節(jié)能工程中保溫材料的選擇

節(jié)能工程中保溫材料的選擇

近年來(lái)，隨著我國(guó)節(jié)能工作的深入，節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能政策的不斷變化和調(diào)整，建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)和建筑保溫技術(shù)的發(fā)展也越來(lái)越重要。但不論是節(jié)能設(shè)計(jì)還是保溫施工技術(shù)的發(fā)展,都與節(jié)能材料的革新密不可分。建筑節(jié)能必須以發(fā)展新型節(jié)能材料為前提,必須有足夠的符合國(guó)家政策的保溫絕熱材料做基礎(chǔ)。對(duì)于各類建筑物而言,安全問(wèn)題始終是列于首位的,而在外保溫材料的使用中一直存在一個(gè)難題:保溫效果越好的材料,防火性能往往越差。隨著節(jié)能政策的不斷調(diào)整,在選材用材無(wú)明確指導(dǎo)性文件的情況下,工程中如何選擇性價(jià)比良好、最適合自己項(xiàng)目的保溫材料,是一個(gè)需要迫切解決的問(wèn)題。筆者結(jié)合近幾年來(lái)的實(shí)際節(jié)能設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn),就國(guó)家節(jié)能消防政策的相關(guān)調(diào)整,對(duì)現(xiàn)階段符合節(jié)能政策的幾種A級(jí)保溫材料的特點(diǎn)和選用進(jìn)行分析和闡述。1復(fù)合非織造材料的研發(fā)2009年之前的節(jié)能保溫市場(chǎng),比如擠塑板、膨脹聚苯板、發(fā)泡聚氨酯等有機(jī)保溫材料因其保溫效果良好、吸水率低、施工方便且相對(duì)價(jià)格低廉等特點(diǎn)占據(jù)市場(chǎng)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。不過(guò)2009年中央電視臺(tái)新址北配樓外保溫使用的擠塑板因其可燃性,火勢(shì)迅速蔓延釀成火災(zāi)而造成極大損失,此火災(zāi)暴露出的防火漏洞也表明我國(guó)建筑節(jié)能保溫材料在選用上存在誤區(qū),故而公安部與住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2009年9月25日印發(fā)關(guān)于《民用建筑外保溫系統(tǒng)及外墻裝飾防火暫行規(guī)定》(公通字46號(hào)文)的通知,該通知的出臺(tái)改變了外墻保溫市場(chǎng)中有機(jī)保溫材料占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的局面。以24m≤建筑高度<60m的高層住宅為例,其保溫材料的燃燒性能不應(yīng)低于B2級(jí),當(dāng)采用B2級(jí)保溫材料時(shí),每?jī)蓪討?yīng)沿樓板位置設(shè)置寬度≥300mm的A級(jí)不燃水平防火隔離帶。若以24m≤建筑高度<50m的高層公共建筑為例,其保溫材料的燃燒性能應(yīng)為A級(jí)或B1級(jí),其中,當(dāng)采用B1級(jí)保溫材料時(shí),每?jī)蓪討?yīng)沿樓板位置設(shè)置寬度≥300mm的A級(jí)不燃水平防火隔離帶。2010年11月15日上海靜安區(qū)教師公寓大火事故以及沈陽(yáng)等地的幾場(chǎng)火災(zāi)后,保溫材料的防火性能引起業(yè)內(nèi)各界的高度重視。然而,很多保溫材料起火都是在施工過(guò)程中產(chǎn)生的,如電焊、明火及不良的施工習(xí)慣。這些材料在燃燒過(guò)程中不斷產(chǎn)生的熔滴物及釋放的大量有毒氣體對(duì)環(huán)境的危害也不可忽視。