建筑节能设计中屋面、外墙保温材料的选择

万波

摘要：在建筑节能设计屋面、墙体保温材料的选择中，探讨节能材料的物理特性和选择要点，为设计师提供节能材料数据和优、缺点对比，提供可适用度的建议。

建筑节能，意义在于以建筑物为里，以建筑物外围护结构为表，对其整体的采暖（冬季）、制冷（夏季）进行合理控制，对于改善居住条件，减小传统能源消耗，甚至对于当前大环境下的减少空气污染，整治“雾霾”，都具有战略性的意义。

根据国家“第十三个五年计划发展纲要”对于建筑专业的相关首要要求：“强化建筑节能”，具体措施其中有对新建建筑的节能要求、亦有对既有建筑的节能改造，实施绿色建筑全产业链发展计划。由此可见节能、绿色将在国家的带领下进一步长足发展，“绿色、节能建筑”的全面展开已在眼前。

我国制定的阶段性节能政策：

第一阶段（1986年~1995年），新设计的新建建筑，其采暖能耗应在当地通用标准的设计基础（1980年~1981年设计标准）上节能30%；

第二阶段（1996年~2004年），新设计的新建建筑，其采暖能耗应在当地通用标准的设计基础（1980年~1981年设计标准）上节能50%；

第三阶段（自2004年起），新设计的采暖居住建筑，节能设计要求再次提高，需在以上第一、第二阶段的基础上，达到当地通用标准的设计基础（1980年~1981年设计标准）节能的65%；故此文将以最新的《公共建筑节能设计标准GB50189-2015》作为技术指导纲要，展开对建筑物屋面、外墙节能材料的选择的探讨（建筑物条件选择：夏热冬冷地区的甲类公共建筑；24m＜建筑物（非人员密集建筑物）≤50m）。

一、屋面保温工程：

屋面在节能计算中输入的最不利做法：20mm厚水泥砂浆抹灰+120mm厚钢筋混凝土屋面楼板+20mm厚水泥砂浆抹灰，根据《公共建筑节能设计标准GB50189-2015》规范要求：屋顶传热系数要求K（单位W/（㎡•K））≤0.40（围护结构热惰性指标D≤2.5）；K≤0.50（围护结构热惰性指标D＞2.5）；另根据《建筑设计防火规范GB50016-2014》，现模拟建筑的屋面节能材料可燃性能等级不应低于B1级；

二、外墙保温工程：

外墙在节能计算中输入的最不利做法：20mm厚水泥砂浆抹灰+200mm厚钢筋混凝土剪力墙（取热桥最不利的剪力墙外墙部位）+20mm厚水泥砂浆抹灰，根据《公共建筑节能设计标准GB50189-2015》规范要求：外墙传热系数要求K（单位W/（㎡•K））≤0.60（围护结构热惰性指标D≤2.5）；K≤0.80（围护结构热惰性指标D＞2.5）；另根据《建筑设计防火规范GB50016-2014》，现模拟建筑的外墙节能材料可燃性能等级不应低于B1级；

三、首选保温材料如下：

①无机保温砂浆；②半硬质矿（岩）绵板；③半硬质玻璃棉板；④发泡水泥板；⑤挤塑聚苯板（XPS）；⑥膨胀聚苯板（EPS）；⑦聚氨酯泡沫塑料；⑧膨胀珍珠岩保温板；⑨泡沫玻璃保温板；⑩STP保温板。

①无机保温砂浆

•燃烧性能等级A级

•导热系数（单位W/（m•K））0.070~0.12

•优点：施工方便、工艺成熟，适用于对于外墙保温效能中等的温度气候分区（降水较少的温和地区、夏热冬暖地区、夏热冬冷地区）。

•缺点：产品本身吸水率较高，设置装饰面层、面砖后与产品本身较难紧密结合，导致雨水大量渗入无机保温砂浆中，导致结果一、吸水后导热系数增加，影响保温效果；结果二、经多次冻融后，多处的开裂会导致本产品及外层装饰面脱落引发事故，故在无机保温砂浆的实施中，应严格按照其技术规程严控工程施工质量，并需按要求设置界面砂浆、抗裂砂浆、耐碱网格布、塑料锚固螺栓及外墙柔性耐水腻子等多重防护。

