围护结构节能设计
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教学目标： 通过本章内容知识的学习，让学生了解维护构件的传热耗量构成，了解目前外墙的保温节能技术，提出外墙内保温技术。
学习重点：外墙外保温的优越性；
外墙外保温板的类型；
几种国外广泛应用的外墙外保温体系。
教学难点：外墙外保温的优越性；外墙内保温技术。
预计学时：授课12学时。
&&& 教学过程：第一节& 墙体节能概述
建筑物耗热量主要由通过围护结构的传热耗量构成，其数值约占总耗热量的73％-77％。在传热耗热量中，外墙约占25％左右，楼梯间隔墙的传热耗热量约占15％左右，改善墙体的传热耗热将明显提高建筑的节能效果。新节能标准为确保实现节能50％的目标，不仅提高了对围护结构的保温要求，而且考虑了抗震柱、圈梁等周边热桥部位对外传热的影响，并要求外墙的平均传热系数符合规定。这样，在单一材料的墙体中，只有加气混凝土墙体(热桥部位还要做保温处理)才能满足要求。鉴于这样情况，发展高效保温节能的复合墙体是墙体节能的根本出路。
外墙按其保温层所在的位置分类，目前主要有：单一保温外墙，外保温外墙，内保温外墙，和夹芯保温外墙4种类型。
外墙按其主体结构所用材料分类，目前主要有：加气混凝土外墙、黏土空心砖外墙、黏土(实心)砖外墙、混凝土空心砌砖外墙、钢筋混凝土外墙、其他非黏土砖外墙等。为叙述清楚，以下按保温层在墙中的位置不同分别加以介绍。
第二节& 外墙外保温技术
一、外墙外保温的优越性
外墙的保温做法，无论是外保温还是内保温，都能有效地降低墙体传热耗热量并使墙内表面温度提高，使室内气候环境得到改善。然而，采用外保温则效果更加良好，这主要是因为：
(1)外保温可以避免产生热桥。在常规的内保温作法中，钢筋混凝土的楼板、梁柱等处均无法处理，这些部位在冬季会形成热桥现象。热桥不仅会造成额外的热损失，还可能使外墙内表面潮湿、结露，甚至发霉和淌水，而外保温则不存在这种问题。由于外保温避免了热桥，在采用同样厚度的保温材料下(例如北京用50mm膨胀聚苯乙烯板保温)外保温要比内保温的热损失减少约15％，从而提高了节能效果。
(2)外保温作法中由于位于内侧的实体墙体蓄热性能好，热容量大，室内能蓄存更多的热量，使诸如太阳能辐射或间接采暖造成的室内温度变化减缓，室温较稳定，生活较为舒适；同时也使太阳辐射得热、人体散热、家用电器及炊事散热等因素产生的“自由热”，得到较好的利用，有利于节能。
(3)由于采用外保温，内部的砖墙或混凝土墙得到保护，室外气候变化引起的墙体内部温度变化，发生在外保温层内，使内部的主体墙冬季保温性能提高，湿度降低，温度变化较平缓，热应力减少，因而主体墙体产生裂缝、变形、破损的危险大为减轻，使墙体的耐久性得以加强。
(4)采用内保温的墙面上难以吊挂物件，甚至安装窗帘盒、散热器都相当困难。在旧房改造时，从内侧保温存在使住户增加搬动家具、施工扰民、甚至临时搬迁等诸多麻烦，产生不必要的纠纷，还会因此减少使用面积。外保温则可以避免这些问题发生。当外墙必须进行装修加固时，加装外保温是最经济、最可利的时机。
(5)外保温有利于加快施工进度，室内装修不致破坏保温层。如果采用内保温，房屋内装修，安装暖气等作业，必须等待保温作好后才能进行。但采用外保温，则可以与室内工程平行作业。
(6)外保温的综合经济效益很高。虽然外保温工程每平方米造价比内保温相对要高一些，但只要技术选择适当，特别是由于外保温比内保温增加了使用面积近2％。加上有利节约能源，改善热环境等一系列好处，综合效益是十分显著的。
二、外保温体系的组成
