■ 許利軍 XU Lijun

0 引言

外墻滲漏是目前既有住宅外墻外保溫工程的常見質(zhì)量問題之一。外墻滲漏后，雨水進(jìn)入保溫層，除了會(huì)影響外保溫系統(tǒng)的耐久性外，對(duì)外保溫系統(tǒng)的熱工性能也將產(chǎn)生一定影響。但外墻滲漏對(duì)外墻保溫性能的影響程度到底有多大，目前尚無相關(guān)研究。本文將采用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)與軟件模擬相結(jié)合的方法，分析研究外墻滲漏對(duì)其保溫性能影響的程度。

1 滲漏對(duì)墻體材料熱工性能影響

滲漏會(huì)導(dǎo)致外墻濕度明顯增大，而濕度增大會(huì)對(duì)建筑節(jié)能墻體的保溫性能造成較大影響。墻體內(nèi)濕度梯度由室內(nèi)向室外逐漸降低，當(dāng)濕氣由內(nèi)向外滲透到保溫層時(shí)，由于保溫層的阻擋作用，會(huì)在保溫層與結(jié)構(gòu)主體（砌塊主體、多孔燒結(jié)磚主體、剪力墻主體等）間形成水膜。對(duì)于采用膠黏劑類的保溫材料，會(huì)使其界面發(fā)生破壞，造成保溫材料的脫落；對(duì)于巖棉等無機(jī)材料，會(huì)使其吸濕后變性，保溫效果下降或喪失保溫功能。另外，濕度變化對(duì)保溫墻體材料本身的熱工性能也會(huì)產(chǎn)生較大影響，使其導(dǎo)熱系數(shù)增大，保溫效果下降。

2 濕度對(duì)保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響分析

2.1 潮濕環(huán)境對(duì)保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響

保溫材料普遍為多孔材料，材料內(nèi)部存在較多的孔隙。保溫材料在干燥環(huán)境下其保溫性能表現(xiàn)良好，當(dāng)孔隙中存在水分后，其保溫性能則會(huì)發(fā)生變化。靜止空氣的導(dǎo)熱系數(shù)為0.023W/（mK），水的導(dǎo)熱系數(shù)為0.58W/（mK），冰的導(dǎo)熱系數(shù)為2.3W/（mK），由此可知，水的導(dǎo)熱系數(shù)約是空氣導(dǎo)熱系數(shù)的 24倍之多。當(dāng)水變成冰時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)又增加了3倍之多。因此，當(dāng)保溫材料內(nèi)部孔隙中存在水分后，其導(dǎo)熱系數(shù)將大幅提高，保溫隔熱性能會(huì)大幅減低。

2.2 不同濕度條件下，保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試

2.2.1 試樣制作測(cè)試

保溫材料孔隙中含水后，其導(dǎo)熱系數(shù)將大幅提高。為明確不同濕度對(duì)保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響程度，本文以水泥基無機(jī)保溫砂漿為例進(jìn)行試驗(yàn)分析，對(duì)4組（4個(gè)/組）水泥基無機(jī)保溫砂漿試樣在不同濕度條件（未烘干狀態(tài)、烘干狀態(tài)、浸水2h狀態(tài)、浸水2d狀態(tài)）下的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。試樣制作及導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試方法如下：

圖1 實(shí)驗(yàn)室無機(jī)保溫砂漿制作、養(yǎng)護(hù)

（1）制作4個(gè)空腔尺寸為300mm×300mm×30mm的金屬試模并放置于玻璃板，用脫模劑涂刷試模內(nèi)壁及玻璃板，用攪拌機(jī)把材料攪拌均勻后，逐層加滿試模并略高出，然后用抹子抹平，制成4個(gè)試件。待試件成型后，用聚乙烯薄膜覆蓋，在試驗(yàn)室溫度條件下養(yǎng)護(hù)7d后拆模，拆模后在試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)21d，再將試樣磨平(圖1）。

（2）將試件按照未烘干狀態(tài)、烘干狀態(tài)、浸水2h狀態(tài)和浸水2d狀態(tài)進(jìn)行處理。

（3）按照《絕緣材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定防護(hù)熱板法》（GB/T 10294—2008）進(jìn)行測(cè)試。啟動(dòng)平板導(dǎo)熱儀，按檢測(cè)要求設(shè)置冷板和熱板及冷卻水的溫度，同時(shí)設(shè)置每個(gè)試驗(yàn)階段的所需時(shí)間，將試樣裝入其中，開始導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試。

