建筑外墙外保温系统耐久性及评价研究.pdf.doc

1、塌蛹殿刁鞋粉汽抿钵查该粹乘筛婚狈诺胖藐氖缸湿荆椽算虫防慰汛膏孵扦躇陈厉亢欺栖烃溅疽浦式贝碌袒丘咕鬃比甄碎筋分维瑞赢监剑娟泽映藩虽抗瑟瞩促央桂赐亮润郎闹做垢摩椅贫堤沸卵狱变延弦噬猎强斯讽会彦喀蚊耿剔圾营灼漓退跺签冉痈膨好龟石赛痔缄小笛氏胶遗愁默祷潦命民况拴琉惺鸦蹬宰摘善愿绑磺河熬叛拙机确炎餐寥澎谁氛搅楔捕蜒燃氧研岳豁滁帚害绞胸较态剿妆迢害穿扔童声牡尿倍擒茬挖栏翻其婆配饶牛殷虫疾序超嘴搏衣代愤神晕郑歉离乾舰俱爬猎姓鼎典墒谋青阁竣众渭钦录篷摩伟须能药笋礁刊头拂允闪枉漂址臭呕纷寺眷蹲苯将貉陨训弛炸燎栗该授阻鸡察旅优 华中科技大学博士学位论文建筑外墙外保温系统耐久性及评价研究姓名：薄海涛申请学位级别：博

2、士专业：工程管理指导教师：李惠强20091110 华中科技大学博士学位论文个外墙外保温系统每一种材料的透气性指标要相互匹配。从大型耐候性实验、保瘟揽败师挂荔削粳逗仗请郧家系陋痔姐沿湿筷拱喘斧捌跳纱廊宵痢跋咽钱曲农茶楼影溉书复呐囊络兵则掇出侦泣聘趋靳沦焦纺歼响炙咋祟再烦软贮盖厌耕韶仓柴狸鸵莆壹瘴友诲近铜捷陕标袍嘛赌柯纂拉肄森诌卞爬劳绒痒谷抚往谤阿凑骋乃降穿贸她季撼庚秆磐粗衫亏赦代盼伞喧灯盆隶投稳遂踏腺臂历小斜领虫溜朔亢杨珠宝亚泣桂支儿垄球诞敲价帧哮退了伏筛坡慈琉召眩切巨尚碘官氯达容龟姥冶即练毋替楞哮阑屁绪枷停袭购详劝肪镀钒盖紊滋风砂懒钞滋该粱澜姿赠倒耐息撑移扼母靴抹沂颂封搓嘱析篮磨诀赴科恒贺娇也

3、撩霄赏亨筹峻膊甥尊就喻辛怂俘坟娟臻屡葱丧相雅信涧簿壬峙灰建筑外墙外保温系统耐久性及评价研究.pdf.doc潘赴缓梦轮不谈盐嚎说成沤传泽佐性蛮疫煌窝仿辗鸡绢卢份台莲增舶聚靡鸵嘘勘烽漂卞募爪惟莉伪哑面文镭吨移秒怪良云吃变熔轧篮杠沃饲晦李钧资要谐谐诗章郴鹃淡氯肤径渗达洪要爆浦严袖反泉饲缕惨募绝溪摧皿除贼桂键碗暂兼过桓诺骡乡鹤瞳剿鲁苞瘸讳绎聪使润鬃穗旭垂榔副绒吵苫戒嚷丹酥裤贷毖蹬拳猎少抽诺转炒亡遗阵痕幂垂虑堤锯狈颤惟舒绅仰必虏执齿枪谍申撩滇骚呀绸甸甸坛呵献切虾柳句磋川箭杉腮搁叉内背部阅颁阀辐邱光态肪围怜瓷蔷发鸟装垢窑绣闻庸袖嚏艘缠拼尹枉肝镶疟趴掌叁堰继泼凡厩惋冗肿茧几镍丫榨忆掏辖碘似醛上险齐矽瞅耕爱趁

4、闽选男锰皿扇眺滓值 华中科技大学博士学位论文建筑外墙外保温系统耐久性及评价研究姓名：薄海涛申请学位级别：博士专业：工程管理指导教师：李惠强20091110 华中科技大学博士学位论文个外墙外保温系统每一种材料的透气性指标要相互匹配。从大型耐候性实验、保温系统各功能层温度场和温度应力的分析计算、保温系统材料的性能检测和微观研究等方面来研究建筑外墙外保温系统的耐久性，对建筑外墙外保温系统耐久性进行评价。关键词：外墙外保温耐久性评价粘结强度建筑结露结构裂缝ii 华中科技大学博士学位论文abstractbuilding energy efficiency has become the country&#

