摘 要：對外墻外保溫體系在長期經受熱雨循環和熱冷循環下因耐候性不足而破壞的情況進行了分析，從外墻外保溫體系與溫度變化的關系，通過全面分析計算環境溫度和太陽輻射強度，分析外保溫墻體和夾芯保溫墻體在各種環境條件下的溫度場分布，從而明晰這2種墻體的結構層和保溫層在對應環境下的工作性及耐久性。
　　關鍵詞：外墻外保溫;溫度;太陽輻射;耐候性
　　Abstract: This paper analyzes the damage situation of the external wall insulation system which is in long-term withstand hot rain circulation and heat cold circulation because of weathering resistance lack, from relation of the external wall thermal insulation system and the temperature change, through a comprehensive analysis of ambient temperature and solar radiation intensity calculation, we analyze the temperature field distribution of the external insulation wall and sandwich thermal insulation wall in various environments, so as to make the work and durability of the two wall structure layer and insulation layer in the corresponding environments.
　　Key words: exterior wall external thermal insulation; temperature; solar radiation; weather resistance
　　中圖分類號：TU74 文獻標識碼： A 文章編號：2095-2104(2012)
　　夏熱冬冷地區，大體為長江的中下游地區，氣候特性表現為夏季悶熱，冬季濕冷，年降水量大，日照偏少。春末夏初多陰雨，常有大雨或暴雨出現。由于氣候、溫度、濕度、空氣污染等不利因素的影響，對建筑墻體及外飾面要求較高。在北方，因受嚴厲地凍融和干濕循環，宜采用涂料外飾墻面，而在南方，尤其在夏熱冬冷地區，因凍融不太嚴重，濕度、酸度和粉塵較高，面磚外飾墻面更為當地人喜好。面磚外飾墻面工程的安全性，一直是比較敏感的問題，對材料、設計、施工、驗收對外墻飾面磚工程都有相應的要求。
　　1、外墻保溫體系的基本構造及熱工性能
　　1.1 外墻保溫體系的基本構造。外墻外保溫體系是由承載墻體(基層墻體)和保溫節能墻體(保溫輕體)復合組成。基層墻體分為砌體材料結構、鋼筋混凝土剪力墻結構和框架填充墻結構，砌體材料有空心黏土磚、燒結黏土空心磚、頁巖磚、煤矸石磚、普通混凝土小型砌塊和輕集料混凝土小型空心砌塊等。夾芯保溫復合墻體由結構層(內葉墻)、保溫層、保護層(外葉墻，有時也作為結構層)組成(有時還需要根據具體情況設置空氣層)。目前，在我國該墻體有2種復合型式：多孔磚夾芯墻體和混凝土砌塊夾芯墻體。
　　1.2 外墻保溫體系的熱工性能
　　在設計中選擇外墻保溫材料及方法時應考慮：采用熱阻高，也就是導熱率低的高效保溫材料;保溫材料的吸濕率低，粘結性能好，加工方便，密度小，易于安裝;保溫材料便于就地取材，價格合理;保溫材料具備阻燃性，或采取必要的防火措施;保溫材料具備適應溫度效應的能力，即使是在室外較惡劣的氣候條件下，也不應使外保溫體系產生不可逆的損害或變形;保溫材料具有一定的機械強度，以抵抗外來撞擊;保溫材料具有穩定的化學、物理性能，以確保其正常使用年限不少于25年。要滿足外墻保溫工程施工簡便，減少施工的費用。根據國家的規定，外墻體的熱工性能要遵循GB 50176—93《民用建筑熱工設計規范》規定外保溫和夾芯保溫墻體的熱工性能見表1。
表1 兩種保溫墻體各構造層材料的熱工參數

結構形式	材料名稱	厚度/mm	密度 （/kg/m3）	導熱系數/[W（/m·K）]	蓄熱系數/[W（/m2·K）]	比熱容/[kJ/（/kg·K）]
外保溫	水泥砂漿外飾	20	1800	0.93	11.37	1.05
	保溫層（EPS）	40	30	0.04	0.36	1.38
	水泥砂漿粘結層	10	1800	0.93	11.37	1.05
	多孔磚墻結構層	370	1400	0.58	7.92	1.05
夾芯保溫	外葉墻（外飾面）	120	1400	0.58	7.92	1.05
	保溫層（EPS）	40	30	0.04	0.36	1.38
	內葉墻	240	1400	0.58	7.92	1.05

　　2、溫度對墻體保溫的影響分析
　　2.1 溫度關系模型分析與確立
