外墻外保溫技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

外墻外保溫技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

根據(jù)研究，該項目的總能耗約占世界各國設(shè)備總能耗的27.5%，即6.13%108噸。建筑材料的使用不僅可以提高生活舒適度，還可以顯著減少能耗。每使用1t高效節(jié)能材料,就能節(jié)省3t標(biāo)準(zhǔn)煤用量,同時還可以減少1tCO2、粉塵和SO2的排放。外保溫系統(tǒng)的構(gòu)造中,目前廣泛采用模塑聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)、擠塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)及聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料(PU)等,它們屬可燃有機(jī)保溫材料。外墻保溫節(jié)能主要是靠保溫絕熱材料作為建筑圍護(hù),因此,開發(fā)和應(yīng)用高效的保溫絕熱材料是保證建筑節(jié)能的有效措施。絕熱就是要最大限度地阻抗熱流的傳遞,這就要求絕熱材料必須具有大的熱阻和小的熱導(dǎo)率。根據(jù)保溫層位置的不同,外墻的保溫方式可以分為3類:外墻外保溫、外墻內(nèi)保溫和中空夾心復(fù)合墻體保溫。一、有機(jī)外墻保溫體系外保溫是目前大力推廣的一種建筑保溫節(jié)能技術(shù),外保溫與內(nèi)保溫相比,技術(shù)合理,且有其明顯的優(yōu)越性。使用同樣規(guī)格、尺寸和性能的保溫材料,外保溫比內(nèi)保溫的效果好。外保溫技術(shù)不僅使用于新建的結(jié)構(gòu)工程,也適用于舊樓改造,適用范圍廣,技術(shù)含量高。自20世紀(jì)90年代以來,我國在外墻保溫方面出臺了一系列政策,積極引進(jìn)多種外墻保溫體系,上海建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)從50%提高到65%,外墻保溫的做法也由單一型逐步發(fā)展為多種各具特色的工藝做法。從2007年開始,隨著各種外墻保溫材料的廣泛應(yīng)用,由此引發(fā)的火災(zāi)此起彼伏。南京中環(huán)國際廣場、哈爾濱“經(jīng)緯360度”雙子星大廈、濟(jì)南奧體中心體育館、北京央視新址附屬文化中心、上海膠州路教師公寓和沈陽皇朝萬鑫大廈等相繼發(fā)生建筑外保溫材料火災(zāi),造成嚴(yán)重人員傷亡和財產(chǎn)損失。經(jīng)查明,上海膠州路上的此次火災(zāi)原因是因電焊工操作不當(dāng),引燃防護(hù)網(wǎng)或保溫材料,進(jìn)而引燃了外墻保溫材料和其他可燃物所致,其中保溫材料的阻燃性指標(biāo)不符合相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求也是重要原因之一。當(dāng)前,現(xiàn)有采用的保溫材料均處于保溫和防火的兩難境地,“保溫效果越好,則防火性能越差”。目前的有機(jī)保溫材料中,原材料都添加了阻燃劑,有一定阻燃效果,但是EPS、XPS和PU仍易著火滴熔,導(dǎo)致施工現(xiàn)場發(fā)生火災(zāi)且燃燒時會產(chǎn)生更多有毒氣體。因此,除加強(qiáng)施工現(xiàn)場的防火安全管理外,具有可操作性的技術(shù)規(guī)范和監(jiān)管措施的研究有待深入。二、?；弈z結(jié)充填材料目前,常用的保溫絕熱材料主要有:EPS、XPS、PU、巖棉、玻璃棉、膨脹?；⒅楸貪{料、硅酸鹽復(fù)合絕熱砂漿以及膠粉聚苯顆粒保溫漿料等。根據(jù)其材料的特性,外墻外保溫材料主要可分為以下3類。1.外墻保溫材料市場具有資該類保溫材料以EPS、XPS和PU為主,屬可燃材料,有引發(fā)火災(zāi)的危險性。該材料導(dǎo)熱系數(shù)0.041w/(m誗K)。EPS是以聚苯乙烯樹脂為主要原料,經(jīng)發(fā)泡劑發(fā)泡而制成的內(nèi)部具有無數(shù)封閉微孔的材料。