外墙保温隔热材料特性及其热工性能.ppt

外墙保温隔热材料特性及 保温隔热工程技术,四川省建筑科学研究院 建筑节能研究所 韦延年,内容,一、保温材料的几个主要热物理性能参数 二、建筑围护结构的几个主要热工性能参数 三、建筑外墙的热工计算 四、外墙保温隔热节能工程技术类型 五、外墙保温隔热工程的热工性能保证率及保证系数 六、墙体保温隔热节能工程的综合性能评价标准 七、墙体保温隔热节能工程存在的问题 八、外墙保温隔热工程技术的优化选择 结语,1、保温材料的几个主要热理性能参数 （1） 密度 符号o 单位kg/m3 （2） 导热系数 符号 单位W/(mK) 计算导热系数 符号c 单位W/(mK) ca a为1的修正系数 （3） 蓄热系数 符号S 单位W/(m2K) 计算蓄热系数 符号Sc 单位W/(m2K) ScSa a为1的修正系数 （4） 比热 符号C 单位kJ/(kgK)或Wh/(kgK) 换算系数为0.28，即kJ/(kgK)0.28Wh/(kgK),一、保温材料的几个主要热物理性能参数,2 、影响保温材料导热系数的三个主要因素 （1）密度 （2）湿度 （3）温度 所以，在建筑热工计算中要考虑密度、湿度及温度影响的修正系数。,3 、材料表面的热特性 （1）表面太阳辐射吸收系数（s） 太阳辐射能入射到非透明物体表面时，部分被吸收，部分被反射。太阳辐射吸收系数是材料表面吸收的太阳辐射能量与投射到表面上的太阳辐射能量的比值，表征材料表面对太阳辐射能的吸收或反射能力，是材料表面的一个热物理参数，用符号s表示，它取决于材料表层的色相、化学性质、光洁度及平整度。,（2）热辐射率（）及热辐射系数（C） 普通建筑材料的热辐射本领不如反全射的绝对黑体，在工程上统称为灰体。灰体的全部热辐射本领与同温度下绝对黑体的热辐射本领的比值，称热辐射率，以表示，亦称黑度，表征灰体的辐射本领接近黑体的程度。在一定温度下，材料的辐射能力越大，其对外来辐射的吸收能力也越大。由于太阳表面的温度比普通物体表面的温度高很多，因此物体表面的黑度并不等于它对太阳辐射热的吸收系数s。 物体的热辐射系数是表征物体向外发射热辐射的能力，取决于物体表层的化学性质、光洁度及温度等因素，其数值一般在05.68W/(m2K4)之间，用CCok计算，式中Co为绝对黑体的辐射系数，k为温度因素。,1、热阻（R） 表征围护结构本身或某层材料在稳定传热条件下，阻抗传热能力的物理量，围护结构本身的热阻一般以符号R表示，某层材料的热阻以符号Rj表示，单位为(m2K)/W。 A、材料层的热阻 单位(m2K)/W B、结构的热阻RRj 单位(m2K)/W,二、建筑围护结构的几个主要热工性能参数,2、传热阻（Ro） 表征围护结构（包括两侧空气边界层）在稳定传热条件下，阻抗传热能力的物理量，与传热系数K互为倒数，以符号Ro表示，R0Ri+R+Re ，单位为(m2K)/W。 3、低限传热阻 （Ro.min） 特指设计计算中容许采用的围护结构传热阻的下限值。规定最小传热阻的目的是为了限制通过围护结构的传热量过大，防止内表面冷凝，以及限制内表面与人体之间的辐射换热量过大使人体受凉。,4、传热系数（K） 传热系数是评价围护结构在稳定传热条件下的传热性能指标，表征围护结构在两侧空气温度相差为1K（或1）时，单位时间内通过单位面积围护结构的传热量，以符号K表示，单位为W/(m2K)，是围护结构传热阻Ro(m2K/W)的倒数。,5、外墙平均传热系数（Km） 为了结构安全和构造的需要，外墙上有不少导热系数较大的结构构件贯穿体，是传热的薄弱部位，一般称外墙结构性热桥部位。考虑这部位的影响，外墙的传热系数以平均传热系数Km表示，单位为W/(m2K)。 