外墙外保温是指在建筑物外墙的外表面上建造保温层，该外墙可用砖石或混凝土建造。这种外保温的作法，可用于扩建墙体，也可以用于原有建筑外墙的保温改造。由于保温层多选用高效保温材料，这种体系能明显提高外墙的保温效能。另一方面，由于保温层在室外侧，其构造必须能满足水密性、抗风压以及温湿度变化的要求，不致产生裂缝，并能抵抗外界可能产生的碰撞作用，还能与相邻部位(如门窗洞口、穿墙管等)之间以及在边角处、面层装饰等方面，均能得到适当的处理。有必要指出：外保温层的功能，仅限于增加外墙的保温效能以及由此带来的相关要求，而不应指望这层保温层对主体墙的稳定性起到作用。其主体墙，即外保温层的基底，必须满足建筑物的力学稳定性要求，承受垂直荷载、风荷载要求，并能经受撞击而能保证安全使用，还应使被覆的保温层和装修层得以牢牢固定。
保温层主要采用导热系数小的高效轻质保温材料，其导热系数一般小于0．05W／m?K。
根据设计计算，保温层具有一定厚度，以满足节能标准对该地区墙体的保温要求。此外，保温材料应具有较低的吸湿率及较好的粘结性能。为了使所用的胶粘剂及其表面层的应力尽可能减少，对于保温材料，一方面要用收缩率小的产品，另一方面，在控制其尺度变动时产生的应力要小。为此，可采用的保温材料有：膨胀型聚苯乙烯板(EPS)、挤塑型聚苯乙烯板(XPS)、岩面板、玻璃棉毡以及超轻保温浆料等。其中以阻燃级膨胀型聚苯乙烯板应用得较为普遍。
2．保温板的固定
不同的外保温体系，采用的固定保温板的方法各不相同，有的将保温板粘结或钉固在基底上，有的两者结合。
&&& 为了保温板在胶粘剂固化期间的稳定性，有的体系用机械方法做临时固定，一般用塑料钉钉固。
&&& 保温层永久固定在基底上的机械件，一般采用膨胀螺栓或预埋筋之类的锚固件。国外往往用不锈蚀而耐久的材料，由不锈钢、尼龙或聚丙烯等制成，国内常用钢制膨胀螺栓，并做相应的防锈处理。
&&& 超轻保温浆可直接涂抹在外墙外表面上。
&&& 3．面层
&&& 保温板的表面层具有防护和装饰作用，其做法各不相同，薄面层的一般为聚合物水泥胶浆抹面，厚面层则仍采用普通水泥砂浆抹面。有的则在龙骨上吊挂板材或瓷砖覆面。
&&& 薄型抹灰面层为在保温层的所有外表面上涂抹聚合物水泥胶浆。直接涂覆于保温层上的为底涂层，厚度较薄(一般为4-7mm)，内部加有加强材料。加强材料一般为玻璃纤维网格布，有的则为纤维或钢丝网，包含在抹灰层内部，与抹灰层结合为一体，它的作用是改善抹灰层的机械强度，保证其连续性，分散面层的收缩应力与温度应力，防止面层出现裂纹。
&&& 不同外保温体系，面层厚度有一定差别，要求面层厚度必须适当。薄型的一般在10mm以内。厚型的抹面层，则为在保温层的外表面上涂抹水泥沙浆，厚度为25―30mm。此种做法一般用于钢丝网架聚苯板保温层上(也可用于岩棉保温层上)，其加强网为孔50mmX50mm，用ф2钢丝焊接的网片，并通过交叉斜插入聚苯板内的钢丝固定。
&&& 为便于在抹灰层表面上进行装修施工，加强相互之间的粘结，有时还要在抹灰面上喷涂界面剂，形成极薄的涂层，上面再做装修层。外表面喷涂耐候性、防水性和弹性良好的涂料，也能对面层和保温层起到保护作用。
&&& 国外很多低层或多层建筑，用砖或混凝土砌块作外墙外侧面层，用石膏板作内侧面层，中间夹以高效保温材料。
三、外墙外保温板
&&& 1．纤维增强聚苯外保温饰面体系
外墙外保温饰面体系在第二次世界大战后最先由德国开发成功，以后为欧洲各国广泛使用，在节能及改善居住条件上起到了很大的作用，因而在国际上得到公认。1960年代末美国专威特(Dryvit)公司由欧洲引进该技术后，进一步加以完善发展，使之成为集保温、防水与装饰一体的所谓“专威特外墙绝热与装饰体”，在美国受到专利保护。这种体系是最具代表性的“纤维增强外保温饰面体系”。专威特体系除具有良好的保温节能效果，还能防裂，抗渗性好，并还可便于利用聚苯板做出各种凹凸装饰线角，饰以各色涂料，丰富建筑的造型和色彩。我国自1980年代开始研究开发类似的外墙保温饰面体系，并已在若干试点工程上采用。1990年代后期我国开始引进美国专威特公司的专利技术，形成数种各具特色的纤维增强聚苯外保温饰面体系。