公安部消防局于2011年3月14日下發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步明確民用建筑外保溫材料消防監(jiān)督管理有關(guān)要求的通知》(公消65號(hào)文),該文件規(guī)定,自2011年3月15日起,民用建筑外保溫材料消防監(jiān)管一律從嚴(yán),其中一條是:“在新標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布前,從嚴(yán)執(zhí)行46號(hào)文第二條規(guī)定:民用建筑外保溫材料采用燃燒性能為A級(jí)的材料”。該通知也被稱為史上最嚴(yán)消防令,意味著中國(guó)保溫材料行業(yè)的全面洗牌,徹底改變了建筑保溫市場(chǎng),也對(duì)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)提出了更高要求:在建工程如果選用了易燃、可燃保溫材料的應(yīng)予以拆除,節(jié)能審查通過(guò)但尚未施工的工程應(yīng)重新選用A級(jí)保溫材料進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì),并重新審查備案。65號(hào)文的出臺(tái)使得2009—2011年間設(shè)計(jì)的尚未節(jié)能竣工驗(yàn)收的大量住宅建筑和公共建筑設(shè)計(jì)項(xiàng)目不得不重新進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)。然而,在修改節(jié)能設(shè)計(jì)的過(guò)程中,卻面臨著諸多尷尬和矛盾:(1)A級(jí)保溫材料可選擇性不多;(2)要兼顧業(yè)主提出的對(duì)造價(jià)控制要求。2保溫板、水泥板、stp超壓板的選擇從現(xiàn)階段保溫市場(chǎng)來(lái)看,A級(jí)保溫材料屈指可數(shù)。常用的只有巖棉板、泡沫玻璃保溫板、無(wú)機(jī)保溫砂漿、發(fā)泡水泥板、STP超薄絕熱保溫板等。如何正確認(rèn)識(shí)與選擇這些保溫材料,實(shí)現(xiàn)建筑保溫防火的同時(shí),也同樣關(guān)注其保溫性能優(yōu)劣、防水、強(qiáng)度、吸水率等其他重要指標(biāo),然后根據(jù)材料適用性并結(jié)合綜合造價(jià),最終做出較適合于自身具體項(xiàng)目的合理選擇。下面將逐一對(duì)這5種A級(jí)保溫材料的優(yōu)缺點(diǎn)做簡(jiǎn)要分析。2.1外墻外墻保溫施工巖棉優(yōu)點(diǎn)包括導(dǎo)熱系數(shù)低、透氣性好、燃燒性能級(jí)別高等,其導(dǎo)熱系數(shù)為0.4W/(m·K)。其缺點(diǎn)為固定安裝困難、工人施工條件差、吸水率高等,且自重比較大,在高層建筑中不建議使用。由于巖棉比較松散,巖棉絲比較短,互相拉接力很小,大部分巖棉靠固定錨栓和外層鋼絲網(wǎng)來(lái)固定,并且由于巖棉吸水率高,如果外墻出現(xiàn)滲漏,通過(guò)凍融極有可能出現(xiàn)巖棉脫落和外墻涂料脫落,高層建筑如果出現(xiàn)這種問(wèn)題后果會(huì)很嚴(yán)重,所以建議高層建筑謹(jǐn)慎使用。巖棉板的適用范圍:巖棉類材料比較適合幕墻結(jié)構(gòu)的公共建筑外墻外保溫施工,因?yàn)槭幕蜾X板幕墻都是通過(guò)龍骨與墻體連接,巖棉類的A級(jí)外墻外保溫材料填充到墻體和石材或鋁板之間的空間。但普通住宅外墻一般底部2層貼面磚上部刷涂料,涂料或者外墻面磚會(huì)直接貼在抹了一定厚度抗裂砂漿的外保溫材料上,保溫材料要求具有一定的硬度,巖棉由于比較松軟,大面積粘貼時(shí)外表面容易出現(xiàn)凸凹不平,效果不理想。經(jīng)驗(yàn)證實(shí),巖棉板也不適用于屋面,巖棉板在強(qiáng)度和吸水性能上均不滿足倒置式屋面對(duì)保溫材料的相關(guān)要求,根據(jù)上海市《房屋建筑工程施工圖審查中常見(jiàn)問(wèn)題及處理意見(jiàn)》(2012年6月版),選用巖棉作為倒置式屋面的保溫材料,處理意見(jiàn)為“整改”。