一种新型外墙外保温系统——主动式外墙外保温系统

2021-11-11梁贺斐赵树兴张江铭赵晓凯

天津城建大学学报 2021年5期

梁贺斐，赵树兴，张江铭，赵晓凯

（1.天津城建大学，天津 300384；2.天津市城市规划设计研究院，天津 300201）

近年来世界能源危机日益加重，节约能源成为了当今世界的一大主题.清华大学建筑节能研究中心对我国建筑领域用能及排放的核算显示：2018 年我国建筑运行能耗占全社会总能耗的23%，低于全球比例[1].但我国单位建筑面积能耗是发达国家的2～3 倍，给社会造成了沉重的能源负担[2]. 我国是一个能源比较贫瘠的国家，合理利用能源，提高能源利用率是我国社会发展的根本大计.在建筑物中，外围护结构的热损耗较大，外围护结构中墙体结构的热损耗又占了很大比重，约占60%~70%[3-4].因此，发展新型外墙外保温系统对建筑能耗的降低具有极其重大的意义.本文旨在提出主动式外墙外保温系统并介绍其主要特点和基本分类，给出典型构造及做法.

1 主动式外墙外保温系统与分类

我国传统的外墙外保温系统主要是通过在墙体外表面附设保温材料来实现墙体的保温，属于被动式外墙外保温系统.笔者在研究传统外墙外保温系统基础上，提出了一种新型的外墙外保温系统，即在传统的外墙外保温系统的基础上复合盘管，直接利用低品位热水对保温系统加热，从而在保温系统内形成一道热屏障，实现外墙保温降耗（在夏季也可以通入适宜的低温水实现降温隔热），本文称之为主动式外墙外保温系统.该系统是一个保温/隔热系统，并不是作为末端向室内供热/供冷的系统，这两者是存在区别的，本课题组已发表相关专利[5-8].主动式外墙外保温系统可以直接利用低品位能源，如地热供热回灌水及供暖回水、浅层地热能、太阳能等进行加热，不仅可以显著降低外墙能耗实现建筑节能，还可提高建筑外墙内表面温度，提高室内的热舒适性.

根据加热盘管与外保温系统的复合方式的不同，主动式外墙外保温系统主要分为三种基本类型：①基层墙体复合盘管型；②保温层复合盘管型；③外挂内置盘管型.每一种基本类型又有不同的构造和做法，具体分类详见图1.

图1 主动式外墙外保温系统分类

2 基层墙体复合盘管型主动式外墙外保温系统

该主动式外墙外保温系统是将加热盘管内嵌或外锚在基墙外侧，基本构造如图2 所示.根据盘管复合方式的不同可以分为两种型式，一类是基墙外侧内嵌盘管型，适合浇筑型墙体结构，可以直接将盘管浇筑在混凝土内部；一类是基墙外锚抹灰盘管型，适合砖混、框架等多种墙体结构，此类墙体外表面可与加热盘管通过金属连接部件连接，盘管表面通过水泥砂浆找平后与多种外墙外保温系统搭配使用.

图2 基层墙体复合盘管型主动式外墙外保温系统

2.1 基墙外侧内嵌盘管型主动式外墙外保温系统构造与做法

该系统的基本构造由内到外依次是加热盘管层、保温层、抹面层与饰面层.其中加热盘管放置在基层墙体的结构外侧，这种结构与传统外墙外保温系统中的EPS 现浇混凝土外墙外保温系统最为契合.

以EPS 现浇混凝土外墙外保温系统为基础的基墙外侧内嵌盘管型主动式外保温系统，如图3 所示.具体做法如下：①在墙体钢筋框架布置完毕后，将盘管通过钢丝绑扎固定在钢筋架内部，注意要将加热盘管进出水口伸入钢筋框架内侧便于与建筑内部的供水立管与回水立管连接；②在钢筋网架外部拼装EPS板，先拼接转角处再拼接立面，在进行拼装时保证上下错缝插接，以增强墙体的整体稳定性，保温板布置到一定高度时应先设置防火隔离带再继续布置保温板；③利用已搭好的架子临时支撑模板，内外模板使用穿墙螺栓固定，必要时用铁丝将模板和钢筋拉结；④浇筑混凝土；⑤拆除模板，对盘管进出水口进行检查，对模板穿孔螺栓孔用保温材料进行封堵；⑥在墙体表面涂抹薄抹灰，抹抗裂砂浆耐碱玻纤网布，涂弹性底层涂料，刮抗裂柔性耐水腻子，表面最后采用涂料进行饰面[9].

图3 基墙外侧内嵌盘管型主动式外保温系统构造

2.2 基墙外锚抹灰盘管型主动式外墙外保温系统构造与做法

该系统的基本构造由内到外依次是水泥砂浆找平层、粘结层、保温层、抹面层与饰面层.其中加热盘管放在基层墙体外侧，通过金属固定件与膨胀螺丝固定，加热盘管表面用水泥砂浆磨平，可以采用不同的施工手法与多种传统外墙外保温系统相结合，如粘贴型外墙外保温系统、喷涂型外墙外保温系统、涂抹型外墙外保温系统等.

