外墙外保温系统渗漏对保温性能的影响

■ 许利军 XU Lijun

0 引言

外墙渗漏是目前既有住宅外墙外保温工程的常见质量问题之一。外墙渗漏后，雨水进入保温层，除了会影响外保温系统的耐久性外，对外保温系统的热工性能也将产生一定影响。但外墙渗漏对外墙保温性能的影响程度到底有多大，目前尚无相关研究。本文将采用实验室试验与软件模拟相结合的方法，分析研究外墙渗漏对其保温性能影响的程度。

1 渗漏对墙体材料热工性能影响

渗漏会导致外墙湿度明显增大，而湿度增大会对建筑节能墙体的保温性能造成较大影响。墙体内湿度梯度由室内向室外逐渐降低，当湿气由内向外渗透到保温层时，由于保温层的阻挡作用，会在保温层与结构主体（砌块主体、多孔烧结砖主体、剪力墙主体等）间形成水膜。对于采用胶黏剂类的保温材料，会使其界面发生破坏，造成保温材料的脱落；对于岩棉等无机材料，会使其吸湿后变性，保温效果下降或丧失保温功能。另外，湿度变化对保温墙体材料本身的热工性能也会产生较大影响，使其导热系数增大，保温效果下降。

2 湿度对保温材料导热系数的影响分析

2.1 潮湿环境对保温材料导热系数的影响

保温材料普遍为多孔材料，材料内部存在较多的孔隙。保温材料在干燥环境下其保温性能表现良好，当孔隙中存在水分后，其保温性能则会发生变化。静止空气的导热系数为0.023W/（mK），水的导热系数为0.58W/（mK），冰的导热系数为2.3W/（mK），由此可知，水的导热系数约是空气导热系数的 24倍之多。当水变成冰时，其导热系数又增加了3倍之多。因此，当保温材料内部孔隙中存在水分后，其导热系数将大幅提高，保温隔热性能会大幅减低。

2.2 不同湿度条件下，保温材料导热系数的实验室测试

2.2.1 试样制作测试

保温材料孔隙中含水后，其导热系数将大幅提高。为明确不同湿度对保温材料导热系数的影响程度，本文以水泥基无机保温砂浆为例进行试验分析，对4组（4个/组）水泥基无机保温砂浆试样在不同湿度条件（未烘干状态、烘干状态、浸水2h状态、浸水2d状态）下的导热系数进行实验室测试。试样制作及导热系数测试方法如下：

图1 实验室无机保温砂浆制作、养护

（1）制作4个空腔尺寸为300mm×300mm×30mm的金属试模并放置于玻璃板，用脱模剂涂刷试模内壁及玻璃板，用搅拌机把材料搅拌均匀后，逐层加满试模并略高出，然后用抹子抹平，制成4个试件。待试件成型后，用聚乙烯薄膜覆盖，在试验室温度条件下养护7d后拆模，拆模后在试验室标准条件下养护21d，再将试样磨平(图1）。

（2）将试件按照未烘干状态、烘干状态、浸水2h状态和浸水2d状态进行处理。

（3）按照《绝缘材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》（GB/T 10294—2008）进行测试。启动平板导热仪，按检测要求设置冷板和热板及冷却水的温度，同时设置每个试验阶段的所需时间，将试样装入其中，开始导热系数测试。

（4）测试结束后记录相应导热系数数值，并对结果进行修正，以修正后的数值作为本次的测试结果，数值修约至0.001W/（mK）。

2.2.2 试验结果分析

在未烘干状态、烘干状态、浸水2h状态和浸水2d状态下，无机保温砂浆导热系数测试结果见表1，试验结果对比图见图2。结果表明：

（1）保温材料处于未烘干状态时（含有一定水分）比烘干状态（完全干燥）导热系数略有增大，增大幅度约为15%。

表1 保温层材料导热系数检验结果

图2 无机保温砂浆在不同含水状态下导热系数试验结果对比图

（2）保温材料浸水2h（基本饱和）后的导热系数则显著增加，达到烘干状态（完全干燥）的2.6～4.1倍、未烘干状态时（含有一定水分）的2.3～3.7倍。这说明保温材料的导热系数随含水率的增加而明显增大，同时也表明，含水状况是保温材料导热系数的决定性因素，直接影响外墙保温材料的保温隔热性能。

（3）保温材料浸水2h和浸水2d后的导热系数基本相当，表明无机保温砂浆在浸水2h后，其含水率已基本达到饱和状态。

3 导热系数变化对节能效果的影响

为了模拟分析保温材料导热系数变化对外墙节能效果的影响，采用建筑节能设计分析软件PBECA，建立分析对象的建筑模型，然后进行热工设置、材料设置，再进行节能分析。本文采用PBECA软件，分别对多层砌体结构房屋、高层混凝土结构房屋保温材料在未烘干状态、烘干状态、浸水2h状态和浸水2d状态下的节能效应进行计算分析。

