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建筑节能与墙体材料

点击次数:更新时间:2012-05-10 09:05:55【打印】【关闭】

贵州省建材科研设计院      梁嘉琪

济南金牛砖瓦机械有限公司  鲁 伟

 

         据公共媒体及有关部门报道,很多国家建筑耗能(不包括建筑拆除耗能部分)已占全社会总能源消耗的40%,它已经严重制约社会经济的健康发展,建筑节能刻不容缓。我国建筑的能耗仅使用耗能部分就比发达国家高3倍,由此看出,我国建筑节能有很大空间和潜力。

         建筑耗能主要有三个方面:建筑能耗/使用能耗/建筑使用寿命后期拆除及处理能耗,其中建筑能耗是指从建材生产厂运输到工地能耗,施工过程中耗能;使用耗能的因素有建筑所处环境,建筑体形,建筑维护结构的保温,隔热性能,采暖、空调制冷、照明设备的热效率,太阳能、地热能利用;建筑使用寿命后期拆除及处理耗能则是体现在建造和拆除耗能上,占整个寿命期内能耗的20%。

        建筑节能是个世界性问题,建筑是个完整的系统,建筑节能有别于工业、交通运输等领域的节能,它量大、面广、产业链长、情况复杂,实施建筑节能要从整个系统加以考虑和研究。首先要选用资源消耗少、制造耗能低的建筑材料;保温隔热性能好的建筑围护结构材料,热效率高的采暖、制冷及照明设备;尽可能利用太阳能及地热。

         建筑节能要根据各地气候特点,资源条件,因地制宜,就地取材地生产节能、保温的建筑材料和制订、实施与各地情况相适应的建筑节能方案。

         建筑节能与墙体材料应用上围护结构(如外墙、屋面、门窗、地下室等)是建筑的重要组成部分,其中墙体占整个建筑的70%,外墙在围护结构中占相当比重。

         围护结构所用材料的制造、运输能耗及施工中能耗直接影响着建筑物的建造能耗;这些材料的保温隔热性能及结构密封性能又决定着建筑使用能耗,因此,所用材料,尤其是外墙材料选择是否恰当科学,组合是否合理直接关系到建筑节能的实际效果及房屋造价。

         提高外围护墙保温,隔热性能的技术及方案,主要体现保温能最大限度地减少热能通过建筑外围护结构由室内向室外流失,或从室外向室内传递是降低建筑使用能耗实施建筑节能的重要措施,外墙对节能至关重要。

         一个面积为100m2的房屋,当室外温度为-5℃,室内温度为20℃时,墙体不同传热系数时的热耗:               表1

外墙传热系数K

(w/m2·k)

能耗(w)

3.0

1.0

0.3

7500

2500

750

           自我国于二十世纪八十年代提出,并组织实施建筑节能工作以来,建筑业界,工程技术界围绕建筑节能开展了大量研究试验和工程实践,围护外墙是其重点之一。

          外围护墙节能体系主要有二种。一、单一材料保温墙体;二、复合保温墙体。

          二十世纪八、九十年代,我国实施建筑节能的城市不多,范围不大,在技术与措施上,以外墙内复合保温做法为主。

         但在节能专家大力宣传,提倡及力推下,近十年来,外墙外复合保温做法得到推崇,在全国范围内组织大力推广,并成为当今社会建筑节能的技术主流。外墙内复合保温做法,在全国范围内基本被否定,夹芯复合保温做法没有得到应用的应用,仅在混凝土空心砌块建筑中有所使用。而单一材料保温墙体做法,尚未得到节能专家及相关行政主管部门的重视、认可,更说不上推崇。

         我国四类气候带居住和公共建筑对外墙体保温性的要求

                                                  居住建筑外墙传热系数指标(wm2·/k)         表2       

   

地区及体形系数

居住建筑

体型系数

≤0.3

≥0.3

夏热冬冷地区

K≤1.5   D≥3.0    K≤1.0    D≥2.5

夏热冬暖地区

K≤2.0   D≥3.0    K≤1.5    D≥3.0

K≤1.0   D≥2.5    K≤0.7

严寒及寒冷地区

0.52-1.10

0.4-0.80

 注:1、摘自行标《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》JGJ26-95;行标《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134-2001;行标《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ75-2001。