其具有熱導(dǎo)率小、吸水率低、隔音性能好、機(jī)械強(qiáng)度和尺寸精度高,以及結(jié)構(gòu)均勻等優(yōu)勢,在外墻保溫材料市場中占有率高;EPS全部由碳?xì)湓亟M成,本質(zhì)上極易燃燒。未經(jīng)阻燃處理,氧指數(shù)僅為18%,燃燒時熱釋放量較大,同時生成大量煙。由于受火后收縮和熔化,導(dǎo)致外保溫系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生空腔,轟然狀態(tài)下燃燒劇烈,燃燒的滴落物具有引燃性。該材料具有強(qiáng)度大、硬度大、導(dǎo)熱系數(shù)小、吸水率小、水蒸氣通過系數(shù)小及表面平整致密的特性,它具備與EPS系統(tǒng)相近的優(yōu)勢,在目前節(jié)能65%的前提下,是外保溫系統(tǒng)首選絕熱層材料。但與EPS板相比,XPS板在均質(zhì)性、尺寸穩(wěn)定性和柔韌性3方面又存在一定的劣勢。該材料具有非常優(yōu)越的絕熱性能,導(dǎo)熱系數(shù)0.024w/(m誗K),在所有外墻用有機(jī)保溫材料中為最優(yōu)。它本質(zhì)上屬于高易燃材料,未做阻燃處理時氧指數(shù)僅為16.5%,受熱時通常分解出易燃?xì)怏w。其特有的閉孔結(jié)構(gòu)使它具有更優(yōu)越的耐水氣性能。由于不需要額外的絕緣防潮,簡化了施工程序,降低了工程造價。可其價格較高,還是難以普及。2.不燃性材料特性巖棉、玻璃棉和膨脹?；⒅楸貪{料等,屬不燃性材料,自身不存在防火安全問題,可其料密度一般較大,在180kg/m3左右,故性能不能完全滿足外保溫要求。(1)巖棉和玻璃棉質(zhì)熱可擴(kuò)充材料礦物棉制品主要有巖棉和玻璃棉。根據(jù)目前的生產(chǎn)工藝,巖棉可分為沉降法巖棉板、擺錘法巖棉板和三維法巖棉板。巖棉制品具有良好的保溫、隔熱、吸聲、耐熱、不燃性能和良好的化學(xué)穩(wěn)定性。巖棉有3種絕熱方式:內(nèi)絕熱、中間夾芯絕熱和外絕熱。但市場上巖棉的質(zhì)量參差不齊,存在性能缺陷等問題。玻璃棉與巖棉在性能上有很多相似之處,但其手感好于巖棉,可改善工人的勞動條件,但由于它遇潮后釋放有毒氣體(但不致癌),同巖棉一樣安裝和拆卸過程中釋放到空氣中的人造纖維會對人體組織造成損傷,價格較巖棉高。目前,我國的玻璃棉產(chǎn)量僅為美國的1/60。(2)外墻保溫施工它是一種無機(jī)硬質(zhì)保溫材料,它強(qiáng)度高、吸水性極低,常用于屋頂保溫。因生產(chǎn)成本過高,與EPS、XPS和PU等產(chǎn)品相比在經(jīng)濟(jì)性方面沒有優(yōu)勢。上述幾種無機(jī)保溫材料還具備耐酸堿、耐腐蝕等高穩(wěn)定性,與建筑物墻體同壽命等優(yōu)點,但其主要缺點有:保溫性能差,占地面積大,抗撞擊和受壓強(qiáng)度差,吸濕性大,環(huán)保性能差,在施工和應(yīng)用中對人體有害,因此,該類保溫材料多用于設(shè)備、管道保溫和人員不宜接觸到的場所。而用于外墻保溫系統(tǒng)的巖棉板、玻璃棉板應(yīng)采用新的產(chǎn)品和施工技術(shù),使其人造纖維減少或消除對人體組織的損傷,安裝和拆卸過程中還需采取防擴(kuò)散措施。由于這些措施,會增加生產(chǎn)和安裝成本,使其經(jīng)濟(jì)性大打折扣。3.無空腔和不斷柔性釋放應(yīng)力技術(shù)該類材料以膠粉聚苯顆粒保溫漿料為主,屬難燃材料,自身不存在防火安全問題。膠粉聚苯顆粒保溫材料是由膠凝材料和聚苯顆粒輕骨料分別按配比包裝組成。凝膠材料導(dǎo)熱系數(shù)為0.06w/(m誗K),密度小,熱工性能、和易性及耐侯性好,具備抗熱應(yīng)力、水、火、風(fēng)壓和地震力的影響。其界面砂漿采用無空腔和逐層漸變?nèi)嵝葬尫艖?yīng)力的技術(shù)路線,解決了抗裂難題。膠粉聚苯顆粒在受熱時,包含的聚苯顆粒會軟化并熔化,不會發(fā)生燃燒。由于聚苯顆粒被無機(jī)物包裹,其熔融后將形成封閉的空腔,此時該保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)會更低,傳熱更慢,且受熱全過程材料體積變化率為零。