3.1 多层砌体结构房屋

试验模型为一幢6层独立单元住宅楼（图3），外墙为240mm厚多孔砖砌体。外墙外保温系统采用30mm厚无机保温砂浆系统；屋面结构为120mm厚现浇混凝土板，屋面保温系统采用40mm厚水泥膨胀珍珠岩保温系统。本实例进行建筑节能效果影响分析的范围为2层[⑥～⑦轴房间，如图4阴影部分所示。

图3 多层建筑3D视图

为了模拟外墙外保温系统渗漏情况，根据上述试验研究成果，将外墙无机保温砂浆分为未烘干、烘干、浸水2h、浸水2d共4种状态，无机保温砂浆的密度、含水率和导热系数分别按表2取值。

根据表2，对外墙材料进行编辑，由PBECA材料编辑功能可直接得出外墙传热系数。将外墙主体层设置为240厚多孔黏土砖砌体，保温层设置为无机保温砂浆。在烘干、未烘干、浸水2h、浸水2d工况下,外墙（主体墙）的传热系数分别为1.036、1.088、1.441、1.445w/(m2k)。采用PBECA缺陷分析工具，选取2层[⑥～⑦，轴房间进行外墙单位面积负荷值分析，在上述4种工况下，房间外墙单位面积负荷值分别为91.29、95.48、128.94、129.11kWh/m2（图5）。为便于分析比较，将外墙保温材料烘干工况下的外墙传热系数及房间单位面积负荷值设为1，计算其他3种工况下的相对分析结果（表3）。

表2 保温材料参数表

图4 建筑平面图

图5 保温材料在不同含水状态下外墙单位面积负荷值计算结果对比图

可见，对于砌体结构房屋，外墙保温材料烘干与未烘干工况下，外墙传热系数及房间外墙单位面积负荷值变化均很小；浸水2h与浸水2d工况下，上述节能分析结果也很接近，但外墙保温材料在潮湿状态与干燥状态下的节能分析结果存在较大差异。外墙保温材料从干燥状态变为潮湿状态后，外墙传热系数增大69%，房间外墙单位面积负荷值增大41%。

3.2 高层混凝土结构房屋

一幢12层钢筋混凝土剪力墙结构住宅楼（图6），混凝土剪力墙厚200mm，外墙外保温系统采用无机保温砂浆系统；屋面结构为120mm厚现浇混凝土板，屋面保温系统采用XPS保温板系统。本案例进行建筑节能效果影响分析的范围为2层轴房间，如图7中阴影部分所示。

表3 节能分析结果表（相对值）

图6 高层建筑3D视图

将外墙主体层设置为200厚钢筋混凝土墙，保温层设置为无机保温砂浆，采用前述外墙节能分析方法。在烘干、未烘干、浸水2h、浸水2d状态下，外墙（主体墙）传热系数分别为1.500、1.610、2.530、2.541w/(m2k)；房间外墙单位面积负荷值分别为96.21、106.75、163.42、164.16kWh/m2（图8）。为便于分析比较，将外墙保温材料烘干工况下的外墙传热系数以及房间单位面积负荷值设为1，计算其他3种工况下的相对分析结果见表4。

图7 建筑平面图

图8 保温材料在不同含水状态下外墙单位面积负荷值计算结果对比图

表4 节能分析结果表（相对值）

可以看出，对于该工程混凝土剪力墙结构房屋，外墙保温材料烘干与未烘干工况下，外墙传热系数及房间外墙单位面积负荷值变化也很小；浸水2h与浸水2d工况下，上述节能分析结果也很接近，但外墙保温材料在潮湿状态与干燥状态下的节能分析结果存在较大差异。外墙保温材料从干燥状态变为潮湿状态，其外墙传热系数变化最大，约增大69%，房间外墙单位面积负荷值约增大71%。

4 结语

综上所述，本文从湿度对保温材料导热系数的影响、导热系数变化对建筑节能影响两个方面，分析渗漏对外墙外保温系统保温性能的影响，并通过建筑节能设计分析软件PBECA，对保温材料导热系数变化后的多层砌体结构房屋、高层混凝土结构房屋节能效果进行模拟分析，得出以下结论：

（1）渗漏对保温材料导热系数影响明显。渗漏发生后，保温材料的含水率明显增大，使其导热系数大幅提高。

（2）渗漏明显降低了外保温系统的保温性能。渗漏发生后，保温材料导热系数大幅提高，导致外墙单位面积负荷明显增大，外墙保温隔热性能大幅减低。砌体结构房屋和混凝土剪力墙结构房屋在烘干与未烘干工况下，外墙保温材料的传热系数及房间外墙单位面积负荷值变化均很小；但在浸水2h与浸水2d工况下，外墙保温材料的保温性能发生明显变化。

（3）外墙外保温系统发生渗漏后，其保温隔热性能将大幅降低。