節能工程中保溫材料的選擇

近年來，隨著我國節能工作的深入，節能標準和節能政策的不斷變化和調整，建筑節能的設計和建筑保溫技術的發展也越來越重要。但不論是節能設計還是保溫施工技術的發展,都與節能材料的革新密不可分。建筑節能必須以發展新型節能材料為前提,必須有足夠的符合國家政策的保溫絕熱材料做基礎。對于各類建筑物而言,安全問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難題:保溫效果越好的材料,防火性能往往越差。隨著節能政策的不斷調整,在選材用材無明確指導性文件的情況下,工程中如何選擇性價比良好、最適合自己項目的保溫材料,是一個需要迫切解決的問題。筆者結合近幾年來的實際節能設計工作經驗,就國家節能消防政策的相關調整,對現階段符合節能政策的幾種A級保溫材料的特點和選用進行分析和闡述。1復合非織造材料的研發2009年之前的節能保溫市場,比如擠塑板、膨脹聚苯板、發泡聚氨酯等有機保溫材料因其保溫效果良好、吸水率低、施工方便且相對價格低廉等特點占據市場絕對優勢。不過2009年中央電視臺新址北配樓外保溫使用的擠塑板因其可燃性,火勢迅速蔓延釀成火災而造成極大損失,此火災暴露出的防火漏洞也表明我國建筑節能保溫材料在選用上存在誤區,故而公安部與住房和城鄉建設部于2009年9月25日印發關于《民用建筑外保溫系統及外墻裝飾防火暫行規定》(公通字46號文)的通知,該通知的出臺改變了外墻保溫市場中有機保溫材料占據絕對優勢的局面。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低于B2級,當采用B2級保溫材料時,每兩層應沿樓板位置設置寬度≥300mm的A級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為A級或B1級,其中,當采用B1級保溫材料時,每兩層應沿樓板位置設置寬度≥300mm的A級不燃水平防火隔離帶。2010年11月15日上海靜安區教師公寓大火事故以及沈陽等地的幾場火災后,保溫材料的防火性能引起業內各界的高度重視。然而,很多保溫材料起火都是在施工過程中產生的,如電焊、明火及不良的施工習慣。這些材料在燃燒過程中不斷產生的熔滴物及釋放的大量有毒氣體對環境的危害也不可忽視。公安部消防局于2011年3月14日下發了《關于進一步明確民用建筑外保溫材料消防監督管理有關要求的通知》(公消65號文),該文件規定,自2011年3月15日起,民用建筑外保溫材料消防監管一律從嚴,其中一條是:“在新標準發布前,從嚴執行46號文第二條規定:民用建筑外保溫材料采用燃燒性能為A級的材料”。該通知也被稱為史上最嚴消防令,意味著中國保溫材料行業的全面洗牌,徹底改變了建筑保溫市場,也對建筑節能設計提出了更高要求:在建工程如果選用了易燃、可燃保溫材料的應予以拆除,節能審查通過但尚未施工的工程應重新選用A級保溫材料進行節能設計,并重新審查備案。65號文的出臺使得2009—2011年間設計的尚未節能竣工驗收的大量住宅建筑和公共建筑設計項目不得不重新進行節能設計。然而,在修改節能設計的過程中,卻面臨著諸多尷尬和矛盾:(1)A級保溫材料可選擇性不多;(2)要兼顧業主提出的對造價控制要求。2保溫板、水泥板、stp超壓板的選擇從現階段保溫市場來看,A級保溫材料屈指可數。常用的只有巖棉板、泡沫玻璃保溫板、無機保溫砂漿、發泡水泥板、STP超薄絕熱保溫板等。如何正確認識與選擇這些保溫材料,實現建筑保溫防火的同時,也同樣關注其保溫性能優劣、防水、強度、吸水率等其他重要指標,然后根據材料適用性并結合綜合造價,最終做出較適合于自身具體項目的合理選擇。下面將逐一對這5種A級保溫材料的優缺點做簡要分析。2.1外墻外墻保溫施工巖棉優點包括導熱系數低、透氣性好、燃燒性能級別高等,其導熱系數為0.4W/(m·K)。其缺點為固定安裝困難、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來固定,并且由于巖棉吸水率高,如果外墻出現滲漏,通過凍融極有可能出現巖棉脫落和外墻涂料脫落,高層建筑如果出現這種問題后果會很嚴重,所以建議高層建筑謹慎使用。