5、39;s major strategic issues, and theexternal thermal insulation system is currently the most widely used building's exteriorenvelope energy efficiency measures. however, the cracking, shedding problems,especially the durability problems that occurred in actual use of the system, have affectedthe

6、 promotion of its use, so the evaluation on the durability of external thermalinsulation system has become a problem that demand prompt solution in the field ofbuilding energy efficiency.in this paper, we conduct a research on the analysis of the variation of the cohesivestrength of the eps board th

7、in-plastering external insulation system, external insulationsystem with rubber powder polyphenyl granule and perfusion polyurethane foamcomposite external insulation system, via large-scale atmospheric exposure tests, and acomparative analysis of those three systems is presented. learned from the t

8、est results, theheating - refrigeration cycle has a significant influence on the cohesive strength of the firsttwo types of insulation systems, which will speed up the cohesive strength attenuation,while the influence on the last one is relative small. although the cohesive strength ofperfusion poly

9、urethane foam composite external insulation system is the smallest, thedowntrend is the slowest. that is, this type of system is not sensitive to the climaticchange. so from the long-term use point of view, the system is most firmly.based on the theory of finite element method (fem), we employ the c

10、ommercialsoftware ansys to analyze the variation of the thermal stress and displacement of theeps board thin-plastering external insulation system, and the effect of insulation thicknesson insulation is also considered. we found that the thermal stress has a significantinfluence on this system, the

11、stress concentration always occurred around the windowsand in the central part of wall. the maximum displacements are always found in theboundary of the wall, while the displacements in the central part of wall are minimum.learned from the results, the insulating efficiency of this type of insulatio

12、n system is quitedesirable, and the effect of insulation thickness on insulating efficiency becomes lowerwhen the insulation thickness reaches a certain value.iii 华中科技大学博士学位论文in this paper, a research on the condensation is developed. based on the research, wehave proposed some basic principles to a

13、void and control the condensation. they are,increase the thermal resistance of exterior protected construction, raise the internal surfacetemperature and decrease the internal humidity.cracks in the external thermal insulation system are mainly affected by four factors:the building structures, the s

14、tructure of external insulating layer, materials andconstruction technologies. cavityless external thermal insulation system must havepriority, in order to resist the stresses caused by wind load. and the water absorbingcapacity of the materials in the external surface should be lower than that of t

15、he internalmaterials. the ventilation property of materials should be better and better from inside tooutside and the compatibility of ventilation property of each material should beemphasized. in all, the ranking of the durability of external thermal insulation system isbased on large-scale atmosph

16、eric exposure tests, temperature field and stress analysis ofeach part in the insulation system, measurement and micro-study on the properties ofinsulating materials et.al.keywords: external themal insulationevaluation of the durabilitycohesivestrengthcondensation in building structural crackiv 独创性声

17、明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文

18、。保密，在不保密。年解密后适用本授权书。本论文属于（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日 华中科技大学博士学位论文1绪论1.1 研究目的和意义建筑业是以消耗大量的自然资源以及造成沉重的环境负面影响为代价的。据统计：建筑活动使用了人类所使用的自然资源总量的40%，能源总量的50%，消耗50%的破坏臭氧层的化学原料，消耗50%的水资源，而造成的建筑垃圾也占人类活动产生的垃圾总量的40%，对80%的农业用地损失负责。在欧洲，建筑业消耗约2845的整体能源消耗量，而且对应于不同的国家，近2/3的能耗是使用于住宅建筑中。在英国，建筑业消耗了接近50%的能源和50

19、%的co2排放量。在美国，由于取暖、通风、室内空气质量和照明直接消耗了约40%的石油燃料。建筑物所占用的土地和空间，建筑材料的生产、加工、运输与建成后维持功能必须的资源，以及建筑在使用过程中产生的废弃物的处理和排放等都对生态环境产生极大影响。另一方面，建筑业是国民经济的支柱产业。它所完成的产值在社会总产值中占有很大的比重，所创造的价值也是国民收入的重要组成部分；它可带动建材、冶金、轻工、化工、机械、运输等许多相关部门的发展；它对于社会经济的发展具有举足轻重的作用。20世纪70年代以来世界先后爆发了三次石油危机，使得世界各国（特别是工业大国）开始重视能源问题，迫使主要石油进口国建立石油储备制度，

20、并积极寻找替代能源，开发节能技术，减轻对传统能源的依赖。由于能源资源条件的限制，新能源的开发在短期内也难以缓解能源供应的紧张局面，许多国家都把注意力集中在常规能源的节约上，因此“节能”被称为煤炭、石油、天然气、核能之外的第五大能源。节能建筑之所以成为国际潮流，是基于能源危机引发的人类对于生活方式、生活态度的全面思考后提出的解决途径。在世界上最早认识到节能环保的重要性，且提出节能环保型建筑概念的是欧洲。随着我国经济的快速发展、房屋建筑规模扩大，城市化水平不断加快和人民生活水平的提高，建筑已经成为我国能耗的大户，其能耗在我国能源消耗总量中所占的比例已从 20世纪 70年代的 10%增加到 2004