以岩棉板外墙外保温系统为基础的基墙外锚抹灰盘管型主动式外墙外保温系统，如图4 所示.具体做法如下：①施工前先对基层墙体进行清理，保证墙体的平整度；②加热盘管通过环形金属卡环与膨胀螺丝固定在基层墙体上，加热盘管表面用水泥砂浆抹平，由于水泥砂浆的导热性较好，可以使基层墙体外表面温度均匀，在墙体外侧形成热屏障；③粘贴岩棉板，抹面层找平，用锚钉锚固岩棉板；④选择涂料或面砖饰面.该系统形式还可以与外贴保温板、保温装饰板相结合，做法相似，不再详细介绍.

图4 基墙外锚抹灰盘管型主动式外墙外保温系统构造

3 保温层复合盘管型主动式外墙外保温系统

该主动式外墙外保温系统是将加热盘管内置于保温层内，基本构造如图5 所示.由内到外依次是粘结层、保温层、抹面层与饰面层.这种形式适合与喷涂型外墙外保温系统、涂抹型外墙外保温系统、保温装饰板外墙外保温系统搭配使用.值得注意的是，因为保温材料的导热系数一般比较小，为了在保温层内部形成一层温度均匀的热屏障，添加金属制成的均温板效果会更好. 对于喷涂型外墙外保温系统或涂抹型外墙外保温系统可以分两次施工将盘管加热层放置在有机/无机保温浆料中；对于保温装饰板可以直接在工厂内生产含有加热盘管和均温板的保温装饰一体板.

图5 保温层内嵌盘管型主动式外墙外保温系统

以喷涂型外墙外保温系统为基础的保温层内嵌加热盘管型主动式外墙外保温系统，如图6 所示.具体做法如下：①施工前先对基层墙体进行清理，保证墙体的平整度；②基层墙体表面刷涂聚氨酯防潮底漆；③使用电钻在基层墙体上钻孔，孔内插入连接杆，在连接杆表面做标记，然后喷涂一定厚度的保温材料；④将带有孔洞的均温板挂到连接杆标记处，并使用电焊焊接固定均温板；⑤使用U 型卡箍将盘管固定在均温板上，再喷涂保温材料到设计厚度，注意在进行喷涂施工时，室外环境不应低于5 ℃，风力不得大于5 级，风速不宜大于5 m/s，并且严禁在雨天进行施工；⑥喷涂完保温材料后，在保温材料外表面涂刷界面砂浆，使用胶粉聚苯颗粒进行找平，安置抗裂材料（抗裂砂浆复合耐碱网格布）；⑦选择涂料或者面砖进行饰面.

图6 保温层内嵌加热盘管型主动式外墙外保温系统（喷涂型）构造

以保温装饰板外墙外保温系统为基础的保温层内嵌加热盘管型主动式外墙外保温系统，如图7 所示.具体做法如下：①施工前先对基层墙体进行清理，保证墙体的平整度；②用胶粘剂将保温装饰板粘结在墙体上；③打孔，插入锚栓，将在工厂内生产的含有加热盘管和均温板的保温装饰一体板锚定；④由于保温板装饰面积不宜超过1 m2，故需要考虑盘管的连接问题，上下两块保温装饰板之间应留有一定宽度的缝隙用于管道的连接，当采用聚乙烯管或聚丁乙烯管时，上下进出水口可以使用热熔连接；当采用铜管或铁管时，上下进出水口可以使用丝接或焊接；⑤连接完毕后，使用聚氨酯硬泡封填板缝，保证系统的保温性能.

图7 保温层内嵌加热盘管型主动式外墙外保温系统（保温装饰板）构造

4 外挂内置盘管型主动式外墙外保温系统

该主动式外墙外保温系统是将加热盘管置于外挂装饰层内的空气层中，基本构造如图8 所示.根据盘管所在位置的不同可分为两种型式，一种为加热盘管位于保温层与饰面层之间的空气层中，适合与保温、装饰相互独立的外墙干挂保温系统搭配，如石材干挂外墙保温系统、铝板干挂外墙保温系统、彩钢板干挂外墙外保温系统[10]；一类为加热盘管位于基层墙体与保温装饰一体化保温板之间的空气层中，适合与保温装饰一体化系统搭配，如铝合金聚氨酯保温装饰一体化干挂系统、铝板预制干挂式外墙外保温系统.

图8 外挂内置盘管型主动式外墙外保温系统

当加热层位于外饰层和保温层之间时，其构造型式如图9、图10 所示.具体做法如下：①选派有经验的木工专门负责安装预埋件，以确保预埋件位置准确；②墙体基面清理干净，无油污、浮尘等杂物及凹凸不平现象，油污可用火碱水和钢丝刷清理；③放龙骨位置线，主龙骨为竖向，连接主龙骨与预埋件的角钢设于竖向板缝中；④安装主龙骨连接件、主龙骨及次龙骨；⑤将有胶浆的聚苯板粘贴在墙面上，粘贴时可小范围滑动，使聚苯板与墙面有效粘结；⑥将加热盘管通过连接装置与基层墙体固定（见图9），也可以用金属条固定在饰面板内侧（见图10）；⑦将饰面砖安装在次龙骨上. 当加热盘管位于基层墙体与保温层之间时，其构造型式如图11 所示. 龙骨安装方法与上述方法相同，将加热盘管通过连接装置与基层墙体固定，最后将保温装饰一体板外挂在轻钢龙骨架上，完成安装.