外墙的平均传热系数Km是外墙主体部位的传热系数Kp与面积Fp和外墙结构性热桥部位的传热系数Kb与面积Fb的加权平均值。,6、热惰性指标（D） 表征围护结构对温度波衰减快慢程度的无量纲指标，以符号D表示，单一材料围护结构的DjRjSj；多层材料围护结构的DDj，式中Rj和Sj分别为围护结构材料层的热阻和蓄热系数。D值越大，温度波在其中的衰减越快，围护结构在周期性热作用下的热稳定性越好。 7、外墙平均热惰性指标（Dm） 外墙上的结构性热桥部位在外墙不透明的实体部份中所占面积较大，如同外墙的平均传热系数一样，应考虑结构性热桥部位的影响取平均热惰性指标，以符号Dm表示。,三、建筑外墙的热工计算,1、 外墙的热工性能设计要求 建筑外墙及屋面的保温隔热性能设计要求是随着社会的发展和人们的物质生活水平提高而不断进步和完善的，主要是根据表1所示三个不同阶段的要求计算确定。 建筑节能设计标准对外墙及屋面保温隔热工程热工设计控制指标的确定，前提是应满足室内环境热舒适的要求。所以，按现行建筑节能设计标准的规定性指标所设计的外墙热工性能，均能符合室内环境热舒适的要求，即外墙内表面温度与室内空气的设计温度都没有低于（冬季）或超过（夏季）舒适温差3。,2、墙体传热系数的计算 传热系数是评价墙体、屋面、楼地面及门窗等房屋围护结构保温性能的一个指标，它是表征在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温度相差为1K（或1）时，单位时间内通过1平方米面积传递的热量，用符号K表示，单位为W/(m2K)。 居住建筑与公共建筑节能设计标准规定，外墙的传热系数应考虑结构性热桥部位的影响，取平均传热系数Km。,传热系数K的计算,式中：Ro传热阻(m2K)/W，表征围护结构（包括两侧 表面空气边界层）阻抗热传递的能力； Ri内表面换热阻，是内表面换热系数的倒数，一 般取 对于分户墙，两侧表面的换热阻均取Ri0.11(m2K)/W Re外表面换热阻，是外表面换热系数的倒数，一 般取,R墙体结构层的热阻(m2K)/W，等于构成墙体的各材料层的热阻之和，由单一或多层材料构成的结构层的热阻R按公式（2）和（3）计算，由两种以上材料组成的、两向非匀质围护结构（包括多种形式的空心砌块、填充保温材料的墙体等，但不包括多孔粘土空心砖），其平均热阻应按民用建筑热工设计规范GB 50176-1993中附录二的公式（附2.3）进行计算； 各材料层的厚度（m）； 各材料层的计算导热系数W/(mK)； 材料的导热系数W/(mK)，一般为实验室绝干状态下的测定值； a考虑使用位置和湿度影响的大于1的修正系数。,材料的导热系数和修正系数a，可在民用建筑热工设计规范GB 50176-1993的附录表4.1和附录表4.2中查取。表中未列入的保温材料，应根据地区的年平均相对湿度等实际情况选择修正系数a值。 如，北京地区（年平均相对湿度50%），现行几种保温材料的a及c值为： 聚苯板薄抹灰外墙外保温系统保温层（EPS）的c0.0421.20.05W/(mK)； 聚苯板现浇混凝土无网体系中保温层的c0.0421.250.053W/(mK)； 聚苯板现浇混凝土有网体系中保温层的c0.0421.50.63W/(mK)； 挤塑聚苯板（XPS）的c0.031.20.036W/(mK)； 聚苯颗粒保温浆料的c0.061.250.075W/(mK)； 聚氨脂的c0.0251.10.028W/(mK)。,外墙平均传热系数Km的计算,外墙平均传热系数Km是由外墙主体部位的传热系数Kp与面积Fp和结构性热桥部位的传热系数Kb与面积Fb，用加权平均方法计算： 由于外墙上结构性热桥部位的传热系数Kb和主体部位与结构性热桥部位的面积Fp与Fb的计算比较复杂，而且也不易计算准确。