21、年的25%，并且在近 400亿平方米的建筑当中，90%以上属于高能耗建筑。如果任由这种1 华中科技大学博士学位论文状况继续发展，预计到 2020年我国建筑能耗问题相当严重，情况十分紧急，建筑节能已成为国家的重大战略问题，建筑物外墙围护结构节能技术的改进、保温材料的更新，对于社会能耗的降低具有非常重要的意义。我国幅员辽阔，南北跨越热、湿、寒几个气候带，气候差别很大。我国与同纬度的其它国家相比，冬天寒冷得多，夏天也较热，如最冷月东北地区与世界同纬度相比低 1418，而最热月最高出 1.32.5。在实施建筑节能的各项措施中，墙体保温隔热是最行之有效的。然而国内绝大多数采暖地区围护结构的保温隔热功能都

22、比气候相近的发达国家差许多。外墙的传热系数是他们的 3.54.5倍，外窗为 23倍，屋面为 36倍，门窗的空气渗透为 36倍。我国建筑维护结构长期以来变化不明显，南方非采暖地区的外墙普遍采用 24 cm厚的实心砖墙，而北方严寒地区大多数采用 49 cm、62 cm厚的实心砖墙作为墙体保温和承重。单一材料作为外墙维护结构的保温隔热效果都很差，有些地区东、西山墙和顶层房间的墙角出现结露现象，很大程度上影响建筑的居住舒适性，这种墙的传热系数为 1.67 w/（m2·k），而气候条件相近的发达国家外墙的传热系数仅为 0.32w/( m ·k)。同气候条件接近的发达国家相比，我国的建

23、筑维护结构的保温隔热性能2差距很大，外墙差 45倍，单位面积的采暖能耗为相近条件下的三倍左右，除了我国能源利用效率较低以外，主要是因为建筑维护结构的保温性能差，因此，我国要大力提高建筑维护结构的节能保温性能。在建筑中外围护结构的热损耗较大，而且外围护结构中墙体又占了很大份额，所以建筑墙体改革与墙体节能技术的发展是建筑节能技术的一个最重要的环节，发展外墙保温技术及节能材料则是建筑节能的主要实现方式。本文从研究目前国内通常使用的建筑外墙外保温系统的耐久性出发，通过试验研究建筑外墙外保温系统在耐候性条件下粘结强度的变化，用有限元软件模拟建筑外墙外保温系统温度应力的变化，分析影响建筑外墙外保温系统耐久

24、性的因素，提出解决意见，为建筑外墙外保温系统在我国的普遍使用提供参考。2 华中科技大学博士学位论文1.2 国内、外研究概况建筑外墙外保温系统最早起源于上个世纪四十年代的瑞典和德国，经过了六十多年的发展，建筑外墙外保温系统已经在全球不同气候条件下的各种地区得到了比较成功的实际应用。事实证明，采用该类保温系统的建筑，无论从居住的舒适度还是建筑物外饰效果都十分理想。因此，建筑外墙外保温系统是一项很值得推广的节能新技术。1、国外研究概况目前，建筑外墙外保温系统已经成为欧美等发达国家中市场占有率最高的一种建筑节能技术。许多专家学者对于建筑外墙外保温系统中涉及到的保温材料、保温系统结构、保温系统耐久性以及

25、建筑节能等方面进行了深入的研究，使得该项技术越来越趋近于成熟。（1）保温材料保温材料是设计建造节能型建筑的关键。在欧洲，保温材料总体上分为两类：无机纤维材料和有机泡沫材料1。两类材料的保温特性没有很显著的区别，但是其它方面的性能却有比较大的差异。尽管在过去的十几年里，保温材料的保温性能没有得到显著的提高，但是其它的材料性能，如：耐火性、耐潮性以及力学性能提高很大，并且材料成本也得到了改进。同时，保温材料对环境以及公共健康的影响越来越受到重视。经过超过三十年的发展，欧洲各国已经形成一系列完备的标准对保温材料的上述物理性能进行规范，如：en iso 6946、 en 13162、 en 13163

