碳中和背景下的建筑节能与EPS外墙保温系统＊

颜红专，曾 妮，明杏芬

（武昌工学院，湖北 武汉430068）

当前，国内高能耗建筑层出不穷，高排放高能耗已使得地球资源越来越少。因此，人们在满足其生活物资水平的基础上也越来越重视建筑节能环保，以节约资源，减少污染，为后代造就一个绿色的可持续发展的生态环境。在全国碳排放总量过大的情况下，建筑全过程碳排放所占比例超过50%，其中建筑材料占比28.3%，各类建筑使用期间占比21.9%。建筑能耗降低水平处于超低能耗的研究实践阶段，距离零能耗还有一段较艰难的距离。当前国内的建筑节能是以被动式节能作为重要手段，要达到建筑零能耗，则需有效利用建筑本体或其他的可持续性发展能源。建筑外墙保温一直以来是建筑节能的一种很有效的被动式节能手段，从建筑保温材料的择取、设计、施工至管理运行，每一步都很重要。当前的外墙保温体系比较多，在追求建筑节能的基础上，还得考虑造价低、施工便利性、耐久性等这些因素。外墙保温材料有无机的和有机的。其中由于EPS保温系统具有优良的柔性和抗裂性能以及抗撞击性能，防水、防裂、防热桥，使用寿命长等优势，在国内外具有超过40年的工程实践，对于建筑节能减耗有积极的促进作用。

1 建筑节能

中国虽地广物博，但人口众多，人均分配的资源远比不上一些发达国家[1]。很多能量资源依赖进口，如石油、煤、天然气等。加上有些资源的可再生利用研究运用不够成熟，这些都会给中国未来的经济发展造成一定的困难局面，故倡导节能降耗是每个人的义务与责任，并已成为中国的一项基本国策。国内既有建筑400亿m2，每年新建建筑20亿m2，这意味着全球约40%的建筑任务在中国。建（构）筑物及其附属设施建造所消耗的材料约占全球消耗的50%左右，其中单就水泥这一材料的消耗量就占全球的40%。建筑材料的生产、建筑施工与使用占全球总能耗50%左右。建筑建造过程中所产生的水污染和光污染等占全部污染总量的18%左右，更可怕的是建筑生产带来的建筑垃圾竟达到了占垃圾总量的12%左右。

建筑能耗占比中国总能耗为25%～40%，这个调查数据着实令人担忧。现如今中国大部分建筑都属于高能耗建筑，相比于相同条件下的其他国家，特别是在寒冷地区中国的采暖能耗比之要高出1～2倍。在使用能源的过程中也会排放出大量的污染物，如SO2、CO2、悬浮颗粒物等，这些污染物会影响人体健康，不利于动物和植物的生存发展，同时CO2等温室气体的排放会带来全球变暖等异常气候。

节能符合可持续性发展的基本方针，建筑节能在于提高能源有效利用率，而围护结构作为建筑本体组成部分，建筑节能建造过程中应被高效利用。建筑有其自有的内部气候，建筑的围护结构就会像壳体一样保护其内部气候，同时围护结构也是建筑沟通外部气候的通道。在中国，冬季有很多地区提供采暖，其中绝大部分地区与气候相近的发达国家相比，建筑围护结构的热功能性相差甚远，例如外墙传热系数是发达国家的3.5～4.5倍，外窗是2～3倍，屋面是3～6倍。不仅如此，中国单位建筑面积的能耗高，能源利用率只有28%，作为对比，欧美能源利用率平均接近50%，而日本更是达到了57%。面对中国人口众多的实情，可利用的能源的增长速率远小于能耗的增长速率，长期如此，能源必将会枯竭。相比日本等这样的国家，中国的单位建筑面积采暖能耗高2～3倍。针对这一事实，许多关于建筑节能的政策应运而生，而众多学者一般认为要想提高建筑本体的被动式节能降耗，必须从建筑的围护结构保温系统入手进行研究[2]。

2 墙体保温的重要性

墙体围护结构作为建筑本体不可或缺的部分，主要包含外围护系统和内围护系统。外围护系统主要指外墙、屋面及建筑外出入口等直接和室外空气相接触的部分；而内围护系统主要指与空气间接接触的部分，常包括室内门、内墙等组成部分。在较寒冷的北方，有很多供暖建筑，建筑总热量散失比例过大，常使市场煤炭供需难以平衡。

以一个典型的多层砖混现浇钢筋混凝土结构楼板建筑为例，在冬季寒冷的北京地区，其占比约为77%，其中，不同围护结构部位占比不同，外墙占比最大为25%，其次是窗户，其传热热损失为24%，地面占比最小为2%，剩下部分楼梯间隔墙占比为11%，屋面占比为9%，阳台门下部占比为3%。而在哈尔滨地区，其传热热损失占全部热损失比例也很大，达到71%，其中外墙和窗户占比是最大的，分别都达到了28%，地面占比为4%，屋面占比为9%，阳台门下部占比为1%，外门占比为1%。因此，墙体保温的作用具有很重要的现实意义[3]。

