加气混凝土自保温与聚苯板外保温墙体保温隔热性能对比.pdf

新型建筑材料201030前言我国自 1997 年开始强制实行建筑节能，其中一个主要措施就是对外围护结构进行保温。目前普遍做法是在外维护结构中加入保温层，以此控制室内外热量的传递，达到建筑节能目的。目前国内比较流行的做法是采用贴砌聚苯板的外保温做法，这种做法的保温效果良好，能够达到各地区的保温要求。但是，该做法的耐火性差，失火后容易迅速引起墙体大面积着火，央视新楼北配楼的火灾，就是因为保温体系中的有机保温材料着火并迅速蔓延导致的。如何消除这一隐患是目前建筑保温行业关注的一个热点。研发既能达到保温要求又没有火灾安全隐患的外墙保温体系是建筑行业的共同目标。加气混凝土是以硅质材料（如砂、粉煤灰、铁尾矿等）和钙质材料（如水泥、石灰等）为基本原料，加适量引气剂和其它外加剂，经加水搅拌、发气膨胀、浇注成型、预养切割、高温蒸养等工序形成的一种轻质多孔材料1。加气混凝土作为一种新型墙体材料，经过近 40 年的发展已逐步为人们所认识，为社会所接受，并在各类建筑中得到应用，成为新型墙体材料的重加气混凝土自保温与聚苯板外保温墙体保温隔热性能对比高原，张君（清华大学 土木工程系 结构工程与振动教育部重点实验室，北京100084）摘要：以胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温墙体为参考分析对象，研究了加气混凝土自保温墙体的热工性能。计算结果表明，采用普通加气混凝土砌块并辅之以较薄保温砂浆的自保温墙体，能够达到以聚苯板为主要保温材料的外保温墙体的保温隔热效果，且不会增加墙体厚度。在工程费用方面，在相同保温隔热性能前提下，加气混凝土自保温墙体造价明显较低。使用加气混凝土砌块为基体的自保温墙体防火性能好，消除采用聚苯板保温墙体带来的防火安全隐患，同时加气混凝土保温墙体做法简单、施工简便。关键词：自保温墙体；隔热性能；加气混凝土；聚苯板中图分类号：TU111.19+1文献标识码：A文章编号：1001702X（2010）030048-05A comparative study on the self heat-insulation wall of aerated concrete blocks andthe external heat-insulation wall of polystyrene panelsGAO Yuan，ZHANG Jun（Department of Civil Engineering，Key Laboratory of Structural Engineering and Vibration ofChina Education Ministry，Tsinghua University，Beijing 100084，China）Abstract：Taking the external heat-insulation wall of polystyrene panel as the reference analysis object,the thermal properties ofthe self heat-insulation wall of aerated concrete blocks are studies.The results show that the same heat insulation results can be obtainedby using aerated concrete blocks and complementary with heat insulation mortar under the condition that the same wall thickness has.With the same thermal insulation property，the cost of the self heat-insulation wall based on aerated concrete block is obviously lower thanthe other one.Meanwhile，the aerated concrete blocks based self-insulation wall has a significant improvement on the anti-fire properties，which can eliminate the potential fire risk which may be caused by the external wall of polystyrene panels.In addition，the self heat-insulation wall based on aerated concrete blocks is more simple to construction.Key words：self heat-insulation wall；heat insulation property；aerated concrete；polystyrene panels基金项目：国家自然科学基金资助项目（50878119）收稿日期：2009-11-28作者简介：高原，男，1986 年生，贵州遵义人，博士研究生。