目前雖沒(méi)有相關(guān)規(guī)范明確禁止巖棉用于正置式屋面,但經(jīng)若干項(xiàng)目工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)證實(shí),巖棉也因其松軟性及很強(qiáng)的吸水性能在屋面工程中遭到淘汰。2.2泡沫玻璃的特性泡沫玻璃保溫板是以玻璃為原料,經(jīng)高溫發(fā)泡成型的多孔無(wú)機(jī)非金屬A級(jí)防火保溫材料,具有優(yōu)異的防火性、耐久性、憎水性、無(wú)毒環(huán)保和抗高壓性,并與各類膠結(jié)材料黏結(jié)性好,理論上可與建筑物同壽命等顯著優(yōu)點(diǎn),是民用建筑理想的外墻和屋頂絕熱材料。然而,現(xiàn)階段泡沫玻璃卻因其高昂的價(jià)格使其大規(guī)模推廣使用受到極大限制,同時(shí)因其具有無(wú)機(jī)保溫材料脆性的特征,導(dǎo)熱系數(shù)為0.052~0.062W/(m·K),相對(duì)于巖棉板偏高,膨脹變形應(yīng)力主要集中于板縫處,容易出現(xiàn)因應(yīng)力集中出現(xiàn)板縫開(kāi)裂現(xiàn)象,因此泡沫玻璃并不適合采用薄抹灰工藝在北方地區(qū)大面積使用。但泡沫玻璃卻因其極低的吸水率、相對(duì)較好的保溫性能以及良好的抗壓性能,成為目前為數(shù)不多的能用于倒置式屋面保溫系統(tǒng)的材料之一。倒置式屋面與傳統(tǒng)的正置式屋面相比,具有保溫隔熱性能佳、施工方便、防水層不易老化、不需設(shè)排氣孔、維修方便等諸多優(yōu)點(diǎn),受到業(yè)內(nèi)青睞。但2010年10月發(fā)布的《倒置式屋面工程技術(shù)規(guī)程》JGJ230—2010對(duì)能適用于倒置式屋面的保溫材料進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定,現(xiàn)階段符合條件的保溫材料更少,泡沫玻璃可作為備選材料之一。2.3無(wú)骨料干法砂漿無(wú)機(jī)保溫砂漿是一種可用于建筑物內(nèi)外墻粉刷的新型保溫節(jié)能砂漿材料,以無(wú)機(jī)類輕質(zhì)保溫顆粒作為輕骨料,加由膠凝材料、抗裂添加劑及其他填充料等組成的干粉砂漿。具有節(jié)能利廢、保溫隔熱、防火防凍、耐老化的優(yōu)異性能以及相對(duì)低廉的價(jià)格等特點(diǎn),在現(xiàn)階段有著廣泛的市場(chǎng)需求。2.3.1無(wú)機(jī)保溫砂漿材料保溫系統(tǒng)適用范圍1)無(wú)機(jī)保溫砂漿有極佳的溫度和化學(xué)穩(wěn)定性,耐酸堿、耐腐蝕、不開(kāi)裂,不存在老化問(wèn)題,理論上與建筑墻體同壽命。目前建筑物通常設(shè)計(jì)使用壽命為50~100年,而有機(jī)類保溫材料的使用壽命通常是20~25年,二次施工成本及環(huán)境污染大,而且會(huì)給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)很大不便。2)適用范圍廣,抹灰成型適用于異形墻面,可有效阻止冷熱橋產(chǎn)生,導(dǎo)熱系數(shù)在0.07~0.12W/(m·K)。無(wú)機(jī)保溫砂漿材料保溫系統(tǒng)適用于各種墻體基層材質(zhì)和形狀復(fù)雜墻體的保溫。全封閉、無(wú)接縫、無(wú)空腔,沒(méi)有冷熱橋產(chǎn)生,能有效防止室內(nèi)結(jié)露后產(chǎn)生的霉斑,并且既可用作外墻外保溫也可以用作外墻內(nèi)保溫,或者外墻內(nèi)外同時(shí)保溫,為節(jié)能體系的設(shè)計(jì)提供一定的靈活性。