         2、本标准为节能50%

                                              公共建筑外墙传热系数指标(wm2·/k)         表3

地区及体形系数

公共建筑

体形系数

0.3

≥0.3    ≤0.4

≥0.4

夏热冬冷地区

≤1.0

夏冬冬暖地区

≤1.5

寒冷地区

≤0.6

≤0.5

 

严寒地区B

≤0.5

≤0.45

 

严寒地区A

≤0.45

≤0.40

 

北京地区

乙类

≤0.6

≤0.50

≤0.45

甲类

≤0.8

注:摘自《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005表4.2.2-1表4.2.2-5,北京地标《公共建设节能设计标准》DBJ01-621-2005表3.2.1-2表3.2.2-2

                                                       居住建筑节能65%的设计标准(外墙部分)    表4

 

4层及以上建筑

0.6(外保温)

特殊情况下采用内保温主体部位传热系数≤0.3

3层及以下建筑

0.45(外保温)

不得采用内保温

摘自地标《居住节能设计标准》DBJ11-6002-2006中的5.2.2第3条及表5.2.2。

         单一材料保温墙体是采用导热系数低、保温、隔热性能好的材料建造的墙体,是能达到和满足建筑节能要求的保温和墙体合一的,不要与其他材料复合,能独立承担保温功能的外墙保温体系。墙体材料的种类,品种很多,能做保温墙体的单一材料不多。当今能作单一保温墙体的材料主要有蒸压加气混凝土砌块和板材,烧结薄壁多孔保温砌块。

         外墙外复合保温体系其特点:

——在楼层间的钢筋混凝土楼板处或框架的梁,柱处不会出现冷桥。可避免墙体因受潮产生结露或结霜。

——对于带装饰面的保温板外复合保温墙体而言,可实现工厂化生产,产品构件化、标准化、组合多样化,施工装配化,免除了现场湿作业。

——用加气混凝土做外复合保温墙体,材料来源广,施工简单易行。

         (2)存在问题

         1)发泡聚苯乙烯板外墙外复合保温做法存在的问题

         a 白色污染,难以解决

         聚苯乙烯是在自然界中不易降解的塑料,处理不当会造成环境污染。目前,还未找到有效的处理途径。为减少或防止塑料对环境的污染。国家颁布了“限塑令”,减少购物塑料袋的使用,在建筑到达寿命期拆除时,发泡聚苯乙烯怎样处理?

         b 外墙外复合保温体系的寿命

         住宅和城乡建设部科技发展促进中心在“中国建筑节能论坛”上提出,外墙外复合保温的使用寿命和建筑如何同步?按照设计规范的要求,住宅不低于50年,再大一些的不低于70年,重要公共建筑不低于100年。目前的发泡聚苯乙烯外墙外复合保温层的寿命按理论的计算也只有15-20年,况且在工程实践中寿命普遍在7-8年,甚至更短。国内节能专家一致认为,发泡聚苯乙烯外墙外复合保温系统的使用寿命可在25-30年。这是在严格按规程,规范要求施工情况下才能达到。按此要求,一平方米造价在80-120元之间,但目前市场上压价竞争,假冒伪劣、偷工减料现象普遍,造价低的仅40-60元/m2,不少建筑保温层在3-5年就开裂了,其寿命根本达不到25年。这一问题如果解决不好,将会在很大程度上制约中国建筑节能事业的发展。

        c 火灾隐患,危及安全

         发泡聚苯乙烯属易燃的有机化工材料,遇火迅速融熔、燃烧会放出窒熄性气体,致人呼吸困难而死亡。一旦发生火灾烟气从窗洞口喷出,极易点燃位于外墙表面的发泡聚苯乙烯保温层,导致外墙面着火,甚至外保温工程垮塌落地。增加消防困难。