为方便外墙的建筑热工节能设计，可采用如下便捷方法计算外墙的平均传热系数Km。,1）结构性热桥部位的传热系数Kb按公式（1）计算，计算时，取钢筋混凝土结构性热桥部位的计算厚度b与外墙主体部位的计算厚度p相同。 2）根据所设计建筑的结构体系按表2选择外墙主体部位和结构性热桥部位的面积FP、Fb在外墙面积中所占的百分比A和B代替公式（5）中的FP和Fb计算外墙的平均传热系数Km。 令（5）式中的 FP/（ FP+ Fb ）=A Fb/（ FP+ Fb ）=B 即： Km= KP A + Kb B,表2 FP、Fb在外墙面积中所占百分比A和B,3、结构性热桥部位的低限热阻Ro.min应按民用建筑热工设计规范GB 50176-1993第4.1.1条的规定进行计算，并选择适宜的保温措施使Ro.min符合采暖期间内表面不结露的要求。若外墙为轻质材料或内侧复合轻质材料时，该部位的最小传热阻Ro.min应根据外墙材料与构造进行附加热阻： （1）当建筑物处在连续供热采暖时，其附加值为30%40%； （2）当建筑物在间隙供热采暖时，其附加值为60%80%。 4、严寒和寒冷地区采暖建筑的外墙为保温层外侧有密实保护层的多层墙体结构，或内侧结构层为加气混凝土和砖等多孔材料时，应按民用建筑热工设计规范GB 50176-93第六章的规定，进行内部冷凝受潮验算，并采取适宜的防潮措施以防止外墙内部冷凝。,5、热惰性指标是目前居住建筑节能设计标准中，评价外墙和屋面隔热性能的一个设计指标，它是表征在夏季不稳定传热条件下，外围护结构低抗室外温度波和热流波动能力的一个无量纲指标，以符号D表示，D值越大，温度波与热流波的衰减程度也越大。 热惰性指标D按下式计算： DDjRjSc.j,式中：Dj外墙各材料层的热惰性指标； Rj外墙各材料层的热阻(m2K)/W，按式（2） 和式（3）计算； Sc.j各层材料的计算蓄热系数W/(m2K)，为材 料的蓄热系数S与修正系数a的乘积，即ScS a。 材料的蓄热系数S和修正系数a可由民用建筑热工设计规范GB 50176-93的附录表4.1和附录表4.2中查取。空气间层的热惰性指标为0。 如某层为两种以上材料组成，应按民用建筑热工设计规范附录二中的公式（附2.7）和（附2.8）计算该层的平均蓄热系数，然后与该层的平均热阻相乘，即为该层的平均热惰性指标值。,同外墙取平均传热系数Km一样，也应取考虑结构性热桥影响的平均热惰性指标Dm，Dm的计算方法与Km的计算方法相同，即由外墙主体部位的热惰性指标DP与面积FP和外墙结构性热桥部位的热惰性指标Db与面积Fb，采用加权平均方法计算，公式如下： Dm= DP A + Db B 式中A、B值按表2选取,如果外墙平均传热系数Km符合节能设计标准要求，而平均热惰性指标Dm不符合标准要求时，可按（6）式修正选择适宜的外表面饰面材料以满足外墙的隔热性能要求： Dm.de= 1.5 s Dm.re （6） 式中： Dm.re外墙平均热惰性指标的标准要求值； Dm.de外墙平均热惰性指标设计值； s拟选择饰面材料表面太阳辐射吸收系数 值。,6、保温隔热层厚度计算 外墙的保温隔热层厚度 （m）按式（7）计算：,四、外墙保温隔热节能工程技术类型,1、 按保温隔热系统在外墙上所处位置分，有： （1）外墙外保温隔热系统； （2）外墙内保温隔热系统； （3）外墙夹心保温隔热系统； （4）外墙自保温隔热系统，包含： 1）外墙全自保温隔热系统， 2）外墙主体部位自保温隔热系统。,2 、 按保温隔热材料的状态分，有： （1）板块绝热材料外墙保温隔热技术； （2）浆体绝热材料外墙保温隔热技术； （3）板块绝热材料与饰面材料复合板外墙保温隔热技术； （4）表面热绝缘材料外墙保温隔热技术； （5）表面热绝缘材料与板块材料复合板外墙保温隔热技术。