专威特系统中聚苯板可以有以下三种固定方式：粘结固定方式、机械固定方式或两者结合。机械固定方式一般仅用于木结构建筑，或是旧有建筑的外墙有釉面砖而又无法将其清除的情况；在美国采用专威特系统的建筑中，绝大部分仅采用粘结方式固定聚苯板。
在我国以往的工程实践中，外墙外保温开裂的情况较多，其中一个重要的原因是聚苯板的使用不当。所采用的聚苯板的容重不合理，生产后的养护天数不够等原因，都会引起系统的开裂。因此严格控制聚苯板的技术性能，是保证系统质量的重要条件。
在聚苯板外附着专用抹面胶浆，玻璃纤维网格及专用罩面涂料组成。这些材料有多种品种，可用于不同的外墙基层墙体，取得不同的外墙颜色和纹理。
2．BT型外保温板
BT型外保温板是以普通水泥砂浆为基材，以镀锌钢丝网及钢筋为增强材，在制作过程中与聚苯板复合成为单面型预制保温板材。
这种外保温板采用以普通水泥砂浆为基材并以镀锌网和钢筋加强的小板块预制盒形刚性骨架结构(一般尺寸为600mmX600mmX65mm)内部填有保温材料。
由于BT型外保温板是小板块预制件，在生产制作过程中可得到充分养护，故从根本上避免了那种整体式围护层因大面积抹灰造成的易裂、渗问题。预制件重约lOkg，便于上墙安装，避免了大面积湿作业量大和施工难的弊病。经测试BT型外保温板导热系数小于0.12W/(m ? K)。
3．水泥聚苯外保温板
水泥聚苯外保温板是以废旧聚苯乙烯泡沫塑料板(以下简称聚苯板)破碎后的颗粒为骨料，以普通硅酸盐水泥为胶结料，外加预先制备的泡沫经搅拌后浇筑成型的。
水泥聚苯板外保温板常见规格：长90mm，宽60mm，厚60―80mm，容重为300土20kg／m3。导热系数小于0．09W／(m?K)。
在安装施工中，水泥聚苯板常用EC-6胶粘剂砂浆与外墙面粘结，粘结面积不小于板面的60％，首层不小于80％，胶粘剂砂浆厚度为10mm；墙面满贴好保温板之后，用EC-1胶泥为胶粘剂在保温板面满贴一层耐碱细格玻纤网布，网布表面干燥后便可作罩面层。
4．GRC外保温板
GRC的全名是“玻璃纤维增强低碱度水泥”，用这种材料作面层与高效保温材料预制复合而成的外墙外保温板，称为“GRC外保温板”。该种板有单面板与双面板之分，将保温材料置于GRC槽形板内的是单面板，而将保温材料夹在上下两层GRC板中间的是双面板。
GRC外保温板长为550―900mm；宽为450―600mm；其中聚苯板厚30―40mm，GRC面层厚10mm。用GRC外保温板与主墙体复合组成的外保温复合墙体构造有紧密结合型和空气隔离型两种。若以10mm厚GRC面层，30mm厚聚苯板层，20mm厚空气层，240mm厚砖墙，20mm厚内抹灰层计算，紧密结合型复合墙体的热阻R0为1.119m2?K／W，传热系数K0为0．783W／(m2?K)；有空气层的隔离型复合墙体热阻R0为1.279m2?K／W，传热系数为0.695W／(m2?K)。
5．ZL聚苯颗粒复合硅酸盐保温材料
这种外墙保温材料由保温绝热层和抗裂罩面层组成。保温绝热层是由复合硅酸盐胶粉料与聚苯颗粒轻骨料两部分分别包装组成。复合硅酸盐胶粉料采用预混合干拌技术，在工厂将复合硅酸盐胶凝材料与各种外加剂均混包装，将回收的废聚苯板粉碎均混按袋分装。
使用时将一包净重35kg的胶粉与水按1：1的比例在砂浆搅拌机中搅成胶浆，之后将200L(约2.5kg)一袋的聚苯颗粒加入搅拌机中，3分钟后可形成塑性很好的膏状浆料。将该浆料喷抹于墙体上，干燥后可形成保温性能优良的保温层。