（4）測(cè)試結(jié)束后記錄相應(yīng)導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)值，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正，以修正后的數(shù)值作為本次的測(cè)試結(jié)果，數(shù)值修約至0.001W/（mK）。

2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

在未烘干狀態(tài)、烘干狀態(tài)、浸水2h狀態(tài)和浸水2d狀態(tài)下，無機(jī)保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果見表1，試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖見圖2。結(jié)果表明：

（1）保溫材料處于未烘干狀態(tài)時(shí)（含有一定水分）比烘干狀態(tài)（完全干燥）導(dǎo)熱系數(shù)略有增大，增大幅度約為15%。

表1 保溫層材料導(dǎo)熱系數(shù)檢驗(yàn)結(jié)果

圖2 無機(jī)保溫砂漿在不同含水狀態(tài)下導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖

（2）保溫材料浸水2h（基本飽和）后的導(dǎo)熱系數(shù)則顯著增加，達(dá)到烘干狀態(tài)（完全干燥）的2.6～4.1倍、未烘干狀態(tài)時(shí)（含有一定水分）的2.3～3.7倍。這說明保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨含水率的增加而明顯增大，同時(shí)也表明，含水狀況是保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的決定性因素，直接影響外墻保溫材料的保溫隔熱性能。

（3）保溫材料浸水2h和浸水2d后的導(dǎo)熱系數(shù)基本相當(dāng)，表明無機(jī)保溫砂漿在浸水2h后，其含水率已基本達(dá)到飽和狀態(tài)。

3 導(dǎo)熱系數(shù)變化對(duì)節(jié)能效果的影響

為了模擬分析保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)變化對(duì)外墻節(jié)能效果的影響，采用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)分析軟件PBECA，建立分析對(duì)象的建筑模型，然后進(jìn)行熱工設(shè)置、材料設(shè)置，再進(jìn)行節(jié)能分析。本文采用PBECA軟件，分別對(duì)多層砌體結(jié)構(gòu)房屋、高層混凝土結(jié)構(gòu)房屋保溫材料在未烘干狀態(tài)、烘干狀態(tài)、浸水2h狀態(tài)和浸水2d狀態(tài)下的節(jié)能效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算分析。

3.1 多層砌體結(jié)構(gòu)房屋

試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑橐淮?層獨(dú)立單元住宅樓（圖3），外墻為240mm厚多孔磚砌體。外墻外保溫系統(tǒng)采用30mm厚無機(jī)保溫砂漿系統(tǒng)；屋面結(jié)構(gòu)為120mm厚現(xiàn)澆混凝土板，屋面保溫系統(tǒng)采用40mm厚水泥膨脹珍珠巖保溫系統(tǒng)。本實(shí)例進(jìn)行建筑節(jié)能效果影響分析的范圍為2層[⑥～⑦軸房間，如圖4陰影部分所示。

圖3 多層建筑3D視圖

為了模擬外墻外保溫系統(tǒng)滲漏情況，根據(jù)上述試驗(yàn)研究成果，將外墻無機(jī)保溫砂漿分為未烘干、烘干、浸水2h、浸水2d共4種狀態(tài)，無機(jī)保溫砂漿的密度、含水率和導(dǎo)熱系數(shù)分別按表2取值。

根據(jù)表2，對(duì)外墻材料進(jìn)行編輯，由PBECA材料編輯功能可直接得出外墻傳熱系數(shù)。將外墻主體層設(shè)置為240厚多孔黏土磚砌體，保溫層設(shè)置為無機(jī)保溫砂漿。在烘干、未烘干、浸水2h、浸水2d工況下,外墻（主體墻）的傳熱系數(shù)分別為1.036、1.088、1.441、1.445w/(m2k)。采用PBECA缺陷分析工具，選取2層[⑥～⑦，軸房間進(jìn)行外墻單位面積負(fù)荷值分析，在上述4種工況下，房間外墻單位面積負(fù)荷值分別為91.29、95.48、128.94、129.11kWh/m2（圖5）。為便于分析比較，將外墻保溫材料烘干工況下的外墻傳熱系數(shù)及房間單位面積負(fù)荷值設(shè)為1，計(jì)算其他3種工況下的相對(duì)分析結(jié)果（表3）。