該保溫材料突破了傳統(tǒng)保溫砂漿只能用于內(nèi)保溫的局限,但這類材料存在著施工要求高、厚度不好控制、施工周期長和吸水率高的問題。三、由建筑材料的燃燒指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)組成1.外墻外墻材料2009年,公安部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)的《民用建筑外保溫系統(tǒng)及外墻裝飾防火暫行規(guī)定》中,對墻體建筑保溫材料燃燒等級及防火構(gòu)造要求進(jìn)行了規(guī)定。同時,還明確了防火構(gòu)造設(shè)置的間隔要求,如防火隔離帶的具體做法:設(shè)置防火隔離時,應(yīng)沿樓板位置寬度不小于300mm的A級保溫材料。60m以上100m以下住宅,使用的外墻保溫材料至少為B2級,并應(yīng)按GB8624-2006《建筑材料及制品燃燒性能分級》標(biāo)準(zhǔn)檢測;公安部消防局2011年發(fā)出的《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》中明確規(guī)定“民用建筑外保溫材料采用燃燒性能為A級的材料”。A級不燃型保溫材料一般為無機(jī)非金屬材料,主要包括巖棉、玻璃棉、加氣混凝土、泡沫玻璃、泡沫水泥及粒狀保溫材料復(fù)合保溫板材和漿料。這些保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)見表1。在國外,巖棉制品和泡沫玻璃主要用于墻面和屋面保溫,泡沫玻璃也常用于屋頂保溫;外墻外保溫采用巖棉保溫板和泡沫玻璃單一材料即可滿足節(jié)能65%標(biāo)準(zhǔn)的要求。GB/T25975-2010《建筑外墻外保溫用巖棉制品》去年10月正式實施。2.燃燒性能評價體系GB8624-2006標(biāo)準(zhǔn)采用國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn),分級體系是完全參照歐盟EN13501-1:2002《建筑制品和構(gòu)件的火災(zāi)分級第一部分:用對火反應(yīng)試驗數(shù)據(jù)的分級》標(biāo)準(zhǔn),它有規(guī)定其實驗方法及等級標(biāo)準(zhǔn),并對部分級別專門規(guī)定了附加燃燒生成物的毒性試驗要求。新的分級體系是基于材料在真實火災(zāi)場景中燃燒特性的一套評價體系,試驗的設(shè)計和數(shù)據(jù)的采集是建立在火災(zāi)基礎(chǔ)理論之上的,并以實際火災(zāi)為參考場景。公安部在關(guān)于實施國家標(biāo)準(zhǔn)GB8624-2006對燃燒性能等級進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)定(見表2)。GB8624-2006未包含室內(nèi)裝修材料用窗簾幕布類紡織物、電線電纜套管類塑料等阻燃制品的燃燒性能要求。2010年年底修訂的GB/T8624-201X正處于報批過程。據(jù)悉,新修訂的標(biāo)準(zhǔn)增加了特定用途制品、金屬面保溫夾芯板、墻面保溫制品、屋面覆蓋材料的燃燒性能分級和技術(shù)要求;燃燒性能級別回到GB8624-1997版4個等級(見表2)。據(jù)悉,試驗方法延用2006版標(biāo)準(zhǔn),并新增了GB/T16172-2007《建筑材料熱釋放速率試驗方法》、美國標(biāo)準(zhǔn)ASTME1537:2002《實尺軟墊家具著火試驗的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》、美國聯(lián)邦法規(guī)CPSC16CFRPart1633《軟質(zhì)家具的測試試驗方法》和英國標(biāo)準(zhǔn)ENV1187-2002《屋面材料外部受火試驗方法》。四、設(shè)計外包溫系統(tǒng)的規(guī)定1.系統(tǒng)的防火性能從國外外墻外保溫系統(tǒng)的發(fā)展歷史可以看到,對外墻外保溫防火安全性的要求一直被作為該技術(shù)應(yīng)用的首要條件。