不属于采用该保温材料时增设内容,但由于在该保温材料工作中,蓄热墙体性能与室内热稳定性密切相关。采用该墙体保温材料时,不宜选用轻质材料的外围护墙体、宜采用蓄热能力高的剪力墙外墙,不仅固定干挂连接件牢固可靠,同时在与体系协同满足热工稳定性上起着不可替代的作用。

4.4与墙体连接构造

保温材料与墙体连接选用干挂法连接,在保温材料与墙体之间留有一定的供空气流通的空腔,冬季,墙体保温材料的任务为阻绝室内热量的散失。由可调控的空腔空气配合封闭空气层形成两重保温,由反射层进一步阻止辐射热损失,三重热闸,协同工作。夏季,墙体保温材料的主要是阻绝室外热量的侵入。传热过程包括室外向室内的传热也包括室内向室外的散热,反射层反射辐射热并由可调控空气间层的空气对流过程带走热量;由反射绝热板中的封闭空气层阻止热传导;由蓄热墙体使热流波峰延时。

五 结语

目前我国外墙保温技术发展很快，是节能工作的重点。外墙保温技术的发展与节能材料的革新是密不可分的，建筑节能必须以发展新型节能材料为前提，必须有足够的保温绝热材料做基础。节能材料的发展又必须与外墙保温技术相结合，才能真正发挥其作用。正是由于节能材料的不断革新，外墙保温技术的优越性才日益受到人们重视。所以在大力推广外墙保温技术的同时，要加强新型节能材料的开发和利用，从而真正地实现建筑节能。

参考文献

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