•总结：燃烧性能等级A级，施工方便、工艺成熟，无机保温砂浆外保温体系需对于高层建筑慎用，做好加固防护构造措施，防止脱落引发事故。

•适用度：屋面外保温★☆☆☆☆、屋面内保温★★★☆☆、外墙（涂料、饰面砖饰面）外保温★★★★☆、外墙（涂料、饰面砖饰面）外墙内保温★★★☆☆。

②半硬质矿（岩）棉板

•燃烧性能等级A级

•导热系数（单位W/（m•K））0.048

•优点：耐候性较高，吸水率较低（需经憎水处理，表面呈荷叶效应，水珠自然落下），工艺成熟、施工较为方便。

•缺点：抗剥离强度较低，面层上纤维易脱落，故面层上可承受荷载较小，目前的加工工艺亦难避免局部空鼓。在施工过程中应有固化表面纤维的措施，渗水后易脱落，应增加粘结面积，增加螺栓锚固点，抹灰面与半硬质矿（岩）棉板间设置双层网格布，适用于不超过100m的干挂石材、玻璃幕墙、涂料类墙面，因材料强度、污染等原因，不适用于内保温。

•总结：矿（岩）棉板属于应用最多、最成熟的保温系统，德国规定：“建筑高度超过22m以上的建筑，必须采用燃烧性能等级A级的保温材料。”故其绝大部分也是选用岩棉板做为保温材料。在我国国内，岩棉板多采用沉降法工艺，纤维丝层间结合力较差，矿渣含量较高，酸度系数较低，吸水率高，且国内矿（岩）棉板产能约200万吨，实际生产约120万吨，在其中采用新型摆锤法工艺生产能用于外保温的岩棉不足10万吨，国内只有8家企业有这样的生产能力，能满足市场供应不足1000万㎡，故供应局面较为紧张，单价较高。

•适用度：屋面外保温★☆☆☆☆、外墙（涂料、饰面砖饰面）外保温★☆☆☆☆、外墙（干挂石材、玻璃幕墙）外墙外保温★★★★★。

③半硬质玻璃绵板

•燃烧性能等级A级

•导热系数（单位W/（m•K））0.045

•优点：保温性能较好，耐候性能较高，吸水率低，耐腐蚀。

•缺点：缺点同“半硬质矿（岩）棉板”，物理性能较差，抗剥离强度较低，面层上纤维易脱落，面层上可承受荷载较小，另其价格较“半硬质矿（岩）棉板”高。

•适用度：屋面外保温★☆☆☆☆、外墙（涂料、饰面砖饰面）外保温★☆☆☆☆、外墙（干挂石材、玻璃幕墙）外墙外保温★★★★★。

④发泡水泥板

•燃烧性能等级A级

•导热系数（单位W/（m•K））0.060~0.080

•优点：施工简单，施工速度较快，具有良好的抗老化性。

•缺点：强度较低（物理表现为脆性较高），吸水率较高，导热性能一般。

•总结：发泡水泥板保温性能比不上矿（岩）棉板、玻璃棉板、膨胀和挤塑聚苯板，但其耐火能力很好，可达到1000℃以上，生产原料无毒、无害，属于安全性环保材料，且作为利废产品得到国家产业政策的支持，另外使用寿命较长，有机材料的设计寿命在20~25年，故有机材料作为保温材料，在建筑物的一个生命周期中可能需要2~4次的保温施工，这样的反复操作对建筑本体也会造成损伤，缩短使用周期，同时施工也会对人们生产、生活带来不变；发泡水泥板使用寿命约50年，可以同建筑使用年限；吸水率高，不适用于屋面保温。

•适用度：外墙（涂料、饰面砖饰面）外保温★★★★☆、外墙（干挂石材、玻璃幕墙）外墙外保温★★☆☆☆。

⑤挤塑聚苯板（XPS板）

•燃烧性能等级B1级（需经过阻燃处理后方可达到）

•导热系数（单位W/（m•K））0.030

•优点：保温效果好，抗压强度、抗冲击性较好，防水、防潮、耐冻融、防渗透、自重轻。

•缺点：燃烧性能等级较低，市场上产品质量层次不齐。

•总结：本产品如不经过阻燃处理，则难以达到B1燃烧性能等级，在施工过程中、施工现场堆场中如遭遇明火、高温，极易发生火灾造成重大的事故，如选用，需严格要求本产品的燃烧性能等级达到设计要求；在计算过程中，需考虑防火隔离带设置并参与计算，构造做法应同时考虑XPS板与隔离带相交部位，确保建筑外表面整体平整度。