,3 按保温隔热材料组成的化学成分性质分，有： （1）有机类绝热材料外墙保温隔热技术； （2）无机类绝热材料外墙保温隔热技术； （3）有机类与无机类绝热材料复合的外墙保温隔热技术。,4 按保温隔热系统工程的施工作业状态分，有： （1）干作业外墙保温隔热系统工程（不含粘结层及保护层）； （2）湿作业外墙保温隔热系统工程。,5 按保温隔热系统在墙体基层上的固定方式分，有： （1）粘结固定外墙保温隔热系统； （2）锚钉固定外墙保温隔热系统； （3）粘锚结合固定外墙保温隔热系统； （4）挂接固定外墙保温隔热系统； （5）粘挂固定外墙保温隔热系统； （6）外页、内页墙间填充绝热材料的外墙保温隔热系统。,6 按饰面材料类型分，有： （1）涂料饰面外墙保温隔热系统； （2）面砖饰面外墙保温隔热系统； （3）涂料与面砖混合饰面外墙保温隔热系统。,五、外墙保温隔热工程的热工性能 保证率及保证系数,1、 热工性能保证率及保证系数概念 （1） 热工性能保证率 系指房屋建成后的外墙热工性能实测值与外墙按建筑节能设计标准进行建筑热工节能设计的保温性能（平均传热系数Km）及隔热性能（热惰性指标D等参数）计算值的百分比值，以符号Gt.f表示，计算式为： Gt.f 100 式中，Tt.f 外墙的热工性能实测值； Dt.f 外墙的热工性能计算值。,（2 ） 热工性能保证系数 系指房屋建成后的外墙热工性能实测值与外墙的热工性能计算值有一个差值，为保证外墙的节能效果，节能设计时需对外墙的热工性能计算值乘以一个保证系数，以保证实测值与计算值一致，外墙的热工性能保证系数以符号Ct.s表示，计算式为： Ct.s2Gt.s 式中，Gt.s外墙的热工性能保证率，%。,2、 不同类型外墙保温隔热技术工程的热工性能保证率Gt.s及保证系数Ct.s （1） 外墙外、内、自保温隔热系统工程的热工性能保证率Gt.s及保证系数Ct.s如下表所列：,注：表中参数系由“成都建筑节能中心”8个试验墙的对比实测值与计算值比较计算得出。,（2）其他不同类型外墙保温隔热技术工程的Gt.s和Ct.s 其他不同类型外墙保温隔热技术工程的热工性能保证率Gt.s与热工性能保证系数Ct.s各有不同。 比如：板块类绝热材料作保温层及采取干作业施工工艺的外墙保温隔热系统技术工程的热工性能保证率Gt.s，明显高于浆体类绝热材料作保温层及湿作业施工工艺的外墙保温隔热系统技术工程的热工性能保证率；热工性能保证系数Ct.s则是后者明显高于前者。,六 墙体保温隔热节能工程的 综合性能评价标准,1、 功能性 （1）工程施工质量验收后的热工性能保证率不低于100%； （2）不减少室内使用面积，不对室内环境形成污染； （3）房屋使用及装饰装修过程中不易损坏，能保持其完整性； （4）有效地保护墙体主体结构在外力作用下不易开裂和破损； （5）有效地消除或减弱结构性冷（热）桥部位的影响。,2 结构性 （1）系统的构造层次组合先进、合理； （2）系统各组成材料的物理与化学稳定性强； （3）系统与承重结构构件之间的整体性及表面平整性好； （4）保温隔热层材料的整体性和稳定性好； （5）保温隔热层材料与相邻材料之间的相容性及亲和性强。,3 安全性 （1）系统复合的墙体基层坚实、平整； （2）系统的保温隔热层材料与墙体基层结合的整体性和牢固性强； （3）系统的保护层与饰面层结合材料的相容性和结合的整体性与牢固性强； （4）系统组成材料及系统的性能指标符合相关标准的规定，无质量隐患。,4 耐久性 （1）系统的耐候性符合相关标准的规定； （2）系统保护层具有优良的抗裂、防水性能； （3）系统防火、防腐及防蛆等性能符合相关标准的规定； （4）系统的节点构造设计与处理措施合理、完善； （5）系统受外力作用损坏、脱落的可能性很小。