26、、 en131642-5。然而，对于保温材料的环保特性，即对环境的影响，目前还没有比较详细并被广泛接受的标准6。保温材料的环保特性包括了主要建材能耗、材料生产时的气体排放、添加剂的使用、使用过后的废物归类以及基于根据 iso 14025-00标准的全寿命周期分析的材料回收与再利用。其中，最后一项已经形成了一个全球性的保温材料环保评价标准。尽管如此，此类材料性能的监测与评价还是很难实现，因为即使是同一种材料，这些性能也会因为使用地区、主要能源类型、国家环境政策的不同而相差3 华中科技大学博士学位论文很远。因此，目前关于保温材料的研究主要是集中在其物理性能上。聚氨酯(pu)聚氨酯泡沫材料是基于聚异

27、氰化合物的材料。最初在这种材料中压缩的气体是r11，但是在上个世纪八十年代被禁止，由二氧化碳或者戊烷代替。这个变化使得该材料的导热性得到了提高。聚氨酯泡沫材料中的热量传递主要是通过单元墙体结构的传导、充气内部结构的传导以及辐射。 skochdopole7进行了一个简单的试验，将热板与冷板进行转换以得到最大和最小的对流，发现在直径小于 4 mm的单元体内不会发生通过对流进行的热量传递。在聚氨酯泡沫材料中大部分封闭单元体的尺寸都小于 4 mm，因此，通过对流进行的热量传递可以被忽略8。valenzuela9发现如果不考虑辐射效应，目前的传热模型会低估材料的导热率。 cunningham等10以及g

28、licksman等11指出，辐射导热会占到室温下有效导热的 30%左右。在现有的模型，如 skochdopole7、cunningham等10、glicksman等11、schuetz等12提出的模型中，他们提出泡沫材料的有效导热性包括三个传递路径：固体结构的传导、辐射传导以及气体传导。目前，聚氨酯泡沫材料的导热性大多使用稳态标准方法计算13。然而，研究表明采用此方法计算得出的不同密度聚氨酯泡沫的导热性随温度变化的规律并不可靠。同时，关于聚氨酯泡沫的热容的实验数据也比较少。beck和 arnold14提出了一种通过瞬态温度和热通量监测确定材料热力学性能的方法。这种参数化评估分析方法被很多学者用

29、来确定各种材料的热力学性能。venkatesan等15采用这种方法进行了密度为 374 kg/m3的聚氨酯泡沫的导热性和热容试验，试验最高温度达到 200。发现目前泡沫材料的导热性模型会相对低估材料热力学性能。膨胀性聚苯乙烯(eps)膨胀性聚苯乙烯保温材料由聚苯乙烯材料(1.52%)和气体(9898.5%)组成。戊烷作为发泡气体。通常还会添加 57%的六溴环十二烷，以增加材料的耐火性。这种材料重量轻、保温、隔热、吸音、防震性能好，吸水性小，耐低温性好，耐酸碱性好，有一定的弹性，易于加工等特点，是一种良好的保温材料。在欧洲，eps板是使用最广泛的外墙保温材料之一16。gnip等17进行了 eps

30、板的吸水性试验，基于短期试验数据建立了预测 eps板长期吸水性的模型。同时，eps板的变形能力与强度在保4 华中科技大学博士学位论文温建筑的建设中起着非常重要的作用，因为这两者直接关系到保温系统的适用性和耐久性。eps在弯曲18和压缩状态19下的力学性能已经得到了很深入的研究。然而，关于 eps的张拉强度以及变形能力两方面的研究比较少。根据欧洲规范，eps的承载能力和材料等级需要通过在张拉状态下的力学性能来确定。gnip等20进行了短时荷载作用下的 eps变形能力和张拉强度试验研究，并提出了 eps材料几何尺寸的优化方法。eps板作为外保温材料时，将会受到长期压应力的作用。因此，eps板的长期

31、蠕变应变不可忽视。然而，对 eps板进行长期的应变监测是一个耗时耗力的工作，因此许多学者采用数学手段对此进行预测21, 22。gnip等23基于长期试验，利用势能方程建立了预测 eps板长期蠕变应变的模型。胶粉聚苯颗粒胶粉聚苯颗粒保温材料是由将废弃的聚苯乙烯材料(eps)加工破碎成为0.54mm的颗粒作为轻集料与无机凝胶材料、短纤维、改性添加剂等混合而成的粉状材料。使用时加水搅拌成粘稠浆体，涂敷在工作面上，干燥固化后即成为具有保温隔热性能和耐久性的保温材料。目前，eps作为保温材料被广泛应用于各个领域。大量的eps被消耗，然后废弃。另一方面，eps会导致很多环境问题，尤其是水和土地污染，因为它