•适用度：屋面外保温★★★★★、外墙（涂料、饰面砖饰面）外保温★★★★☆、外墙（干挂石材、玻璃幕墙）外墙外保温★★☆☆☆。

⑥膨胀聚苯板（EPS板）（TPS板）

•燃烧性能等级B1级（需经过阻燃处理后方可达到）

•导热系数（单位W/（m•K））0.042

•优点：同XPS板。

•缺点：未经处理的EPS板燃烧性能等级更低，物理强度较差，如有外力作用易导致墙面内凹。

•总结：传统EPS板在现代化建筑建材市场上的占有率越来越少，其更新换代产品为“石墨模塑聚苯板SEPS”、“真金保温板TPS”，生产原理：运用了高分子防火隔离分仓颗粒技术，分隔为一个个隔火“小隔间”，遇火焰形成断热阻隔连续蜂窝状结构，阻隔火焰穿透，达到“准不燃”的防火效果；在计算过程中，需考虑防火隔离带设置并参与计算，构造做法时应同时考虑XPS板与隔离带相交部位，确保建筑外表面整体平整度。

•适用度：屋面外保温★★★★☆、外墙（涂料、饰面砖饰面）外保温★★★★☆、外墙（干挂石材、玻璃幕墙）外墙外保温★★☆☆☆。

⑦聚氨酯泡沫塑料

•燃烧性能等级B1级（需经过阻燃处理后方可达到）

•导热系数（单位W/（m•K））0.024

本产品分为1、硬泡聚氨酯复合板；2、现场喷涂硬泡聚氨酯防水保温材料。

•优点：两种产品都具备良好的导热系数（导热系数相同）；1、硬泡聚氨酯复合板物理性能类似于挤塑聚苯板，抗压强度、抗冲击性较好，防水、防潮、耐冻融、防渗透、自重轻。2、现场喷涂硬泡聚氨酯防水保温材料，整体性较高，不易因受潮脱落伤人。

•缺点：1、硬泡聚氨酯复合板，在未经过阻燃处理时，属于易燃材料，市场上本产品达标甚少，故设计师需谨慎选择。2、现场喷涂硬泡聚氨酯防水保温材料，在施工过程中，设置外抹灰之前，亦需严格控制施工高温、明火，防止施工时造成事故；另燃烧时会产生大量有毒有害烟气。

•总结：2010年11月15日的上海“11•15”特别重大火灾事故，电焊工在无灭火器及接火盆的情况下违规进行电焊作业，电焊溅落的金属熔融物引燃下方9层脚手架防护平台上堆积的聚氨酯材料碎块、碎屑，引发火灾，造成58人死亡、71人受伤等特别严重后果。经历过惨痛的事故后，虽然事故发生原因是由于违法分包、违章施工、无证施工等原因，但是仍然要求设计师把握设计原则：1、慎用B1、B2级保温材料；2、对于既有建筑的保温节能改造，需考虑人员入住、人员密集等原因，不应采用施工中会易燃的材料；3、对于已在施工的建筑物，设计师需及时跟进，慎重处理施工现场的材料变更、构造变更。

•适用度：屋面外保温★★★★☆、外墙（涂料、饰面砖饰面）外保温★★★★☆、外墙（干挂石材、玻璃幕墙）外墙外保温★★☆☆☆。

⑧膨胀珍珠岩保温板

•燃烧性能等级A级

•导热系数（单位W/（m•K））0.068

•优点：物理稳定性较好，耐火性能较好，材料环保，使用寿命可同建筑物。

•缺点：本产品吸水率大，导热系数一般，生产中差异性较大。

•总结：本产品吸水率大，在建筑物生命周期中保温性能降低，易开裂、空鼓，有脱落伤人的可能性。故在本产品使用时应加强的墙面防水处理，多降水地区建议慎用，高层建筑不建议选用。