外墙需要有一定的保温性能，而现在单一的建筑墙体材料除了极少数，如加气混凝土砌块等材料之外，保温性能都达不到建筑节能标准，因此需要对外墙进行一些保温处理，以达到保温性能要求。常见的墙体保温有外保温和内保温两种施工方式，相比之下，外保温有以下优势。

2.1 节能效果好

传统建筑外墙要同时满足承重和保温要求，其厚度必然是很大的，用保温材料进行外墙体外保温处理后，可以适当减少墙体厚度。而采用内保温相对保温层的厚度要求更高，容易导致严重的热桥问题。热桥问题的加重会造成更多额外的热损失，在北方寒冷的季节，热桥问题的加重还可能致使建筑外墙的内表面出现潮湿、结露等现象，严重时甚至会出现发霉和淌水，这些问题进行外墙外保温处理则可以避免。因此，如若采用相同厚度的保温材料，相比于外墙内保温，外墙外保温具有更好的节能效果，可以减少约20%的热损失。对建筑外墙整体做保温处理，能降低热容量大的实体内墙的能耗，减缓室内温度与室外温度的交换速率，从而维持一个较稳定的室内环境，使得人们生活工作在室内较舒适。即使在冬季供暖地区，保持室内温度稳定的前提下，加强外保温措施时，可以适当降低室温，那么这样就可以减少采暖负荷，从而达到节约能源的目的。

2.2 提高墙体耐久性

外墙外保温系统对于砖墙或混凝土墙等来说相当于多了一层防护外衣，有效隔绝了部分外界环境气候对墙体的影响，从而建筑外墙甚至是整个建筑本体都受到保护。其次有了外墙保温层的作用，室内外的温度热传递能够有效地被阻隔，室外温度湿度等变化被隔绝在保温层内，能有效使得室内气候变得平缓些，大大降低室内外墙体部分的开裂、变形或损坏等危害，从而提高墙体的耐久性。

2.3 综合效益高

外保温系统能够适应不同的建筑需求，不管是底层或超高层建筑，不管是民用建筑还是工业建筑。在当前的保温市场上，饰面层种类繁多，如大理石饰面层、花岗岩饰面层、陶瓷墙砖饰面层及涂料等，外墙保温材料能够很好地和这些外墙饰面层结合在一起，丝毫不影响外墙的装饰功能。此外，目前研究较多的还有外墙保温装饰一体化板的研究应用，这种体系已实现工厂化流水线生产，不仅更好地把控外墙保温的施工质量，板尺寸规整，施工精度也较高，同时能够缩短施工工期，减少施工对环境的污染。相对比内保温，外保温维修对室内装饰的影响小。虽然前期施工造价费用略比室内保温要高，但只要保温系统选用得当，施工技术管理到位，那么单位面积造价差异就不大。其次，外保温不占用建筑内部使用空间，折算到单位面积造价，甚至比内保温总体费用更低。最后结合其良好的降低能耗、节约资源的优点，综合效益显而易见。

3 常见的EPS保温系统及性能

EPS薄抹灰外墙保温系统如图1所示，该系统施工技术较成熟，配套规范较完善，施工性能较好，导热系数较小。EPS保温浆料系统如图2所示。从两种保温系统结构看，基本分成了四个部分：基层处理、保温层、增强层、表面装饰层。墙体保温性能取决于保温层的性能[4]。

图1 EPS板薄抹灰保温系统

图2 EPS保温浆料系统

EPS外保温系统除了上述两种之外，还有EPS板现浇混凝土外墙保温系统、EPS钢丝网架板现浇混凝土外墙保温系统等。整体上，每种EPS外保温体系的保温性能较好，既能保温又能满足不同的墙体装饰功能的要求，非常适合中国的建筑节能使用，所以在建筑材料及建筑应用技术高速发展不断改进的现今，EPS外保温系统在中国建筑节能墙体中被广泛应用。

EPS外保温系统具有以下特点[5]：①EPS外保温系统的自重较轻，EPS板厚度选择范围较广，可以满足不同的建筑保温需求。②采用外贴法的EPS外保温系统，不仅能满足墙体装饰功能，且具有较好的抗震性能。③EPS外墙保温系统可充分利用其包裹建筑物的方式，起到无热桥的作用，以此提高外墙保温的整体性和有效保温性，满足墙体的节能要求。④EPS外墙保温系统相比于其他的保温材料来说，其建筑造价较为低廉，作为建筑外围材料长期使用既可以达到建筑节能的目的又节约了大量费用，具有较好的经济效益。⑤EPS外保温系统的优势较明显，但其较低的强度使得施工时对锚固的要求较高。其次，对于一些耐火等级要求非常高的建筑，在选择EPS外保温系统的时候需慎重考虑。