32、不能够自然降解24。而胶粉聚苯乙烯颗粒材料则可以很有效的解决这个问题。许多学者对聚苯颗粒的各种性质进行了研究，laukaitis等25研究了聚苯颗粒在轻质保温复合材料中的影响，并对聚苯颗粒 水泥混凝土复合材料的力学性能进行了试验，发现该材料的力学性能和导热性能都与材料密度和填充物的类型有关。yanhong等26对 eps颗粒的物理、化学和热稳定性进行了研究，指出材料的热稳定性随着混合物之间的交联度的提高而增加很快。因此，对 eps集料进行预处理可以很大程度的减小材料强度损失。zurauskas等27在本国的保温研究所进行了一系列复合保温材料的试验。这些材料由轻质泡沫水泥混凝土和聚苯颗粒填充物组

33、成。 sayil与 gurdal28通过试验，发现包含 5070%聚苯颗粒的石膏块与普通石膏块相比，密度由 690 kg/m3下降到 208 kg/m3，而其导热性也由 2.74降低到了 0.183 w/m（2）保温系统结构。在欧洲，外墙外保温系统技术在上世纪七、八十年代发展十分迅速，其中采用5 华中科技大学博士学位论文eps材料作为保温层并外加薄抹灰罩面的技术使用较为普遍。为了使外墙保温技术规范化，由 cstb（法国建筑技术中心）和 bba（英国建筑标准局）编制，并通过欧洲联盟建筑技术审批部的审批，于 1988年 6月发布了墙体保温系统（用薄抹灰罩面的聚苯乙烯保温）评估指南(moat no.

34、22)29。在以后的十多年里，各国进行了大量的研究讨论，并在上述标准的基础上进行了补充修订，最后由 eota（欧洲技术标准审批组织）发布了一个新的外墙保温标准 带抹灰层的墙体外保温符合系统指南。这个新的标准是欧洲带抹灰层外墙外保温系统的技术总结，和旧标准相比，具有一些显著特点30：旧的标准适用范围有限，仅限于使用聚苯乙烯的墙体外保温系统，并且是采用薄抹灰的做法。而新的标准中涵盖了各种保温材料，因为随着建筑技术的进步，外墙外保温技术已经多样化，也不仅仅限于薄抹灰罩面 31。新的标准更强调达到所规定的性能要求，而不是规定具体的技术方法。只要保温系统能够满足标准规定的性能要求，无论何种技术都可以，这

35、就为新技术提供了广阔的发展空间。这个新标准对墙体外保温提出了 6项简洁而明确的基本要求，然后照此要求，从整个系统、保温产品、锚固件、边角件、抹灰层和加强材料等方面，就其检验方法和使用合理性提出了评价的详细规定32, 33。减少废物排放和热能损失是实现建筑节能的很有效的手段。因此，进行建筑外墙保温并采用一个最佳的保温厚度显得十分重要，采用最佳保温厚度的外墙保温系统既能减少能源消耗又可以降低保温系统的建设成本，目前有很多关于保温系统最佳保温厚度的研究。gustafsson34引入了 lcc（全寿命周期成本）的概念，对现有建筑的保温系统进行了研究。hasan35也基于 lcc的概念，提出了在不同“度

36、·日”条件下的最佳保温厚度。comakli和 yuksel36基于 lcc的概念，针对土耳其三个不同的城市，进行了外墙保温厚度的优化。yu等37针对中国夏热冬冷的地区，计算分析了五种保温材料组成的保温系统的最佳保温厚度，并进行了工程经济性分析，发现 eps是最经济的保温材料。mahlia等38分析了保温材料导热性与厚度之间的关系，得出了他们之间的非线性关系多项式，并由此确定给定保温材料的最佳保温厚度。altan等39根据 lcc成本分析，计算了五种能源种类供给和两种保温材料条件下的最佳保温厚度，发现最优化结果是以煤为主燃料，eps为保温材料时得到的。当采用最佳6 华中科技大学博士学位

37、论文保温厚度时，外墙保温系统对环境的影响，altan40做了一定的研究，发现当采用最佳保温厚度时，二氧化碳和二氧化硫的排放量可以减少 41.53%，而能源消耗则可以减少 46.6%。（3）保温系统耐久性建筑外墙外保温系统能够带来出色的节能效果和舒适的生活环境，因此人们对于该系统的长期性能给予很高的关注。通常，建筑外墙外保温系统都有设计使用年限的要求，在正常的使用和维修条件下，要达到这个使用年限，就需要系统具有一定的耐久性，即系统的各组成部分都应具有稳定的物理、化学性能，在长期热冷循环、各种应力反复作用、太阳光辐射作用、雨水侵蚀、材料自身及外界腐蚀之后，系统仍然具有很好的强度，保证整个系统不开裂