•适用度：屋面外保温★☆☆☆☆、外墙（涂料、饰面砖饰面）外保温★★☆☆☆、外墙（干挂石材、玻璃幕墙）外墙外保温★☆☆☆☆。

⑨泡沫玻璃保温板

•燃烧性能等级A级

•导热系数（单位W/（m•K））0.062~0.066

•优点：防火隔离性能优异，自重较轻，耐久性较好，可等同于建筑物使用寿命，施工简便，可大面积铺贴。

•缺点：导热系数较高，膨胀变形系数较大，易在板缝处开裂，且有无机材料普遍的脆性特征，故在安装施工过程中容易被破坏，不适用于薄抹灰的的大面积工程。

•总结：较适用于采用B1材料的防火隔离带部位，适用于降水较少，需要强度的屋面保温，适用于降水少，保温性能要求不高的外墙部位，相比其他同等导热系数材料，价格偏贵。

•适用度：屋面外保温★★★☆☆、外墙（涂料、饰面砖饰面）外保温★★★☆☆、外墙（干挂石材、玻璃幕墙）外墙外保温★★★☆☆。

⑩真空绝热板（STP保温板）

•燃烧性能等级A级

•导热系数（单位W/（m•K））0.008

•优点：燃烧性能等级A级，保温效果优异，其效能约相当于膨胀聚苯板的5倍，挤塑聚苯板的4倍，聚氨酯的3倍，施工方便，可大面积黏贴，施工工期较短，节省人力成本，使用寿命基本同建筑物使用年限，吸水率小。

•缺点：无法现场剪裁，一旦破坏保温板表面，其保温效果会逐渐失去。

•总结：本产品是以超细玻璃纤维为芯材，以铝箔玻璃纤维布为面层，压缩内部并抽至真空的板材，以往用于冷链运输中冰箱、冷藏箱内部保温的材料，现本产品可用于建筑保温，其优异的保温性和不燃烧性能，适用于大多数建筑物，缺点为价格较高，对施工要求较高（不可破坏保温材料的外层铝箔）。在超高层建筑中，需要在每块板材中间设置另外的锚固点，此锚固点需要制作厂家预先留孔，防止芯材被破坏导致保温失效。

•适用度：屋面外保温★★★★☆、外墙（涂料、饰面砖饰面）外保温★★★★★、外墙（干挂石材、玻璃幕墙）外墙外保温★★★★☆。

三、结束语：

以上为现在建材市场上较为常见的十种材料，新型材料层出不穷，故只能在此抛砖引玉，需广大建筑师在实际的建筑节能设计中，根据不用环境、条件逐一甄别、谨慎选择，在保证安全的前提下，让建筑物具有有效的节能系统和更长久的建筑生命周期。

参考文献

[1]GB50189-2015公共建筑节能设计标准[S].北京：中国建筑工业出版社,2015.

[2]GB50016-2014建筑设计防火规范[S].北京：中国计划出版社,2014.

[3]肖群芳,李岩凌,苟洪珊,章银祥,徐海锋,王栋亮.玻璃棉板和岩棉板在外墙外保温系统中应用关键技术研究[J].新型建筑材料,2014,41(3):41-44.

[4]朱清玮,武发德,赵金平.外墙保温材料研究现状与进展[J].新型建筑材料,2012,39(6):12-16.

[5]倪浩群.无机保温砂浆系统外墙饰面脱落的原因分析与处理[J].住宅科技,2014,34(7):44-47.

[6]赵连昆,李莹,杨帆.现场喷涂聚氨酯发泡外墙保温系统施工技术要点[J].青岛理工大学学报,2011,32(2):137-140.

[7]章书建,刘雪娇.岩棉板薄抹灰外墙外保温系统应用及案例分析[J].墙材革新与建筑节能,2012(10):47-49.

[8]郭伟,陈曦.中国建筑节能技术标准体系现状研究[J].建筑节能,2013(9):61-65.

注

材料导热系数数据来自中国建筑科学研究院建研科技股份有限公司《建筑节能系列软件PBECA（2017年版）》。

作者简介

万波，生于1981年，现工作于华东建筑设计研究院有限公司，从事建筑师、项目经理、节能工程师工作；2003年参加工作，从事建筑设计行业至今，自2008年始建筑节能设计也作为主要工作内容之一，共设计在建、建成项目三十余项（含节能设计），曾于2012年设计金鼎香樟苑(嘉定区真新街道建华小区)荣获上海市优秀住宅工程设计三等奖；于2012年设计11号线马陆站住宅、商业及办公用房项目荣获上海市优秀住宅工程设计二等奖。