3)綠色環(huán)保無(wú)公害無(wú)機(jī)保溫砂漿材料保溫系統(tǒng)無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)放射性污染,對(duì)環(huán)境和人體無(wú)害,同時(shí)其大量推廣使用部分工業(yè)廢渣及低品級(jí)建筑材料,具有良好的環(huán)境保護(hù)效益。4)強(qiáng)度高無(wú)機(jī)保溫砂漿材料保溫系統(tǒng)與基層黏結(jié)強(qiáng)度高,不產(chǎn)生裂縫及空鼓,這一點(diǎn)與國(guó)內(nèi)其他保溫材料相比具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。5)防火阻燃安全性好,可廣泛用于各類居住建筑和公共建筑的外墻保溫。2.3.2鋼筋混凝土剪力墻無(wú)機(jī)保溫砂漿有一定吸水性,體積吸水率≤20%;厚度不易控制,受施工影響大;導(dǎo)熱系數(shù)比有機(jī)類材料略高,為0.07~0.12W/(m·K),特別是《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》DGJ08—205—2011于2011年11月出臺(tái)后,其2.0.11條規(guī)定:外墻平均傳熱系數(shù)對(duì)于鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)按單一鋼筋混凝土材料取值。根據(jù)多個(gè)項(xiàng)目節(jié)能計(jì)算結(jié)果表明:剪力墻結(jié)構(gòu)的居住建筑若要滿足規(guī)范規(guī)定的外墻平均傳熱系數(shù)≤1.2W/(m2·K),必須采取內(nèi)外組合保溫的形式才能通過(guò)計(jì)算,外保溫采用40mm厚(見(jiàn)圖1),內(nèi)保溫根據(jù)各建筑單體體形系數(shù)的不同采用15~30mm厚,內(nèi)保溫較厚時(shí)勢(shì)必會(huì)減少住戶使用面積。2.3.3無(wú)機(jī)保溫砂漿用量適用于外墻外保溫、外墻內(nèi)保溫、外墻內(nèi)外組合保溫以及樓地面保溫。倒置式屋面要求體積吸水率≤3%,故無(wú)機(jī)保溫砂漿不能用于倒置式屋面,根據(jù)上海市《房屋建筑工程施工圖審查中常見(jiàn)問(wèn)題及處理意見(jiàn)》(2012年6月版),無(wú)機(jī)保溫砂漿也不可用于正置式屋面。2.4高孔隙率紙質(zhì)抗菌材料的利用發(fā)泡水泥板是采用普通硅酸鹽水泥、粉煤灰等為主要膠凝材料,以纖維、外加劑等摻和料加水?dāng)嚢韬?經(jīng)發(fā)泡、養(yǎng)護(hù)、切割而成的一種高孔隙率輕質(zhì)保溫材料。2.4.1膠凝材料的性能1)導(dǎo)熱系數(shù)為0.06~0.08W/(m·K),相對(duì)于無(wú)機(jī)保溫砂漿稍低,保溫效果稍好。2)發(fā)泡水泥為無(wú)機(jī)材料,具有良好的防火性能,為A級(jí)不燃材料。3)具有良好的抗壓強(qiáng)度及抗老化性,抗壓強(qiáng)度≥0.40MPa。4)結(jié)合性好主要膠凝材料為水泥,系統(tǒng)材料具有良好的相容性,與墻體黏結(jié)力強(qiáng),用于樓地面保溫時(shí),與上下層的結(jié)合非常好,不會(huì)形成地面空鼓和塌陷,強(qiáng)度高。5)環(huán)保性能好發(fā)泡水泥板以水泥和粉煤灰為原材料,所有的添加劑為植物蛋白纖維和動(dòng)物性蛋白質(zhì),高溫下不會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體,無(wú)放射性物質(zhì),為安全環(huán)保產(chǎn)品。同時(shí),作為利廢產(chǎn)品符合國(guó)家節(jié)能減排產(chǎn)業(yè)政策。6)壽命周期長(zhǎng)理論上與建筑物使用壽命同期,專用砂漿直接黏結(jié),易于操作,同步施工(見(jiàn)圖2),大大縮短施工周期,節(jié)約人力物力。2.4.2木材的特性特性1)有一定吸水性,體積吸水率≤10%。