,5 质量可控性 （1）系统工程施工过程中的质量可控性强； （2）系统工程的施工工序、质量检测符合相关标准的规定； （3）系统组成材料及系统的施工工艺与实验室检测的试件一致； （4）保温隔热层材料的厚度符合设计要求； （5）保温隔热层材料的热物理性能符合设计要求。,6 技术经济性 （1）系统组成材料的再生、循环及再利用（3R）可能性强，符合环境保护标准的规定。 （2）系统技术的节能效果优，能适应建筑节能标准持续发展的需要； （3）系统的技术先进，能适应工业化、定型化与现代施工管理的要求； （4）系统的地区适用性及适应性强； （5）系统的单方造价合理，并能与其性能匹配，性能价格比优。,七 、 墙体保温隔热节能工程 存在的问题,1 、一是不按建筑节能设计标准规定认真设计；二是受开发商旨意，多次修改施工图已审查备案的节能设计文件，想方设法利用现行标准中规定的能耗计算弊病，达到少做或不做保温隔热工程的目的。,2 、 房屋开发商不按性价比优选择保温隔热系统技术，形成市场低价竞争，尽可能选择低价的保温隔热技术，使大量劣质产品和技术不完善的系统成为选择目标，恶性循环。,3 、施工公司技术水平低，短浅经营意识浓，缺乏质量安全管理意识，普遍是施工质量不符合相关标准要求，质量隐患很大。,4 保温隔热系统组成材料的进场检验及施工过程中的见证抽检很不认真，甚至提供假的检测报告蒙混过关；至今基本上没有一个工程在竣工验收时，能提出墙体保温隔热节能分部工程的热工性能（节能效果）检测报告。,5 监理和质量管理部门的管理与技术人员节能意识淡薄，缺乏对建筑节能技术、建筑节能设计标准及验收规范的深入学习和理解，致使保温隔热工程的全过程管理不严，形成走过场；违规和质量不合格的保温隔热节能工程，也未受到及时与应有的处罚和处理。,从国家大力提倡建筑要节地、节能、节材、节水和保护环境，要强制实施民用建筑节能设计标准和建筑节能工程施工质量验收规范的现实要求来检验，建筑节能工作推行至今，建筑节能保温隔热工程的管理及其施工质量现状，不是“喜”而是“忧”。,八 外墙保温隔热工程技术的 优化选择,1 优化选择的前提 （1） 建筑类型及其对外墙热工节能设计的要求 外墙类型有居住建筑及公共建筑；居住建筑分低层、多层、中高层及高层居住建筑；公共建筑分办公、餐饮、影剧院、交通、金融、医疗、教育、体育、商业、旅馆、图书馆等类型。现行的居住建筑及公共建筑节能设计标准都对各类建筑的室内热环境节能设计计算参数，和建筑与建筑热工节能设计控制指标作了不同的规定。 为此，首先应根据不同的建筑类型及建筑节能设计标准对不同类型建筑外墙热工节能设计的指标要求，选择与之最适应的外墙保温隔热工程技术。,（2） 地区气候特点及技术经济条件 我国有五个建筑气候分区，各气候分区的各类型建筑有不同的围护结构建筑热工节能设计控制指标；各气候分区内的各个地区的社会经济发展不平衡，建筑节能工作开展也有先有后，建筑节能材料及技术的研发与利用也各有其不同的地方特点。 为此，应优先选择既符合本地区所属气候分区的建筑节能设计标准规定，又适应本地区研发的建筑节能材料及技术，且符合国家技术政策规定的外墙保温隔热工程技术。,2 优化选择的标准 应进行综合性能评价，以性价比优作为选择外墙保温隔热工程技术的标准和目标。 墙体保温隔热节能工程技术的6项性能评价标准是综合性的，相互不矛盾，不冲突。权衡比较，应特别突出其功能性中的热工性能保证率。如果这个标准达不到，就失去了国家大力推行建筑节能政策，制定和实施建筑节能设计标准和建筑节能工程施工质量验收规范的目的和意义。