表2 保溫材料參數(shù)表

圖4 建筑平面圖

圖5 保溫材料在不同含水狀態(tài)下外墻單位面積負(fù)荷值計(jì)算結(jié)果對(duì)比圖

可見，對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)房屋，外墻保溫材料烘干與未烘干工況下，外墻傳熱系數(shù)及房間外墻單位面積負(fù)荷值變化均很?。唤?h與浸水2d工況下，上述節(jié)能分析結(jié)果也很接近，但外墻保溫材料在潮濕狀態(tài)與干燥狀態(tài)下的節(jié)能分析結(jié)果存在較大差異。外墻保溫材料從干燥狀態(tài)變?yōu)槌睗駹顟B(tài)后，外墻傳熱系數(shù)增大69%，房間外墻單位面積負(fù)荷值增大41%。

3.2 高層混凝土結(jié)構(gòu)房屋

一幢12層鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)住宅樓（圖6），混凝土剪力墻厚200mm，外墻外保溫系統(tǒng)采用無機(jī)保溫砂漿系統(tǒng)；屋面結(jié)構(gòu)為120mm厚現(xiàn)澆混凝土板，屋面保溫系統(tǒng)采用XPS保溫板系統(tǒng)。本案例進(jìn)行建筑節(jié)能效果影響分析的范圍為2層軸房間，如圖7中陰影部分所示。

表3 節(jié)能分析結(jié)果表（相對(duì)值）

圖6 高層建筑3D視圖

將外墻主體層設(shè)置為200厚鋼筋混凝土墻，保溫層設(shè)置為無機(jī)保溫砂漿，采用前述外墻節(jié)能分析方法。在烘干、未烘干、浸水2h、浸水2d狀態(tài)下，外墻（主體墻）傳熱系數(shù)分別為1.500、1.610、2.530、2.541w/(m2k)；房間外墻單位面積負(fù)荷值分別為96.21、106.75、163.42、164.16kWh/m2（圖8）。為便于分析比較，將外墻保溫材料烘干工況下的外墻傳熱系數(shù)以及房間單位面積負(fù)荷值設(shè)為1，計(jì)算其他3種工況下的相對(duì)分析結(jié)果見表4。

圖7 建筑平面圖

圖8 保溫材料在不同含水狀態(tài)下外墻單位面積負(fù)荷值計(jì)算結(jié)果對(duì)比圖

表4 節(jié)能分析結(jié)果表（相對(duì)值）

可以看出，對(duì)于該工程混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)房屋，外墻保溫材料烘干與未烘干工況下，外墻傳熱系數(shù)及房間外墻單位面積負(fù)荷值變化也很小；浸水2h與浸水2d工況下，上述節(jié)能分析結(jié)果也很接近，但外墻保溫材料在潮濕狀態(tài)與干燥狀態(tài)下的節(jié)能分析結(jié)果存在較大差異。外墻保溫材料從干燥狀態(tài)變?yōu)槌睗駹顟B(tài)，其外墻傳熱系數(shù)變化最大，約增大69%，房間外墻單位面積負(fù)荷值約增大71%。

4 結(jié)語

綜上所述，本文從濕度對(duì)保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響、導(dǎo)熱系數(shù)變化對(duì)建筑節(jié)能影響兩個(gè)方面，分析滲漏對(duì)外墻外保溫系統(tǒng)保溫性能的影響，并通過建筑節(jié)能設(shè)計(jì)分析軟件PBECA，對(duì)保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)變化后的多層砌體結(jié)構(gòu)房屋、高層混凝土結(jié)構(gòu)房屋節(jié)能效果進(jìn)行模擬分析，得出以下結(jié)論：

（1）滲漏對(duì)保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)影響明顯。滲漏發(fā)生后，保溫材料的含水率明顯增大，使其導(dǎo)熱系數(shù)大幅提高。

（2）滲漏明顯降低了外保溫系統(tǒng)的保溫性能。滲漏發(fā)生后，保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)大幅提高，導(dǎo)致外墻單位面積負(fù)荷明顯增大，外墻保溫隔熱性能大幅減低。砌體結(jié)構(gòu)房屋和混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)房屋在烘干與未烘干工況下，外墻保溫材料的傳熱系數(shù)及房間外墻單位面積負(fù)荷值變化均很?。坏诮?h與浸水2d工況下，外墻保溫材料的保溫性能發(fā)生明顯變化。

（3）外墻外保溫系統(tǒng)發(fā)生滲漏后，其保溫隔熱性能將大幅降低。