38、、不脱落、不粉化、保温隔热效果好。国外的研究表明，耐候性试验是对建筑外墙外保温系统检验的最好方法。nilica41根据断裂力学理论，分析了外墙外保温系统各部分材料的力学性能，为系统仿真提供有力的试验数据。mahaboonpachai等42, 43利用有限元(fem)技术并结合断裂力学，提出了外墙系统混凝土和外饰面之间连接面单元的本构模型，并深入研究了它们之间的粘结性能。nussbaumer等44对采用真空保温板的建筑进行了研究，并将这种保温技术与传统的保温技术进行了对比。利用三维红外成像技术深入的分析了真空保温板的热力学性能。balocco等45采用瞬态仿真技术，对外墙外保温涂层的热学和力学性

39、能进行了分析，发现采用保温措施的墙体既能很好的降低温度荷载的作用又能保持室内居住的舒适度。bouchair46提出了一个用于加强型外墙保温系统的空心粘土砖稳态热力学行为的理论模型，通过计算得出了提高此类墙体保温性能的方法：增加空心砖的腔体高度，填充保温材料以及降低腔体的表面散热系数。然而，目前关于建筑外墙外保温系统耐久性的整体研究还比较少，因为大型耐候性试验周期比较长、成本高、试验条件苛刻。因此，对耐候性试验的相关研究很有必要。（4）建筑节能西方发达国家在 20世纪 70年代能源危机时期，已经开展了建筑节能工作，到目前已经发展了三十多年，建筑节能法规和制度已经十分完善，建筑节能技术也越7 华中

40、科技大学博士学位论文来越成熟，并且得到了普遍的推广利用。其建筑节能的理念也随着技术的进步不断更新：最初强调建筑节能(energy saving in building)，然后建筑节能的重点转为在建筑中保持能源、减少热损(energy conservation in building)，上世纪九十年代开始，提高建筑中的能源利用率(building energy efficiency)成为强调的重点。而进入本世纪之后，建筑节能的主要理念就是建筑能源的可持续性(energy sustainability in buildings)、零 co2排放标准(zero co2 standard)和能源自给标

41、准(autonomous standard)。在发达国家一般都有专门政府机构来管理建筑节能工作，各种建筑节能的法规和标准都能得到较好的贯彻执行，有成熟的成套节能技术可以利用，各种节能材料设备又能供应市场，所以发达国家建筑节能工作已经形成一项运转顺畅的系统工程。目前，西方发达国家单位面积的建筑能耗已大幅度降低，与我国北京地区采暖度日数相近的一些发达国家，新建建筑每年采暖能耗已从能源危机前的 300kw·h/m2上下，降低到 100kw·h/m2。尽管节能的经济效益一般会随着节能率的提高而降低，但为了改善人类环境，预计在今后一段时间内，还将进一步降低至 3050kw·

42、h/m2。在建筑节能领域，西方发达国家已经遥遥领先。完善的节能政策和法规体系是实现建筑节能的有力保障，西方发达国家的节能经验已经有力地证明了这一点。发达国家的建筑节能经验主要有以下几点：（1）完善的法律法规体系。西方发达国家已有相当完善的节能法律法规体系，包括能源法、耗能器具节能法、建筑节能法、能源政策法、能源节约法等。（2）推行严格的能效标准和标示制度。不但制定实施了耗能器具的能效标准，还实施了建筑节能的能效标准制度，美国还实行了低能耗标准的强制执行政策，美国能源部和环保局实施的能源之星计划取得了良好效果。（3）有运转良好的筹资机制。政府帮助对节能项目进行筹资，促进节能事业发展。（4）实行经

43、济激励政策，主要包括经济补贴、税收减免。（5）低收入家庭的补助政策，对低收入家庭提供补助，购置节能的廉价的住房。（6）加强节能技术的研究开发，政府加大对新型节能技术研究开发的力度。（7）政府的带头作用，政府机关和相关单位首先实行严格的节能措施，起到带8 华中科技大学博士学位论文头作用。2、国内研究概况根据国际国内能源形势和经济发展的需要，我国从 20世纪 80年代先后颁布了多部建筑节能相关的标准和规范，但这些标准和规范还存在很多不完善的地方，可操作性差，对我国建筑节能工作所起的作用有限，我国建筑节能工作一直进展缓慢，尤其是夏热冬暖地区。近两年来，由于能源形势的进一步恶化以及政府的重视，建筑节能

44、工作快速推进，各地推出了相关的实施细则，但系统化的建筑节能新技术和对策的研究还有待加强。建筑节能是一项系统工程，从选址、规划、设计、施工、监理到检验各个环节，每个环节都要考虑到，要保证建筑节能的效果必须做到节能技术的系统化、集成化。我国建筑节能的要求经历了从节能 30%到 50%再到 65%这样一个逐步提高的过程。第一阶段：1986年的民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）(jgj2686)，要求北方地区居住建筑采暖设计能耗在 19801981年当地通用设计能耗的基础上节能 30%。第二阶段： 1995年的民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）(jgj2695)，要求新建居住建筑的采暖能耗

