外墙外保温系统热工缺陷分析研究

□文/吴世勇 汪 洋 夏 勇

合肥地区墙体节能工程基本采用外墙外保温系统。虽然目前市场上已经出现了许多种外墙外保温体系,但只是停留在实践应用的试验阶段,缺少系统的基础理论研究支撑且低价位竞争严重,大量不合格的、质量差的材料进入到外保温市场,施工技术也不成熟，这些都严重制约了实际使用效果[1]。其结果是虽然房屋在设计时已满足节能设计标准，通过了节能审查，但建成后的保温性能在使用周期内能否真正达到实际节能的效果，并没有充分的保证。

外围护结构的保温效果受湿度影响很大。保温层受潮后，导热系数增加，保温能力显著降低。湿度过高也会降低材料的机械强度，产生破坏性变形，降低结构的使用质量与耐久性。围护结构产生吸湿的因素很多，主要有材料在施工中的原始湿度，施工过程的吸湿，多孔材料的吸湿性吸收空气中的水分，毛细现象，保温层和面层的开裂引起雨雪的渗透，内部水气的冷凝结露等。

合肥市目前普遍采用的外墙外保温体系投入使用10 a左右，随着时间的推移，各种不利因素特别是湿含量对保温系统的影响、保温系统的耐久性、耐候性不足等问题会进一步凸现。

选取了合肥市一处商业中心综合楼作为研究对象，此建筑群于2012年年底竣工，可是建筑外墙外保温空鼓和吸湿现象严重并出现外墙局部脱落，在局部修缮或整体大规模修缮之前，需要评判破坏程度和实际使用效果。

1 试验设计

取典型区域，在墙体结构层和保温层之间粘贴镍铬热电偶，镍铬热电偶为直径仅0.5 mm的金属导线，此步骤对外墙构造不会产生破坏，试验完成后注射AB胶填充堵孔，对墙体外观和长期使用没有任何影响。传感器连接德国爱尔邦公司生产的台式数据采集仪（型号ALBORN-MU-56901），自动定时获得数据，随时测出内部各部位的实时温度。

墙体表面和内部含水率可用爱尔邦手持式数据采集器（型号ALBORN-2908）连接表面含水率传感器（型号FHA696）测量表面含水率，用内部含水率测试传感器（型号FHA636）测出与温度同步的湿度变化，此传感器前端为直径1 mm的探针，对保温层也无破坏影响。墙体内外表面温度用雷泰红外点温仪直接读出。此传感器预埋需要钻孔直径稍大，布点少，试验结束后用微膨胀水泥填充。

该建筑墙体结构为层均厚度200 mm的煤矸石空心砖，用能够同时测量温度和湿度的传感器预埋，可以实时获得墙体内部空间的相对湿度，有效判断墙体内部湿度迁移的实际情况。

2 试验数据及结果分析

2.1 试验过程

实地测试对象的墙体构造为四层匀质平壁。设计图纸上的墙体结构见表1。

可是在现场预埋传感器等操作过程中，发现抽取测量的部分实际施工厚度不足，通过修复使厚度达到表1要求。

表1 外墙构造

试验在冬季完成，室内空调温度稳定2 h以上，热工计算按多层平壁一维稳定传热来处理，导热系数值取自设计图纸中的节能设计资料，煤矸石空心砖传热计算不计空气间层，按综合热阻值计算[2]。结构层和保温层之间的传感器每个外立面共布设6处，定时自动获取数值，用温湿度仪测室内外环境温度，试验数据处理采用最小方差求平均值法。

2.2 计算

2.2.1 理论计算温度和实测温度对比

实测室内外环境温度ti=-10.46℃，te=20.84℃

查表得内表面换热阻 Ri=0.11（m2·K）/W，外表面换热阻 Re=0.04（m2·K）/W

墙体的换热阻 R0=Ri+∑R+Re=1.03（m2·K）/W

墙体的热流密度q=（ti－te）/R0=30.51 W/（m2·K）

墙体内部的温度分布θi=ti-（ti－te）Ri/R0=17.48℃

式中：θi和 θe分别为墙体内外表面温度；θ2、θ3、θ4为四层墙体层间温度。

通过上述计算，结构层保温层的界面温度是6.20℃，实测温度-1.84℃，大大低于墙体设计温度。按照实际厚度进行如上热工计算，得到结构层保温层的界面温度计算值是0.64℃，仍然高于实测温度值。

在不同时段获取上述数据值总共5组，情况与上述一致，两种理论值均高于实测值。

2.2.2 判断墙体内部是否出现冷凝结露

由上 R0=1.03（m2·K）/W，查表得墙体的蒸汽渗透阻 H0=3 147.44（m2·h·Pa）/g，测得室内外环境相对湿度为47%和40%。

室内外空气的水蒸气分压力：

围护结构内部各层间水蒸气分压力P和对应的饱和水蒸气分压力Ps：

根据上述计算值，画出P和Ps分布线，二者并没有相交，见图1。墙体内部没有发生冷凝结露现象，墙面渗水、保温层受潮是由外部原因引起[3]。

图1 四层墙体构造的P和Ps分布线

2.3 进一步实测

测得墙体内部空心砖的空气间层相对湿度持续维持在90%以上，雨后外墙外表面和内部含水率也很高，可初步判断外墙渗水、保温层吸水现象严重。用B360红外热像仪拍摄的红外图谱可以非常方便直观地发现问题，红外图像的获取时段是在持续3 d以上阴雨天气后放晴的时机[4]，发现有大量的外墙渗漏区域。见图2。

2.4 结果分析

保温层厚度实际值低于设计值，使实际保温效果大打折扣，虽然是随机抽样检测，在实际施工中应选用专业的保温施工队伍，按照规范的工艺技术进行施工，严格现场施工管理，控制保温层厚度均匀并达到设计标准，确保工程质量。

图2 外立面红外热像

外墙外保温系统中，保温层外面的保护层至关重要，耐碱玻璃纤维网格布（钢丝网）、抗裂砂浆、防水抹面砂浆等辅助材料，在测试对象工程使用中不规范，不符合JGJ 144－2008《外墙外保温工程技术规程》中的相关要求。通过目测可观察到外墙面有出现明显饰面层龟裂或贯穿裂纹，反映出外饰涂料所用耐水柔性腻子和防水弹性涂料以及贴砖饰面所用柔性防水瓷砖剂和勾缝剂等方面施工不规范[5]。这些都导致了墙面渗水及保温层受潮，保温能力下降明显。

3 结论

1）保温层厚度不足导致墙体保温效果变差。

2）保温层吸湿受潮导致保温效果进一步降低。

3）墙体内部不会出现冷凝结露现象，吸湿受潮是由于外部渗水原因引起。

4）测试对象外墙外保温效果较差，相关材料的品质和用量不达标、施工技术不成熟是主要原因。

5）本试验只研究了冬季保温这种情况，下一步做夏季隔热测试，隔热效果的重要指标是墙体内表面温度，可以通过红外点温仪直接测量再和计算值对比，更加方便直观。