全国中文核心期刊48NEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALS要品种之一。它具有材料来源广泛、材质稳定、质量轻、易加工、施工方便、造价低、保温、隔热、隔声、耐火性能好等优点，可广泛用于民用建筑的外墙围护、内墙隔断、平坡屋面等2，尤其是其优良的自保温、自隔热、自防火功能，在当今建筑节能领域将发挥更大的作用。本文从保温隔热角度，以胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温作法为基准（北京市节能达标墙体），设计达到相同保温性能的加气混凝土砌块保温墙体，进而来分析比较两者的差异，为节能墙体设计提供参考数据，扩大加气混凝土保温墙体的工程应用。1胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温体系1.1基本构造胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温做法采用 CAS 1262005 胶粉聚苯颗粒复合型外保温系统 中提出的“贴砌聚苯板 LBL 型”外墙外保温系统做法，该系统的基本构造如图 1所示。根据 GB 5017693 民用建筑热工设计规范，墙体各部分材料的热工参数见表 1。图 1胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温系统构造示意表 1胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板（EPS）外保温系统各层材料热工参数注：涂料的蓄热系数没有统一的规定，在进行热工性能计算时，略去涂料饰面层对墙体热工性能的影响。1.2热工性能计算保温墙体的保温隔热性能通常用传热系数或传热热阻来评价3。GB 5017693 给出了保温墙体的传热系数和热惰性指标的计算方法。（1）传热系数 K围护结构的传热热阻 R0可按式（1）计算：R0=Ri+nj=1jj+Re（1）式中：Ri内表面换热热阻，取 0.11 m2 K/W；Re外表面换热热阻，取 0.04 m2 K/W；j第 j 层材料的厚度，mm；j第 j 层材料的导热系数，W/（m K）。由此可得胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外墙的传热热阻 R0=2.13 m2 K/W，传热系数 K=0.469 W/（m2 K），满足北京市 65%节能设计要求。（2）热惰性指标 D根据 GB 5017693，围护结构的热惰性指标 D 可按式（2）计算：D=ni=1Di=ni=1RiSi（2）式中：Di第 i 层材料的热惰性值；Ri第 i 层材料的热阻，m2 K/W；Si第 i 层材料的蓄热系数，W/（m2 K）。由式（2）可知，胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外墙的热惰性指标 D=2.971。根据 JGJ 1342001 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准，外墙部分的传热系数、热惰性指标应满足以下要求：当传热系数 K1.5 时，热惰性指标 D3.0；当传热系数 K1.0时，热惰性指标 D2.5。对于胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外墙外保温墙体，其热工性能满足这一要求。下面以胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外墙外保温墙体为基本参照体系，研究加气混凝土自保温墙体的保温隔热性能。2蒸压加气混凝土自保温体系在推广使用加气混凝土保温体系的过程中，人们最关心的是该体系的保温节能效果。如果其保温节能效果不能达到要求，将会大大降低其使用范围。根据 GB 119682006 蒸压加气混凝土砌块 的规定，不同干密度等级加气混凝土砌块的性能指标见表 2。由表 2 可看出，加气混凝土砌块密度越低，强度越低，导热系数越小，保温隔热性能越好，B03 级加气混凝土砌块导热系数最小。但是 B03 级加气混凝土的抗压强度较低，特别是冻后强度最低为 0.8 MPa，因此，不适合作墙体保温材料。B04级以上可以用作单一墙体外保温材料2。基本构造材料名称厚度/mm密度/（kg/m3）比热/J/（kg K）蓄热系数/W/（m2 K）导热系数/W/（m K）基层墙体 混凝土190250092017.201.74粘结层界面砂浆2150010509.440.76保温浆料 1520010701.020.07保温层聚苯板6020010700.360.04找平层 保温浆料 1020010701.020.07防护层 抗裂砂浆51600105010.120.81饰面层涂料3110010500.50高原，等：加气混凝土自保温与聚苯板外保温墙体保温隔热性能对比49新型建筑材料20103表 2不同密度等级加气混凝土砌块的性能指标2.1基本构造及热工性能对于加气混凝土保温体系，选用 B04 级加气混凝土砌块，鉴于加气混凝土砌块墙体均需作表面抹灰，同时墙体厚度不比胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外墙外保温墙体厚度大，方能显现其自保温结构的竞争力，因此假设其保温构造如图 2 所示，保温砂浆的作用是使加气混凝土自保温墙体厚度与胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板保温墙体厚度相同，保温砂浆的厚度可依据加气混凝土墙基层厚度及总体保温隔热要求确定，各层材料的性能见表 3。