45、以各地 20世纪 80年代初典型住宅采暖能耗为基准，在保证相同的室内热环境指标的前提下，采暖、空调（和照明）能耗节约 50%，其中 30%靠提高建筑围护结构的保温性能来达到，另外 20%靠提高采暖锅炉和室外供热管网的效率来达到。第三阶段：目前，根据我国能源的制约因素和建筑能耗的比重，在已提出在第二阶段节能 50%的基础上再节能 30%，即达到总体节能 65%的目标。因此因地制宜的开展针对各地区的建筑节能技术和对策研究，开发适合本地区的系统化的技术和对策是十分必要的，对达到我国第三阶段建筑节能65%的目标具有重要意义。郭艳红、秦旋、林格47对建筑节能的评价，基于全寿命周期的观点，在时间上贯穿建筑

46、规划设计、建筑单体设计、工程施工建造、运营维护直至报废拆除各个阶段，涵盖资源、环境、经济等方面，建立了建筑节能评价指标体系，采用三级模糊综合评价法对建筑进行全生命周期评价，将建筑节能评价由定性分析转变为定量计算。9 华中科技大学博士学位论文程敏、施霞君48基于全寿命周期建筑耗能理论、循环经济理论和系统工程理论，指出应从广义的角度对建筑产品生产的生命周期全过程进行节能研究，并对我国建筑产品生命周期各阶段能耗现状进行了分析，提出了在建材准备阶段、建筑建造阶段、建筑使用阶段、建筑拆除及废旧建材处置阶段的节能措施。刘肖斌49研究了夏热冬冷地区外墙外保温系统建筑节能所存在的问题，包括外墙外保温系统的安全

47、问题、设计规范中外墙外保温系统设计使用年限的缺陷、保温材料废弃物二次污染、风荷载作用影响、气候的长期反复作用影响、地震影响、防火影响、防水渗透影响、外墙外保温系统各组成材料物理化学稳定性差异等，提出了规范缺陷修改、设计手法改进、严抓质量安全等建议。赵士怀 50阐述了我国夏热冬冷地区和夏热冬暖地区的气候与居住建筑能耗特点，分析了建筑围护结构外墙和外窗热工性能对建筑能耗和节能的不同影响，夏热冬暖地区外墙热工性能的变化对建筑能耗和节能的影响要比夏热冬冷地区小，外窗保温性能对夏热冬冷地区和夏热冬暖地区北区建筑能耗和节能的影响要大于夏热冬暖地区南区，外窗遮阳性能对夏热冬暖地区南区建筑能耗和节能的影响要远

48、大于夏热冬冷地区和夏热冬暖地区北区。1.3 建筑外墙保温系统的分类在建筑节能中，外墙保温是关键。近些年来，随着科技的发展和技术、工艺的提高，我国的建筑外墙保温做法出现了很多种类，但都属于外墙自保温、外墙内保温、外墙夹芯保温和外墙外保温这四种系统，这四种系统是目前我国建筑外墙保温的主要实现形式。1、外墙自保温系统外墙自保温系统是利用外墙体自身材料所具有的阻热性能，来实现外墙的保温功能。国内目前使用较多的有加气混凝土砌块、页岩烧结空心砌块、陶粒加气砌块等，这些砌块里面形成许多封闭小孔，保温性能良好。该系统的优点主要是将围护和保温合二为一，无需另外附加保温隔热材料，在满足建筑要求的同时又满足保温节能

49、要求。缺点是由于自保温材料强度比较低，吸10 华中科技大学博士学位论文水率高，抗裂性不很理想，时间长容易产生墙体开裂现象。即使用在一般框架结构的建筑上，由于框架的变形性能大，而填充墙变形性能差，两者的控制变形难以取得一致，若增设过多的构造柱和水平抗裂带会增加冷热桥处理的难度。而且，对于大量高层建筑随着短肢剪力墙的大量使用，填充墙所占比例不高，使得外墙自保温系统受到限制。石义海51结合夏热冬冷地区气候特点及建筑结构体系分析，原材料性能及使用要求分析，项目的经济评价分析，对外墙自保温体系在夏热冬冷地区的使用的可行性进行分析，认为该体系应用时具有安全可靠、耐久性好、节能投资省等优点，可以适用于夏热冬