,3 优化选择中的六项技术措施 （1） 外、内保温系统技术的选择 为保证房屋建成后的外墙热工性能保证率，应优选外墙外保温系统技术；即使是在夏热冬冷及夏热冬暖地区，外保温隔热技术也有其优点，特别是在夏热冬暖地区，外墙外隔热技术是最优选择。,（2） 外墙外饰面材料选择 1）外墙外贴饰面砖的脱落因素： A 材料因素面砖、粘结胶、勾缝胶的质量不合格； B 基层因素不坚实、不平整、不够粗糙； C 施工因素不采用双涂法，粘结胶与勾缝胶不饱满； D 外力作用因素人为破损和恶劣的外环境影响； E 气温因素年温度差及昼夜温度差较大形成的温度应力破损。 以上五个因素中，与外墙外保温系统技术有关的是（B）和（E），一是粘贴面砖的基层不符要求，二是外保温是外阻隔热，会使面砖粘结层的温度在冬天要比没有外保温的低约45，夏天要比没有外保温的高约45。,外墙外保温工程不宜采用外贴饰面砖做法，当采用时，除保温系统的安全性及耐久性应符合相关的标准和设计要求外，还应对基层及饰面砖、粘结与勾缝材料和施工提出严格要求，且宜采用浅色饰面砖。,( 3 ) 保护层中的钢丝网与玻纤网格布选择 1）现实送检的不同类型外墙外保温系统的耐候性试验件，保护层中的加强层基本上都是耐碱玻纤网格布，而不是JG 158中规定的直径不小于0.9mm的热镀锌钢丝网。 2）施工过程中的钢丝网大多是直接钉固嵌入在保温层上，不是按JG 158的规定置于抗裂防水砂浆保护层中，保护层不是25mm30mm的厚抹灰层，而是不大于8mm的薄抹灰层。 3）保温系统施工中大多采用低规格的冷镀锌钢丝网，与热镀锌钢丝网的成本差距大于3元/m2以上，且直径0.7mm，在外界湿气及含湿量较大的保温层中锈蚀后的质量隐患性非常严重。,4）固定钢丝网的锚栓不是按JG 158选择材料和施工，质量低劣，直接打入墙内，不仅对主体墙材的破损性很大，而且也固定不牢靠。 5）耐候性试验结果表明，锚栓周围会形成一圈裂纹，如果用锚栓固定钢丝网的25mm30mm厚的厚抹灰保护层作耐候性试验，不可能保证其表面不开裂。 所以，对于采用粘外贴饰面砖的外墙外保温系统，最好采用双层或单层高规格质量的耐碱玻纤网格布作保护层的加强层，易施工且能形成更合理的保温系统。,( 4 ) 保温隔热材料状态及施工工艺选择 从墙体保温隔热工程的质量可控性标准评价，应以板块状保温隔热材料及干作业施工的保温隔热系统工程为优化选择目标。 ( 5 ) 保温隔热材料的性质选择 保温隔热材料按其组成的化学成分分为有机类和无机类。有机类导热系数小，防水、防潮性能好，但防火性能差；无机类导热系数较大，防火性能好，但防水、防潮性能差。在外墙内保温系统中选择有机类保温材料，应要求其系统的防火性能不低于B级；选择无机类保温隔热材料，应有好的防水防潮性能。在外墙外保温中选择有机类保温材料，应加强火灾敏感部位的防火处理，也要加强节点部位的构造和防水处理。,( 6 ) 保温系统是粘结固定还是锚栓固定选择 1）按标准规定，保温系统的抗拉强度应不小于0.1MPa，即在受力均匀的情况下，在垂直板面的方向，理论上能有每平方米承受约10t重量的能力。即或是粘结面仅有60%，保温系统与基层的粘结力也0.06MPa，也可以承受约60kN/m2的拉力，相当于承受约6t/m2的重量。 2）单个锚栓的抗拉承载力标准值为0.3kN，即使每平方米有10个锚钉，也只能承受3kN的抗拉承载力，仅是粘结面积为60%的承受力的1/20。,（7）墙体基层应有找平层 1）目前、以浆体保温隔热材料和以聚合物水泥砂浆为粘结层的硅酸盐类板块保温隔热材料组成的外墙保温隔热工程，大多都是将墙体结果不需找平，保温浆料或粘结砂浆可代替找平层作为“技术优点”推向市场，并被开发商接受而应用于工程中。,2）结果是： A 由于墙体结构表面的砌筑或浇注平整度非常差，形成保温浆料层或粘结砂浆层的