图 2加气混凝土保温体系构造示意表 3加气混凝土保温体系各层材料物理参数假设 2 种保温墙体的保温隔热性能完全相同，则二者热阻相同。以胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温墙体为基准，计算相同厚度的 2 种保温体系在传热热阻相同时，加气混凝土砌块保温墙体各层材料的厚度。考虑灰缝的影响，在进行墙体热工参数计算时，加气混凝土的导热系数和蓄热系数均乘以1.25 的放大系数3。根据式（1）可得加气混凝土保温墙体的传热系数与材料层厚度的关系：Ri+nj=1jj+Re=2.13（3）参照表 1 中胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板（EPS）外保温墙体的做法，其墙体总厚度为 282 mm，假设 2 种保温体系的墙体厚度相同，则有：5+d1+d2+5=282（4）由式（3）、（4）可得 d1=21 mm，d2=251 mm，由此可确定与胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板保温墙体具有相同保温性能时加气混凝土墙体做法，即加气混凝土保温墙体中加气混凝土厚度为 251 mm，胶粉聚苯颗粒保温砂浆的厚度为 21 mm。由式（2）可得此时加气混凝土保温墙体的热惰性指标 D=5.492.5。其传热系数 K=0.4691.0，由此可知，加气混凝土保温墙体的热工性能满足要求。考虑到施工的可行性，实际工程中加气混凝土和保温浆料的厚度可以分别取 250 mm 和 22 mm，由于保温浆料的导热系数小于加气混凝土的导热系数，调整后的做法不会导致保温墙体保温性能的降低。2.22 种保温体系实时温度场对比基于墙体传热系数和热惰性指标，确定保温隔热性能完全相同的 2 种墙体做法，即胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温墙体和加气混凝土保温砂浆保温墙体。为了能更加直观地比较 2 种保温体系的保温性能及墙体内部温度分布，以北京地区为例，计算 2 种保温体系冬、夏两季南墙的实时温度场。在进行保温墙体内部温度场计算时，室内温度采用恒温，冬季取20，夏季取 25，室外温度采用正弦变化温度场模拟，并考虑太阳辐射的影响，详细计算方法见文献4-5。图 3、图 4 分别为胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板涂料饰面的外保温做法和加气混凝土保温砂浆涂料饰面保温做法冬、夏两季南墙典型部位 24 h 内温度变化。由图 3 和图 4 可以看出，无论在冬季还是夏季，2 种保温墙体内表面温度基本相同，表明二者保温隔热性能基本相同，同时外饰面表面温度基本相同，表明加气混凝土墙体外表面防护砂浆在热应力抗裂方面的要求与聚苯板保温体系要求相当。与胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板的外保温做法相比，加气混凝土保温砂浆保温做法中加气混凝土基体内的温度变化高于前者的混凝土或其它墙体基层。这可以从典型时刻温度延墙体厚度分布图上看得更清楚。项目密度等级B03B04B05B06B07B08干密度/（kg/m3），优等品300400500600700800合格品325425525625725825导热系数/W/（m K），0.100.120.140.160.180.201.02.03.55.07.510.0优等品2.53.55.07.5抗压强度/MPa，合格品冻后强度/MPa，优等品0.81.62.84.06.08.0合格品2.02.84.06.0材料名称厚度/mm密度/（kg/m3）比热/J/（kg K）蓄热系数/W/（m2 K）导热系数/W/（m K）界面砂浆51500105010.120.81抗裂砂浆51500105010.120.81涂料饰面3110010500.50加气混凝土d250010502.420.12保温砂浆d120010701.020.07高原，等：加气混凝土自保温与聚苯板外保温墙体保温隔热性能对比50NEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALS图 3北京地区 2 种保温做法冬季南墙实时温度场图 4北京地区 2 种保温做法夏季南墙实时温度场图 5 和图 6 分别为 2 种保温墙体在冬季外表面温度最低时和夏季外表面温度最高时墙体的断面温度分布。图 5北京地区冬季南墙保温墙体外表面温度最低时墙体断面温度分布图 6北京地区夏季南墙保温墙体外表面温度最高时墙体断面温度分布从图 5 和图 6 也可以看出，保温层（聚苯板和加气混凝土）两侧温差很大，说明保温层具有保温隔热的功效。