        d 薄抹灰外保护层开裂

        尽管在薄抹灰外保护层中使用了二层耐碱玻璃纤维网格布,并在水泥砂浆中添加了具有弹性的可再分散胶粉,但因长年处在冬夏寒暑日晒雨淋环境反复作用下,薄涂层中的可再分散胶粉老化,极易失去弹性。不论南方、北方,夏季在阳光辐照下,墙表面温度达60-80℃,使外复合保温系统形成复杂的热压力,使保护层或面层易形成热胀和冷缩张力,导致开裂或局部脱落。一旦开裂水份进入,保温功能丧失,遇冬季结冰也会使保护层脱落。更何况偷工减料,假冒伪劣有些保护层二三年就开裂,其系统的寿命就可想而知。

        e 施工工序多,过程繁杂,要求高,施工管理水平低,施工中不可控因素较多,施工质量难以保证

        f 资源不丰,供需矛盾突出。

        发泡聚苯乙烯由苯乙烯聚合而成,苯乙烯又来自于乙烯,三吨石油生产一吨乙烯。我国乙烯生产能力有限,而用途广泛,用外墙外保温需求巨大,存在发泡聚苯乙烯供不应求问题。

        g 造价高,增加建筑节能成本

        使用发泡聚苯乙烯板实现节能50%时,造价在165-170元/m3之间,其中墙体造价只占总造价的28-32%,保温材料占15-17%,而薄抹灰保护层就占53-56.5%,保温材料和薄抹层加在一起,高达68-70%,即每平方米125元。发泡聚苯乙烯和可再分散胶乳都由石油加工而来,随着石油价格不断攀升,这两种材料价格还在不断上升,因此该保温系统的造价还会增加。

        h 翻修费用,谁来买单

        目前所做的发泡聚苯乙烯板外墙外复合保温系统的寿命多数达不到25年,不到25年就要拆除翻修,翻修的费用由谁负担?房地产商按要求验收交付使用,已没有责任,购房者已出钱购买,两者间再不会承担这笔费用,这笔费用由谁出,唯有政府。否则会造成社会不安定。

        1)发泡聚苯乙烯颗粒水泥保温砂浆或珍珠岩玻化微珠水泥保温砂浆外墙外复合保温体系存在的问题

        本系统除了比发泡聚苯乙烯板外复合系统造价更高,保护层易开裂,施工工序多,过程繁杂外,施工过程更不易控制,工程质量难以得到保证。尤其是在施工过程中操作人员常常不按规定要求配料,加上砂浆不易沾在墙上,抹灰难。从而减少涂沫厚度或次数,或为了能沾在墙上  作者施大力压抹,使上墙保温砂浆干密度达不到在试验室中水平,导热系数增高,墙的传热系数提高,达不到预期节能效果。

        烧结薄壁多孔砌块是粘土、页岩、煤矸砖等原料烧结而成,其孔洞率从45%到65%。最薄的壁厚为3毫米,密度低,抗压强度高可达15Mpa。节省资源和制造能源,导热系数、传热系数小,节省建筑使用能源。是欧洲近三十年来大力发展的烧结制品的新品种,是烧结砖发展史上的一场技术革命,成为欧洲用于建筑节能墙体的材料之一,在欧洲建筑节能中发挥了巨大作用。也是我国烧结制品发展方向。

       2)欧洲烧结薄壁多孔保温砌块欧洲烧结薄壁多孔保温砌块见图2

     

      

                                                                                 图2  欧洲烧结薄壁多孔保温砌块图

        3)烧结薄壁多孔保温砌块的热工性能

        烧结薄壁多孔保温砌块热工性能列于表8

 
 

                                                      欧洲烧结薄壁多孔保温砌块热工性能     表8

4)烧结薄壁多孔保温砌块建筑

烧结薄壁多孔保温砌块建筑示于图3

       

    

                                                                                     图3  烧结薄壁多孔保温砌块建筑

        烧结薄壁多孔保温砌块作为单一材料保温墙不仅能满足严寒地区建筑节能50%及寒冷夏热冬冷及夏热冬暖地区建筑节能65%,甚至更高的要求,而且原料来源广泛,可利用工业固体废弃物,无机不燃防火,生产能耗低,技术产品成熟、性能优越,可靠,施工简单易行,造价低。在经济上具有很强竞争力,能解决全国所有气候区围护外墙节能要求,使单一材料墙体实现外围护墙节能成为可能。

 

 


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