抗裂罩面层是水泥抗裂砂浆复合玻纤网布而成。这种弹性的水泥砂浆有很好的弯曲变形能力，弹性水泥砂浆复合耐碱玻纤网布能够承受基层产生的变形应力，增强了罩面层的抗裂能力。
ZL聚苯颗粒复合硅酸盐保温材料与其他保温材料比较有以下优点：
(1)容重小，导热系数较低，保温性能好。此材料的容重为230kg／m3，导热系数为0.051―0.059W／(m?K)。
(2)软化系数高，耐水性能好。此材料软化系数在0.7以上，相当于实心黏土砖的软化系数，符合耐水保温材料的要求。
(3)静剪切力强，触变性好。
(4)材质稳定，厚度易控制，整体性好。
(5)干缩率低，干燥快。
6．挤塑聚苯乙烯板保温隔热材料(XPS)
挤塑聚苯乙烯泡沫保温隔热板是一种先进的硬质板材，它不仅具备极低的导热系数，轻质高强等优点，更具有优越的抗湿性能。XPS所特有的微细闭孔蜂窝状结构，使其能够不吸收水分，实验显示，在长期高湿环境中XPS板材两年后仍能保持80％以上的热阻。在历经浸水、冰冻及解冻过程后，XPS板仍能保持其结构的完整，保持很高的比强度，其抗压强度仍在规格强度以上。
这种保温板材常见厚度为25、40、50、75mm，长度为2450mm，宽度为600mm，导热系数为0．03W／(m?K)。
四、几种国外广泛应用的外墙外保温体系
1．墙／钢框架墙体系
这种体系以钢结构为主体，装饰砖为外墙，玻璃棉毡和挤塑泡沫板为保温隔热层。其特点是：
(1)钢框架具有可靠性和耐燃性，并不受白蚁的侵蚀。
(2)钢框架提供了保温用的玻璃棉毡间隙，安装简便。
(3)用挤塑泡沫板外保温可消除各热桥部位传热，从而大大提高墙体保温性能。
(4)墙体和保温板之间的空隙提高墙体抗湿性能使内墙保持干燥。
(5)外墙装饰砖美观耐用。
常规构造为25mm挤塑泡沫板，25mm空气间层，115mm外墙装饰砖，这样的墙体总平均热阻为2．604m2?K／W，传热系数为0．384W／m2?K，保温效果是一般370mm厚的黏土砖墙的4―5倍。
2．保温中空墙体系
这是一种以混凝土砌块体为结构主体、装饰砖作外墙，挤塑泡沫板作保温材料的外墙保温体系。其优点是体系中各种材料都能最大限度地发挥其优势。内侧与挤塑泡沫板之间所预留的25―50mm空气层将外界的湿气隔绝1在主体结构之外，从而有效地保持了墙体的干燥
常规构造为190厚空心砌块，25mm空气隔层，115mm厚外墙装饰砖，挤塑泡沫板厚为25、40、50mm三种规格，其墙体总平均热阻分别为1．63、2.16、2.15m2?K／W。
3．木框架轻质墙体
通常木结构墙体由内装饰板(大多用石膏板)，隔气层，木框架，外用胶合板和外装饰墙组成。这种墙体的保温防湿性能不足，如果能在木框架之间填充玻璃棉毡，则可明显提高墙体保温效果。木框架和横梁部位传热量较大，为消除这一热桥，将挤塑泡沫板(XPS)取代原体系中的外用胶合板，则可使木结构的保温的保温效果再增加30％。
常规构造为50mm厚玻璃棉，50mmXl00mm木框架，25mm厚挤塑泡沫板，12mm厚胶合板，塑料挂板，其墙体总平均热阻为2.764m2?K／W，传热系数为0.362W／m2?K。
经济技术分析表明，使用挤塑泡沫板和玻璃棉只需增加墙体材料费用的7％―14％，却能使墙体保温效果增加近40％。
4．保温混凝土夹心墙体系
保温夹心墙是由4个部分组成：混凝土结构内墙，挤塑泡沫板保温板(XPS)，混凝土外装饰墙体和连接内、外墙的低导热性的连接件。这种体系的优点是墙体的保温隔热性能有很大提高，同时具有耐久、防火性能好、施工方便等优点。