　　計算在大氣溫度及太陽輻射、空氣對流等復雜邊界條件下，保溫墻體內部溫度分布場是對保溫墻體進行應力及耐久性分析的基礎。首先建立典型保溫墻體在外界大氣溫度變化等條件下的溫度場計算模型，以湖南北部的某城市各個季節典型天氣條件下4個朝向墻體結構為研究對象，為了研究方便，取各個季節典型天氣狀態的日最高溫度和最低溫度的數值，并利用式下列的公式模擬大氣溫度的日周期變化：建立的時間變化模型：
　　式中：為室外大氣溫度與時間及日最高、最低溫度的函數;t為當地的具體時間。對于建筑物的熱環境來說，太陽輻射是一項非常重要的外部影響因素，在實際的分析和計算中要綜合的考慮當地太陽的輻射在夏季東西南北垂直墻面上的太陽輻射強度與時間關系，確定太陽輻射的影響。
　　2.2 非穩態環境(自然環境)下墻體耐候性分析
　　對一年四季東西南北四面墻在室外太陽輻射及氣溫變化下的溫度場進行全面計算。根據室外綜合溫度計算公式：
　　式中：為室外氣溫，根據的當地的溫度為準，為太陽輻射強度，也是根據當地時間的太陽輻射取值，為外表面太陽輻射的吸收率，取0.50 W/(m2·K)，為外表面換熱系數，取19 W/(m2·K)。再根據圍護結構內部溫度分布計算公式可以計算出墻體內部水隨外界溫度變化關系，夏季空氣對流及太陽輻射對室內環境和墻體工作性能的影響最顯著，在這里應該重點分析外界溫度對墻體耐候性的分析和計算，受環境溫度變化的影響，外保溫和夾芯保溫墻體的EPS保溫層溫度變化最為劇烈，而外保溫要比夾芯保溫更為劇烈。外保溫磚結構層溫度變化趨勢基本穩定，但夾芯保溫墻體的內葉墻和外葉墻之間有著很大的溫度變化差。
　　2.3 近似穩態環境(人工環境)下的墻體耐候性分析
　　由于夏季有很多的建筑采用空調以及湖南北部地區冬季室內集中供暖，所以也需要計算和分析出近似穩定導熱環境下的墻體溫度場分布。外墻體的溫度分布如圖所示：
　　以湖南北部地區為例，夏季空調建筑室內取27℃，室外取38℃;冬季采暖建筑室內取18℃，室外取-3℃，可以計算分析出墻體保溫隨時間變化的關系。通過計算和分析可以得出，近似穩態環境條件下，EPS保溫層的溫度變化較劇烈，但相比較外保溫的保溫層溫度變化幅度更大。外保溫30 mm磚結構層溫度變化趨勢穩定，夾芯保溫內葉墻與外葉墻之間有明顯的溫度變化差，這種溫度的變化對墻體的耐候性影響也比較大。隨著溫度的升高，聚合物中的不同組分之間發生了形變和遷移，使得砂漿的熱穩定性降低，因此高溫對結構產生了一定的影響，尤其表現在抗折強度的降低方面。而在低溫下，EPS聚合物的穩定性較好，聚合物膜較好地發揮了粘結作用，而溫、濕度的變化會影響結構內部的穩定性。
　　2.4 分析的結果
　　2.4.1無論在非穩態環境條件下還是近似穩態環境條件下，兩種墻體的EPS保溫層溫度變化較顯著，相比較外保溫更劇烈。這種變化會引起一定的溫度應力對保溫層材料長期的保溫工作性能不利，所以夾芯保溫墻體保溫層的保溫工作性及耐久性優于外保溫墻體。
　　2.4.2外保溫墻體結構層溫度變化趨勢穩定，但夾芯保溫墻體的內葉墻與外葉墻之間存在明顯的溫度變化差，會造成較大的溫度應力，這對墻體結構的穩定性和長期工作性能有一定的負面影響，在結構的安全設計中必須予以考慮。
　　2.4.3冬季兩種墻體的保溫層長時間在負溫下工作，有可能會引起保溫層的凝霜、結露，對保溫層的工作性和耐久性造成不利影響。
　　3、EPS外墻外保溫耐候性的工程應用
　　3.1建筑設計。以湘潭的某板式住宅樓為例，該工程為9層承重砌塊建筑，屋面為雙坡鋼筋混凝土悶頂，建筑層高2.8m，南北布置。該工程主體結構采用190系列普通混凝土小型空心砌塊砌筑，其熱導率為1.02W/(m2·K)。本建筑體形簡單，凹凸面少，因此，能有效地控制建筑體型，建筑體型系數為2.9。在滿足建筑采光要求的基礎上，合理控制外墻窗地比，其南北向最大窗地比0.32。同時，夏季迎風面與背風面風壓差值大，利于形成“穿堂風”，在多方面占據節能優勢。
　　3.2外圍護結構的保溫隔熱措施。外圍護結構的保溫隔熱措施。外墻墻體采用EPS外保溫體系進行建筑節能設計;屋面隔熱構造采用局部退臺保溫隔熱悶頂屋面，全現澆鋼筋混凝土結構，外貼平瓦，對建筑有較好的保溫隔熱作用。采用集中供暖系統，分戶空調設計。冬季采暖平均室內計算溫度14℃，夏季空調平均室內計算溫度19℃。
　　3.3結果分析。外墻主體部位熱阻R=1.32(m2·K)/W，熱惰性指標D=1.97，傳熱系數K=0.68 W/(m2·K)，外墻平均傳熱系數Km=0.69 W/(m2·K)，均符合規范要求。節能率為58%以上，達到規范規定的50%要求，節能效果明顯。
　　4、小結
　　在節能建筑中，節能指標一般是通過對建筑物采取綜合的保溫節能措施，運用先進合理的節能技術來實現的。而外墻外保溫技術以其構造合理、消除熱橋節能效率高、熱穩定性好、增大使用面積等優點成為我國目前建筑圍護結構節能的主導技術，在冬冷夏熱地區已經得到廣泛的應用，但是其節能有效性、耐久性和安全性問題值得關注，本文就兩種保溫墻體的耐候性進行探討，在實際的施工中要根據具體的情況進行分析。
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