巖棉板的適用范圍:巖棉類材料比較適合幕墻結構的公共建筑外墻外保溫施工,因為石材或鋁板幕墻都是通過龍骨與墻體連接,巖棉類的A級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,大面積粘貼時外表面容易出現凸凹不平,效果不理想。經驗證實,巖棉板也不適用于屋面,巖棉板在強度和吸水性能上均不滿足倒置式屋面對保溫材料的相關要求,根據上海市《房屋建筑工程施工圖審查中常見問題及處理意見》(2012年6月版),選用巖棉作為倒置式屋面的保溫材料,處理意見為“整改”。目前雖沒有相關規范明確禁止巖棉用于正置式屋面,但經若干項目工程實際經驗證實,巖棉也因其松軟性及很強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,經高溫發泡成型的多孔無機非金屬A級防火保溫材料,具有優異的防火性、耐久性、憎水性、無毒環保和抗高壓性,并與各類膠結材料黏結性好,理論上可與建筑物同壽命等顯著優點,是民用建筑理想的外墻和屋頂絕熱材料。然而,現階段泡沫玻璃卻因其高昂的價格使其大規模推廣使用受到極大限制,同時因其具有無機保溫材料脆性的特征,導熱系數為0.052~0.062W/(m·K),相對于巖棉板偏高,膨脹變形應力主要集中于板縫處,容易出現因應力集中出現板縫開裂現象,因此泡沫玻璃并不適合采用薄抹灰工藝在北方地區大面積使用。但泡沫玻璃卻因其極低的吸水率、相對較好的保溫性能以及良好的抗壓性能,成為目前為數不多的能用于倒置式屋面保溫系統的材料之一。倒置式屋面與傳統的正置式屋面相比,具有保溫隔熱性能佳、施工方便、防水層不易老化、不需設排氣孔、維修方便等諸多優點,受到業內青睞。但2010年10月發布的《倒置式屋面工程技術規程》JGJ230—2010對能適用于倒置式屋面的保溫材料進行了嚴格規定,現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無骨料干法砂漿無機保溫砂漿是一種可用于建筑物內外墻粉刷的新型保溫節能砂漿材料,以無機類輕質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。具有節能利廢、保溫隔熱、防火防凍、耐老化的優異性能以及相對低廉的價格等特點,在現階段有著廣泛的市場需求。2.3.1無機保溫砂漿材料保溫系統適用范圍1)無機保溫砂漿有極佳的溫度和化學穩定性,耐酸堿、耐腐蝕、不開裂,不存在老化問題,理論上與建筑墻體同壽命。目前建筑物通常設計使用壽命為50~100年,而有機類保溫材料的使用壽命通常是20~25年,二次施工成本及環境污染大,而且會給人們的生產生活帶來很大不便。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生,導熱系數在0.07~0.12W/(m·K)。無機保溫砂漿材料保溫系統適用于各種墻體基層材質和形狀復雜墻體的保溫。全封閉、無接縫、無空腔,沒有冷熱橋產生,能有效防止室內結露后產生的霉斑,并且既可用作外墻外保溫也可以用作外墻內保溫,或者外墻內外同時保溫,為節能體系的設計提供一定的靈活性。3)綠色環保無公害無機保溫砂漿材料保溫系統無毒、無味、無放射性污染,對環境和人體無害,同時其大量推廣使用部分工業廢渣及低品級建筑材料,具有良好的環境保護效益。4)強度高無機保溫砂漿材料保溫系統與基層黏結強度高,不產生裂縫及空鼓,這一點與國內其他保溫材料相比具有一定的技術優勢。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機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;導熱系數比有機類材料略高,為0.07~0.12W/(m·K),特別是《居住建筑節能設計標準》DGJ08—205—2011于2011年11月出臺后,其2.0.11條規定:外墻平均傳熱系數對于鋼筋混凝土剪力墻結構按單一鋼筋混凝土材料取值。根據多個項目節能計算結果表明:剪力墻結構的居住建筑若要滿足規范規定的外墻平均傳熱系數≤1.2W/(m2·K),必須采取內外組合保溫的形式才能通過計算,外保溫采用40mm厚(見圖1),內保溫根據各建筑單體體形系數的不同采用15~30mm厚,內保溫較厚時勢必會減少住戶使用面積。