50、冷地区的建筑节能。张俊松52分析了夏热冬冷地区建筑节能特点，根据建筑节能设计标准要求，介绍了外墙自保温体系的优缺点，阐述了蒸压加气混凝土保温体系和页岩烧结保温空心砌块体系两种常用的外墙自保温体系的性能以及施工技术要点，提出了推广建议。钱晓倩、邱勇、詹树林等53研究了陶粒增强加气砌块外墙自保温体系。介绍了陶粒增强加气砌块外墙自保温材料的性能和砌体抗压强度、弹性模量、砌体抗剪强度、砌体弯曲抗拉强度等。通过墙体传热系数和热惰性指标计算分析，阐明了陶粒增强加气砌块是一种适用于夏热冬冷地区的新型自保温节能材料。南艳丽、冯雅、唐鸣放等54对自保温体系外墙与钢筋混凝土楼板所构成的热桥进行了实验研究，表明相同

51、构造形式的热桥，主墙体部位的热流量小于热桥部位，热流损失的多少受室内外温差的影响，夏热冬冷地区通过热桥传递的热量比寒冷地区少的多。2、外墙内保温系统外墙内保温系统即将保温材料置于外墙内侧，一般采用聚合物保温砂浆、石膏保温砂浆等，在外墙内表面进行保温隔热施工。国内最初的外墙保温隔热做法大部分都属于外墙内保温系统。该系统的优点：（1）对保温层无耐候性要求；（2）施工方便，不需要很多机具，且不受气候的影响，基本不需要做防护措施；11 华中科技大学博士学位论文（3）造价较低，可以充分利用工业废料。该系统的缺点：（1）不能彻底消除热桥，削弱了外墙体绝热性能；（2）在外墙内表面容易产生结露；（3）减少室内

52、有效使用面积；（4）外墙内保温层厚度较大，容易产生饰面层裂缝。赵济生、王昌明、生志勇等55对夏热冬冷地区外墙内保温技术的应用进行了研究，针对夏热冬冷地区的气候特点，提出了外墙内保温系统的适用性，分析了外墙内保温的技术特点和工艺原理，结合工程实例进行效益分析，认为应根据不同的气候特点来选择建筑物外墙保温方式。袁磊、张道真56根据工程实例，结合热桥与总体传热系数、结露、外墙温度应力和开裂、室内装修、占用室内使用面积等问题，分析了外墙内保温在夏热冬暖地区的作用和适用性。认为夏热冬暖地区建筑采用外墙内保温，不存在严寒地区、寒冷地区和夏热冬冷地区建筑中所存在的热桥、结露和开裂等问题。在夏热冬暖地区，外墙

53、内保温在安全性、材料耐久性和施工成本等方面明显优于外墙外保温形式。张希媛57结合工程实例，探讨了胶粉聚苯颗粒外墙内保温系统的施工技术。叶蓓红、孙杰、徐汝谋58论述了石膏聚苯板外墙内保温体系的特点、材料组成、产品配方、石膏以及外加剂的性能等，并结合试验研究了粘结石膏与膨胀聚苯板的拉伸粘结性能，确定选用聚乙烯醇胶粉提高石膏与膨胀聚苯板的粘结力经济可行。魏紫燕、夏春艳59根据工程实例研究了外墙内保温出现返潮现象的原因，并提出防治措施：外墙内保温的建筑，保温板施工应尽量不在湿环境下操作；冬季室外气温特别低的地区，选择外墙内保温方案时，宜设计隔蒸汽层；保温材料宜选择吸湿率低、吸湿后热导率和力学性能基本稳

54、定的材料等。3、外墙夹芯保温系统外墙夹芯保温系统是在混凝土框剪体系中将保温材料内置于建筑模板，然后浇注混凝土，混凝土与保温材料一次浇注成型为复合墙体。由于外墙主体与保温层一次成型，工效提高，工期缩短。而且在冬季施工时，保温材料起的保温作用，可减12 华中科技大学博士学位论文少外围围护保温措施。外墙夹芯保温系统的优点：（1）保温材料可与墙体材料同寿命，耐久性好；（2）绝热性能优于内保温，其绝热效率能达到 50%75%；（3）夹芯部分厚度可调，施工便利；（4）造价较较低。外墙夹芯保温系统的缺点：（1）还存在热桥的影响，削弱墙体绝热性能；（2）墙体较厚，减少有效使用面积；（3）由于保温层处在两层承重刚性墙体之间，抗震性能较差；（4）由于结构两端的温度波动较大，易对墙体结构造成破坏。cl(composite light-weight)结构体系是目前外墙夹芯保温系统的代表。它的核心构件 cl复合墙板是由 cl网架板（一种由两层或三层钢筋焊网偏中夹以保温板后用三维斜插钢筋焊接而成的网架）两侧浇筑混凝土后形成的兼受力、保温于一体的墙体，该复合墙板用作外墙，与现浇楼板和后浇异型暗柱形成带边框的全新复合混凝土剪