2 种保温墙体的保温砂浆层两侧的温差也较大，这会导致两侧产生较大的变形差异，当变形差值达到一定数值时，将导致该层材料开裂，如果与相邻材料层之间粘结性能较差，将会导致墙面出现凸起，影响墙体的保温性能，破坏墙体的外观。例如胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温墙体表层冬夏两季温差达 59.2，加气混凝土保温砂浆保温墙体表层冬夏两季温差达 58.5，尽管施工时温度高于冬季最低温度，假设面层砂浆施工温度为 20，则仅仅温度变形将达 300 左右，而目前抗裂砂浆的极限抗拉应变与普通水泥砂浆相比增大有限，而普通水泥砂浆的极限抗拉应变仅为 150 左右，加上水泥砂浆的干燥收缩（通常在 1000 以上），保温墙体抗裂砂浆面层开裂可能性很大。3经济分析以北京地区为例，对 2 种保温体系的工程造价进行计算比较。表 4 为 2 种保温做法单位面积材料价格对比。高原，等：加气混凝土自保温与聚苯板外保温墙体保温隔热性能对比51新型建筑材料20103表 42 种保温墙体材料造价对比注：（1）加气砌块价格系 B04 级加气混凝土砌块与不厚于 3 mm的灰缝砌筑粘结剂价格之和；（2）本表主要用于 2 种保温墙体的成本比较，对于相同做法的内外表面造价，并未列出；（3）墙材价格摘自2008 年 12 期 北京工程造价信息。由表 4 可以看出，拥有相同保温性能的 2 种保温体系，胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外墙和加气混凝土保温外墙的材料造价分别为 113.8 元/m2和 95.0 元/m2，加气混凝土保温墙体的成本明显低于胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板保温墙体。并且由于胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温做法的工序多于加气混凝土保温墙体的做法，因此前者的施工成本会高于后者。由此可见，2 种保温墙体相比较，加气混凝土砌块自保温墙体有较大的经济优势。4结语以胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温墙体为参考分析对象，对比研究了加气混凝土砌块自保温墙体和胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温墙体的保温隔热性能。结果表明，在不增加墙体总厚度的情况下，采用普通加气混凝土砌块，辅之以较薄的保温砂浆，可以达到以聚苯板为主要保温材料的外保温墙体的保温隔热效果。同时，通过调整保温浆料的厚度，也可以降低加气混凝土保温墙体的总厚度。在工程费用方面，相同保温隔热性能的 2 种保温墙体，加气混凝土自保温墙体的造价明显较低。此外，加气混凝土保温墙体做法简单，施工方便，便于工程应用。参考文献：1詹德雄，左全山.加气混凝土砌块的生产与应用J.广东建材，1996（1）：12-15.2邹海江，贾宝书.蒸压加气混凝土砌块复合保温外墙性能与构造J.建筑技术，2009，40（1）：67-69.3戎卫国.民用建筑热工设计应用图说M.济南：山东科学技术出版社，2005.4张君，高原.考虑太阳辐射的保温墙体温度场温度应力及其计算软件J.工业建筑，2009，39（增刊）：162-167.5张君，黄振利，李志华，等.不同形式保温墙体温度场数值模拟与分析J.哈尔滨工程大学学报，2009，30（12）：1356-1365.蒉保温形式材料名称厚度/mm单方价格/（元/m3）每平米单价/（元/m2）保温层单价/（元/m2）墙体总价/（元/m2）胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温混凝土190380.072.244.6113.8保温浆料25500.012.5聚苯板60350.021.0抗裂砂浆51250.06.3耐碱玻纤网格布-1.8加气混凝土砌块保温外墙加气砌块250278.869.725.395.0保温砂浆22500.011.0抗裂砂浆101250.012.5耐碱玻纤网格布-1.8高原，等：加气混凝土自保温与聚苯板外保温墙体保温隔热性能对比新型建筑材料 杂志社“读者有奖问卷调查”活动获奖名单新型建筑材料 杂志社在 2009 年 12 月推出的“读者有奖问卷调查”活动，得到了广大读者的热烈响应。反馈回来的调查表来自全国各地，其中不乏订阅 新型建筑材料 杂志长达 10 年以上的忠实读者。对这次踊跃参加调查活动的读者，我们表示由衷的感谢！并将更加努力地把杂志办得更好，请大家拭目以待！主要获奖名单：一等奖：茅昌福（江西省兴国人和建材有限公司）二等奖：赵云龙（山西云龙石膏建筑材料研究所）郭长顺（河南省绿韵建材有限公司）刘启昌（河北定州市真实建材科技有限公司）三等奖：周大伟（辽宁建筑职业技术学院）刘爱民（福建省南安市海特机械有限公司）张宝玉（北京市公安局刑警总队）井治 拉斯科（北京）成形技术公司李福元（兰州归一建材科技有限公司）王善元（郑州铁路局郑州桥工段许昌服务公司）新型建筑材料 杂志社52