2)導(dǎo)熱系數(shù)比有機(jī)類材料略高,其導(dǎo)熱系數(shù)為0.06W/(m·K)。3)韌性低、脆性大,自身抗沖擊強(qiáng)度不大,板材邊角容易破損,使得損耗大,成本增加;尺寸規(guī)格較小,大多為300mm×300mm。4)發(fā)泡水泥也是混凝土的一種,控制水灰比是一個(gè)重要的控制指標(biāo),若配合比不當(dāng),將直接導(dǎo)致發(fā)泡水泥的導(dǎo)熱系數(shù)、密度及抗壓強(qiáng)度等重要物理性能指標(biāo)很難達(dá)到要求,從而也就較難保證有效的保溫隔熱作用。2.4.3置式屋面正置式屋面因其較高的吸水率,同樣不能用于倒置式屋面,不過(guò)可以較好地適用于正置式屋面。也可用于外墻外保溫,但因其脆性易破損,外墻慎重使用。2.5stp超級(jí)真空冷熱保溫板STP超薄真空絕熱保溫板是一種新型外墻保溫板,由無(wú)機(jī)纖維芯材與高強(qiáng)度復(fù)合阻氣膜通過(guò)抽真空封裝技術(shù)復(fù)合制成的一種超薄型保溫板材。2.5.1外墻節(jié)能效果1)良好的防火性采用無(wú)機(jī)材料制成,燃燒性能A1級(jí),屬不燃材料。2)高效節(jié)能超強(qiáng)的隔熱保溫性能,導(dǎo)熱系數(shù)0.008W/(m·K),節(jié)能效果突出。3)單位質(zhì)量輕保溫效果是其他保溫材料的3~8倍,在上海地區(qū),以18層高層住宅為例,外墻7mm厚度就能達(dá)到65%的節(jié)能要求,7mm厚板材質(zhì)量只有3.5kg/m2。4)低碳環(huán)保采用無(wú)機(jī)、無(wú)毒芯材,低能耗零排放加工工藝,不產(chǎn)生廢氣、廢水,屬環(huán)保低碳型保溫材料。5)施工便捷、輕質(zhì),運(yùn)輸、搬運(yùn)方便,施工工藝簡(jiǎn)單,粘貼效率高。2.5.2混凝土施工類,應(yīng)注意施工點(diǎn)1)為真空包裝,無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)裁切,一旦裁切,真空腔就漏氣,完全失去保溫效果。2)STP板嚴(yán)禁切割彎曲、嚴(yán)禁重物敲擊,嚴(yán)禁刺穿,一旦有破損,就要及時(shí)替換,施工損耗大,成本增加。3)因其真空的特點(diǎn),對(duì)基層的平整度要求相當(dāng)高,要嚴(yán)格對(duì)混凝土及砌塊基層墻體進(jìn)行抹灰找平處理,找平層厚度宜為20mm且不應(yīng)小于12mm。但板材本身的平整度、垂直度都不高,施工中易被破壞。4)STP板板縫之間、門(mén)窗洞口四周均需要采用無(wú)機(jī)保溫砂漿填縫,故STP參與節(jié)能計(jì)算的導(dǎo)熱系數(shù)受保溫砂漿、板縫構(gòu)造等因素的影響,綜合修正系數(shù)也較其他保溫材料偏高,一般取值1.4(見(jiàn)圖3)。2.5.3環(huán)保而適用于一般屋面的材料STP板可適用于各類居住建筑和公共建筑的外墻外保溫,也是極少數(shù)適用于倒置式屋面的保溫材料。STP板因其極低的導(dǎo)熱系數(shù),優(yōu)異的絕熱性能,同時(shí)具有超薄、質(zhì)輕、防火不燃、綠色環(huán)保的特點(diǎn),會(huì)有越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。2.6工程實(shí)例介紹結(jié)合近幾年的幾個(gè)節(jié)能計(jì)算工程實(shí)例,說(shuō)明不同項(xiàng)目的保溫材料選擇。2.6.1屋面保溫方案1)羅店大型居住社區(qū)一期項(xiàng)目,施工圖設(shè)計(jì)日期為2010年10月,剪力墻結(jié)構(gòu),共18層;崇明配套商品房八期、十期、十三期,施工圖設(shè)計(jì)日期為2010年10月,剪力墻結(jié)構(gòu),共11層。這2個(gè)項(xiàng)目屋面保溫形式為擠塑聚苯板,后改為巖棉板,最終改為發(fā)泡水泥