在歐美等外墻外保溫技術(shù)應(yīng)用先進(jìn)的國家,對重要建筑、高層建筑的外墻保溫系統(tǒng)均有嚴(yán)格的防火要求,都要求對外保溫系統(tǒng)的保溫材料及系統(tǒng)進(jìn)行燃燒性能等級評價;對不同外墻外保溫系統(tǒng)和保溫材料均有防火測試方法和分級標(biāo)準(zhǔn);對不同防火等級的外墻保溫系統(tǒng)在建筑的使用范圍方面做出規(guī)定;對包括防火隔離帶等構(gòu)造措施在內(nèi)的系統(tǒng)整體構(gòu)造,還要求進(jìn)行大尺寸模型火試驗,以評價實際使用狀態(tài)下系統(tǒng)整體構(gòu)造阻止火焰蔓延的能力,即系統(tǒng)整體構(gòu)造防火性能的有效性。由于涉及嚴(yán)重的防火問題,美國早已有20多個州禁止使用EPS;英國的法律規(guī)定,18m以上建筑不允許使用EPS板薄抹灰外墻保溫系統(tǒng);德國法律中明確規(guī)定,超過22m以上的建筑嚴(yán)禁使用有機(jī)可燃保溫材料;日本政府出臺法規(guī),將耐熱性能好燃燒后發(fā)煙量低的酚醛泡沫作為公共建筑的標(biāo)準(zhǔn)耐燃物,耐燃性能低于酚醛泡沫的,禁止在公共建筑上使用。同時,由于EPS等建筑保溫材料的易燃燒性能,很多保險公司禁止給EPS保溫的建筑進(jìn)行保險。目前,在國際市場上被廣泛采用的建筑保溫材料主要有巖棉、玻璃棉等,如瑞典、芬蘭等西歐國家80%以上采用巖棉制品。巖棉耐高溫最高,使用溫度能達(dá)到650℃,玻璃棉也可以達(dá)到300℃。2.外墻外保溫防火技術(shù)指標(biāo)研究尚不完全完善在我國僅有“水立方”、北京地鐵等高檔公共建筑施工中使用酚醛泡沫。這是考慮我國的國情,不能照搬歐美標(biāo)準(zhǔn)。歐美國家采用有機(jī)保溫材料的外保溫系統(tǒng)主要用于單層或多層建筑,而我國目前的高層建筑甚至超高層建筑居多,其火災(zāi)危險性和危害性更大。雖然,我國已有GB/T8624-2006、GB50045-2005《高層民用建筑防火設(shè)計規(guī)范》以及相關(guān)暫行規(guī)定等。但,國內(nèi)對外墻外保溫防火技術(shù)規(guī)范的研究和重視程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,如現(xiàn)行GB50045-2005標(biāo)準(zhǔn)尚無針對外墻保溫的防火設(shè)計條文。對外墻保溫系統(tǒng)缺乏分級標(biāo)準(zhǔn)和使用范圍限定;外墻保溫防火技術(shù)也沒有國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)技術(shù)規(guī)范;國內(nèi)現(xiàn)行建筑外墻保溫施工技術(shù)體系尚無防火隔離分區(qū)技術(shù)的應(yīng)用。正是因為在外墻外保溫施工過程中和施工完畢后對防火問題的忽視,由易燃外墻外保溫材料導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生的安全隱患比比皆是。此外,由于判定燃燒級別時沒有充分考慮高分子發(fā)泡材料的火焰?zhèn)鞑バ阅?只考慮了產(chǎn)品在實驗條件下的熱釋放性能,與實際火災(zāi)中EPS和XPS的燃燒條件不符。故材料的燃燒性能等級與工程實際中的防火安全是兩個不同的概念,不能等同看待。目前條件下,借鑒國外的成功經(jīng)驗,采用大比例的窗口模型試驗方法,對外保溫系統(tǒng)火焰?zhèn)鞑バ砸约胺阑鸶綦x構(gòu)造措施的有效性進(jìn)行試驗評價,是今后的發(fā)展方向。五、性能差的外墻外保溫體系使用范圍和管理方法為了更好地解決外墻外保溫的防火問題,第一,通過對國外先進(jìn)技術(shù)的借鑒并結(jié)合我國的國情,開發(fā)具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的建筑保溫材料和外墻外保溫系統(tǒng);第二,迫切需要建立適合我國國情的防火標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,限制防火性能差的外墻外保溫體系使用范圍,尤其注意在高層和超高層的外墻上限制使用,鼓勵推廣使用安全系數(shù)更高的外墻外