常规构造为100mm钢筋混凝土内墙体，中间50mm(75mm)挤塑泡沫板(XPS)，75mm钢筋混凝土外保温墙体。其墙体总平均热阻为2．00m2?K／W(2.88m2?K／W)。墙体传热系数为0.50W／(m2／K)[0．347W／(m2?K)]。
第三节& 外墙内保温技术
一．内保温墙体
内保温外墙由主体结构与保温结构两部分组成，主体结构一般为砖砌体、混凝土墙等承重墙体，也可能是非承重的空心砌块或是加气混凝土墙体。保温结构是由保温板和空气层组成，空气层的作用一是防止保温材料变潮；二是提高外墙的保温能力。对于复合材料保温板来说，则由保温层和面层，而单一材料保温板则兼有保温和面层的功能。
外墙内保温施工上大多为干作业，这样保温材料就避免了施工水分的入侵而变潮。但是在采暖房间，外墙的内外两侧存在着温度差，便形成了内外两侧水蒸气的分压力差，水蒸气逐渐由室内通过外墙向室外扩散。由于主体结构墙的蒸汽渗透性能远低于保温结构，因此，为了保证保温层在采暖期内不变潮，必须采取有效的措施加以解决。在内保温复合墙体中没有采用在保温层靠近室内一侧加隔气层的办法，而是在保温层与主体结构之间加设一个空气间层，来解决保温材料侵潮问题。其优点是防潮可靠，并且这种构造还可避免传统的隔气层在春、夏、秋三季难以将内部湿气排向室内的问题。同时空气层还可增加一定的热阻，且造价相对较低。
内保温复合外墙构造上不可避免地形成一些保温薄弱节点，这些地方必须加强保温措施。常见的部位有：
1．内外墙交接处：此处不可避免地会形成热桥，故必须采取有效措施保证此处不结露。处理的办法是保证有足够的热桥长度，并在热桥两侧加强保温。
2．外墙转角部位：转角部位内表面温度较其他部位内墙表面温度低很多，必须要加强保温处理。
3．保温结构中龙骨部位：龙骨一般设置在板缝处，以石膏板为面层的现场拼装保温板必须采用聚苯板石膏板复合保温龙骨，以降低该部位的传热。
4．踢脚部位：踢脚部位的热工特点与内外墙交接部位相似，此部位应设置防水保温踢脚板。
二、外墙内保温板
1．GRC内保温板
这种内保温板全称为玻璃纤维增强水泥聚苯复合保温板(以下简称“GRC”内保温板)。
它是一种以GRC为面层，以聚苯乙烯泡沫塑料(通常称“聚苯板”)板为芯层的夹心式复合保温板。
GRC外墙内保温板重量轻，防水，防火性能好，具有较高的抗折与抗冲击性和很好的热工性能。目前北京地区常见GRC内保温板尺寸，板长mm，板宽为595mm，板厚50mm和60mm两种，前者用于240mm厚实心黏土砖外墙复合，后者用于200mm厚的混凝土外墙复合，两者皆能达到节能50％的要求。
2．玻纤增强石膏外墙内保温板
玻纤增强石膏外墙内保温板，又称增强石膏聚苯复合板。是一种以玻纤增强石膏为面层，聚苯乙烯泡沫塑料板为芯层的夹心式保温板材。该板适用于黏土砖外墙或钢筋混凝土外墙的内侧。因其防水性能较差，不能在厨房，卫生间等处使用。但其生产周期短，且收缩小，石膏内保温板安装后墙体不易开裂。
板长为mm，板宽为595mm，板厚有50mm和60mm两种，分别适用于240mm厚的黏土砖墙和200mm厚的混凝土墙。
3．P-GRC外墙内保温板
P-GRC外墙内保温板的全称是“玻璃纤维增强聚合物水泥聚苯乙烯复合外墙内保温板”。该板由聚合物乳液、水泥、砂子配制成的砂浆做面层，用耐碱玻纤网格布做增强材料，用自熄性聚苯乙烯泡沫塑料板做芯材，是一种夹心式内保温板材。
板长为900―1500mm，板宽为595mm，板厚有40mm和50mm两种。这种板材也可用于外保温作法墙体。
三、单一材料外墙
1．加气混凝土墙
2．空心砖外墙
3．混凝土空心砌块外墙
4．盲孔复合保温材料
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