4 EPS保温系统在施工和应用中的问题及解决措施

4.1 存在的问题

当前，EPS保温系统因其造价较低、施工技术完善等优点在外墙保温领域占有重要的位置，但在施工及应用过程中存在的问题也很多。

4.1.1 法规政策不够完善

一直以来，对于外墙保温这块的国家强制性标准较少，并且在建筑节能工程施工质量验收规范这样的国家强制性标准里，对外墙保温的材料选用、施工技术等要求较低。而外墙外保温工程技术规程这样的行业标准也没有对一些具体的事物进行明确的规定，使得不少施工单位为了节约施工成本而游走在规范规定的边缘，或者直接越过红线铤而走险，导致很多比较新的小区外墙出现脱落、开裂、空鼓等不良现象，对小区业主居住造成一定的安全隐患，在社会上造成了比较恶劣的影响。其次，外墙脱落等这样的事件发生后，事件往往被大事化小、小事化无，存在有关部门事件调查不认真、处罚力度不大、震慑威力较弱等尖锐的社会问题。

4.1.2 材料质量参差不齐

首先，EPS保温材料的每平米价格从十几块到几十块不等，在这较大的价格差异里，很多产品的质量参差不齐。很多公司打价格战，在生产过程中为了节约成本增大利润而使用超便宜的过期、潮湿的原材料。还有厂家在生产线及管理上存在问题，如泡粒结块直接使用、泡粒水分过高、发泡桶底部冷凝水排放不畅、预发机顶盖通风保温不良、新旧料混合使用等问题。对于产品的合格检验制度不完善，使得残次品充盈市场。有的保温板密度太低、粉化严重、表面太光滑，容易造成保温板局部空鼓、脱落等现象。其次，建筑保温的同时还需注重建筑的防火性能，很多材料保温性能达到要求但其防火等级达不到要求。最后与保温材料的使用相配套的辅助材料的性能要求不匹配，导致保温板材料容易出现脱落等现象。

4.1.3 施工管理不到位

首先，有些项目外墙保温施工之前，工人没有进行专门的培训，或者没有进行详细的施工技术交底，胶浆制稠度不符合要求，水泥掺入过多、砂石含泥量过高，致使粘结不牢，出现流挂现象等。其次，在施工过程中，比如用力挤压、猛敲EPS保温板的某一端而造成保温板卷翘、胶浆脱落，直接导致保温板板面空鼓、虚贴，面层施工时不考虑天气因素。最后就是施工验收不严格按照规范进行。

4.1.4 使用及维修

一般的EPS外墙外保温系统的使用寿命高达几十年，但在这过程中如果施工不当会导致使用寿命缩短。影响外墙外保温系统的使用寿命的因素很多，比如屋面防水、外墙防水等，由于防水层的使用寿命直接关系着保温层的寿命，所以防水层的维修不当、外墙的修补不当都会造成保温层的破坏。

4.2 问题解决措施

首先，针对中国外墙保温施工技术的政策上的痛点问题，中国各省市相继出台了很多相关规定，比如山东省住建厅于2021-04-21颁布了严查不合格保温材料的规定，加大力度整治保温材料生产线及检测制度，对严重违反工程质量的行为严惩不贷。重庆市住建委员会于2021-03下发禁限使用一些保温材料的规定，如禁止采用薄抹灰外墙外保温系统，禁止对于外墙保温系统仅采用锚固的固定方式。河北省住建厅也发出了禁止仅使用粘锚构造薄抹灰技术的规定，对于保温材料优先使用A级保温板，严禁使用B2级保温材料和容易在起火事件中成为帮凶的XPS保温板。

其次，保温材料的选择需考虑很多因素，保温效果好的不一定就适合。因此，还需要综合考虑温度环境、稳定性、机械强度、性价比、吸水率、施工性和密度等因素。中国北方和南方气候条件差异较大，北方就适合选用一些保温隔热较好、导热系数较小的保温材料。而在南方，对于保温效果就可能不是首要考虑的问题。同时，选择的保温材料还应有较稳定的化学性能和抵抗外力冲击的能力，在施工过程中，能满足施工方便，以保证施工质量及满足成本较低的要求，尤其是建筑使用运行阶段，保温材料较难燃，不会变成起火事件中的帮凶。在使用寿命方面，能达到较高的使用年限要求。

最后，在施工阶段，应加强对现场施工人员和现场质检人员的培训，使其熟练掌握EPS保温系统的结构层次、组成材料的性能特点、施工技术及检测方法等。同时，EPS保温板的尺寸需正确、测量放线无误、平整度高及基层干净整洁等。验收时需严格遵循程序，把控质量。

5 结语

建筑节能降耗将是未来世界各国需重点关注的研究问题，在中国，面对如此多的高能耗建筑的诞生，推行更高标准的节能策略和节能技术是实现中国碳中和目标的重要手段。而在建筑节能实施过程中，墙体保温技术很关键，未来EPS外墙保温系统以其优越的性能具有广泛的推广前景，但如何解决当前问题及提高其强度和耐火性将是未来的研究方向。