2.3.3無機保溫砂漿用量適用于外墻外保溫、外墻內保溫、外墻內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%,故無機保溫砂漿不能用于倒置式屋面,根據上海市《房屋建筑工程施工圖審查中常見問題及處理意見》(2012年6月版),無機保溫砂漿也不可用于正置式屋面。2.4高孔隙率紙質抗菌材料的利用發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攪拌后,經發泡、養護、切割而成的一種高孔隙率輕質保溫材料。2.4.1膠凝材料的性能1)導熱系數為0.06~0.08W/(m·K),相對于無機保溫砂漿稍低,保溫效果稍好。2)發泡水泥為無機材料,具有良好的防火性能,為A級不燃材料。3)具有良好的抗壓強度及抗老化性,抗壓強度≥0.40MPa。4)結合性好主要膠凝材料為水泥,系統材料具有良好的相容性,與墻體黏結力強,用于樓地面保溫時,與上下層的結合非常好,不會形成地面空鼓和塌陷,強度高。5)環保性能好發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物性蛋白質,高溫下不會產生有毒有害氣體,無放射性物質,為安全環保產品。同時,作為利廢產品符合國家節能減排產業政策。6)壽命周期長理論上與建筑物使用壽命同期,專用砂漿直接黏結,易于操作,同步施工(見圖2),大大縮短施工周期,節約人力物力。2.4.2木材的特性特性1)有一定吸水性,體積吸水率≤10%。2)導熱系數比有機類材料略高,其導熱系數為0.06W/(m·K)。3)韌性低、脆性大,自身抗沖擊強度不大,板材邊角容易破損,使得損耗大,成本增加;尺寸規格較小,大多為300mm×300mm。4)發泡水泥也是混凝土的一種,控制水灰比是一個重要的控制指標,若配合比不當,將直接導致發泡水泥的導熱系數、密度及抗壓強度等重要物理性能指標很難達到要求,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,由無機纖維芯材與高強度復合阻氣膜通過抽真空封裝技術復合制成的一種超薄型保溫板材。2.5.1外墻節能效果1)良好的防火性采用無機材料制成,燃燒性能A1級,屬不燃材料。2)高效節能超強的隔熱保溫性能,導熱系數0.008W/(m·K),節能效果突出。3)單位質量輕保溫效果是其他保溫材料的3~8倍,在上海地區,以18層高層住宅為例,外墻7mm厚度就能達到65%的節能要求,7mm厚板材質量只有3.5kg/m2。4)低碳環保采用無機、無毒芯材,低能耗零排放加工工藝,不產生廢氣、廢水,屬環保低碳型保溫材料。5)施工便捷、輕質,運輸、搬運方便,施工工藝簡單,粘貼效率高。2.5.2混凝土施工類,應注意施工點1)為真空包裝,無法現場裁切,一旦裁切,真空腔就漏氣,完全失去保溫效果。2)STP板嚴禁切割彎曲、嚴禁重物敲擊,嚴禁刺穿,一旦有破損,就要及時替換,施工損耗大,成本增加。3)因其真空的特點,對基層的平整度要求相當高,要嚴格對混凝土及砌塊基層墻體進行抹灰找平處理,找平層厚度宜為20mm且不應小于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、門窗洞口四周均需要采用無機保溫砂漿填縫,故STP參與節能計算的導熱系數受保溫砂漿、板縫構造等因素的影響,綜合修正系數也較其他保溫材料偏高,一般取值1.4(見圖3)。2.5.3環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,也是極少數適用于倒置式屋面的保溫材料。STP板因其極低的導熱系數,優異的絕熱性能,同時具有超薄、質輕、防火不燃、綠色環保的特點,會有越來越廣泛的應用。2.6工程實例介紹結合近幾年的幾個節能計算工程實例,說明不同項目的保溫材料選擇。2.6.1屋面保溫方案1)羅店大型居住社區一期項目,施工圖設計日期為2010年10月,剪力墻結構,共18層;崇明配套商品房八期、十期、十三期,施工圖設計日期為2010年10月,剪力墻結構,共11層。這2個項目屋面保溫形式為擠塑聚苯板,后改為巖棉板,最終改為發泡水泥