A級(jí)輕勻質(zhì)保溫板是建筑技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向,也是節(jié)能的領(lǐng)域的組成部分。世界平均建筑能耗占總能耗的37%,其中,包括采暖、通風(fēng)、空調(diào)、照明在內(nèi)的民用能耗又占總能耗的80%以上。我國(guó)建筑能耗約占全國(guó)總能耗的25%,且由于近年來(lái)住宅建筑迅速增多,年增長(zhǎng)率高達(dá)15%。而我為采暖空調(diào)標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)低于國(guó)際水平,隨著生活水平的提高,建筑能耗,特別是采暖空調(diào)能耗,呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。
能耗又大致可分為生產(chǎn)能耗和消費(fèi)能耗。建筑能耗屬于消費(fèi)性能耗,對(duì)于消費(fèi)性能耗,除了保證正常消費(fèi)需要的部分,余者完全浪費(fèi)。因此
,在世界范圍內(nèi)能源問(wèn)題日益急迫、建筑能耗不斷增長(zhǎng)的今天,討論建筑節(jié)能問(wèn)題意義十分重大。
我國(guó)是世界上小塊實(shí)心粘土磚的"王國(guó)",在我國(guó)建材行業(yè)中,傳統(tǒng)的墻體材料即小塊粘土實(shí)心磚,其產(chǎn)量至今仍居高不下,盡管新型墻體材料在全部墻體材料中所占比例已由1990年4.32%提高到1996年16.3%,成績(jī)不小,但不能不看到全國(guó)小塊實(shí)心粘土磚產(chǎn)量的絕對(duì)值仍在逐年上升,已從1978年的 1100億塊增至1996年的6260億塊,即以每年271.6%的平均速度猛增。這種在神州大地上已使用了2000多年的傳統(tǒng)墻體材料,從資源與能源的耗費(fèi)、土地的破壞和對(duì)環(huán)境的污染角度來(lái)分析,均是不可持續(xù)發(fā)展的建材產(chǎn)品。以下數(shù)字足以說(shuō)明此問(wèn)題:我國(guó)每年燒磚耗用約100萬(wàn)畝土地,其中毀田造磚2萬(wàn)畝;全國(guó)目前現(xiàn)有磚瓦企業(yè)約11萬(wàn)個(gè),占地600多萬(wàn)畝;實(shí)心粘土磚的年生產(chǎn)能耗達(dá)6000萬(wàn)噸標(biāo)煤。建筑使用能耗(全國(guó)絕大部分建筑為磚混結(jié)構(gòu))每年為 1.2億噸標(biāo)煤,二者合計(jì)約占全國(guó)年能耗總量的15%。
由此可見,小塊實(shí)心粘土磚確是不可持續(xù)發(fā)展的建材產(chǎn)品,決不允許在全國(guó)范圍內(nèi)其絕對(duì)產(chǎn)量繼續(xù)上升,而應(yīng)采取更為有力的措施,限制其生產(chǎn)與使用,對(duì)于現(xiàn)有的制造小塊實(shí)心粘土磚的企業(yè),調(diào)整其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或使之轉(zhuǎn)產(chǎn),并堅(jiān)決淘汰一批技術(shù)落后、污染嚴(yán)重的生產(chǎn)廠。發(fā)展新型墻體材料,推進(jìn)新型墻體材料的綠色化進(jìn)程,是唯一的選擇。
世界上不少發(fā)達(dá)國(guó)家在本世紀(jì)二、三十年代即已著手墻體材料改革,逐步推進(jìn)墻體材料的綠色化,主要是嚴(yán)格限制粘土磚的生產(chǎn)與使用,大力推廣各種非粘土磚的、輕型、大尺寸的塊材與板材。本世紀(jì)中葉,因世界性的石油危機(jī)又刺激了多種節(jié)能型墻體材料的發(fā)展。目前,西方發(fā)達(dá)國(guó)家的綠色墻體材料正在向縱深方向發(fā)展,使已廣泛使用的綠色墻體材料進(jìn)一步提高生產(chǎn)率、利用工業(yè)廢渣、節(jié)約能耗,使產(chǎn)品系列化與配套化,同時(shí),不斷的開發(fā)多功能的新型綠色墻體材料。
我國(guó)墻體材料的改革起步較晚,就全國(guó)范圍而論,小塊實(shí)心粘土磚仍在墻體材料組成中占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),墻體材料的綠色化程度遠(yuǎn)落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家,但我們可借鑒別國(guó)的成功經(jīng)驗(yàn),少走彎路。
國(guó)、內(nèi)外實(shí)踐證明混凝土砌塊是代替粘土磚的理想墻體材料,因?yàn)榛炷量招钠鰤K的生產(chǎn)過(guò)程中不僅節(jié)能、節(jié)地、有利于環(huán)境保護(hù),符合綠色墻材的要求,而且施工速度快,一塊標(biāo)準(zhǔn)砌塊相當(dāng)于十塊粘土磚,密度比實(shí)心粘土磚輕,減少基礎(chǔ)費(fèi)用和砌筑砂漿用量,墻體減薄,增大了使用面積,建筑的綜合造價(jià)降低等優(yōu)勢(shì),使得混凝土砌塊在我國(guó)有了長(zhǎng)足的發(fā)展,全國(guó)砌塊產(chǎn)量由1978年的90萬(wàn)立方米增加到2005達(dá)到6億立方米,砌塊建筑面積累計(jì)達(dá)5億平方米左右。但是,由于混凝土空心砌塊的自身保溫隔熱性能不如實(shí)心粘土磚,190厚的砌塊墻體僅相當(dāng)于150厚粘土實(shí)心磚的保溫效果。因此,我們必須砌塊建筑的保溫隔熱性能,吸收國(guó)外的先進(jìn)技術(shù),進(jìn)一步提高混凝土砌塊的生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù),才能真正把混凝土空心砌塊作為新型墻體材料大量推廣。
我國(guó)幅員遼闊,南北跨越熱、濕、寒幾個(gè)氣候帶,氣候差別很大。我國(guó)與同緯度的其它國(guó)家相比,冬天寒冷得多,夏天也較熱,如最冷月東北地區(qū)與世界同緯度相比低14-18℃,而最熱月則高出1.3-2.5℃。因此,不僅從建筑節(jié)約能源角度,而且從改善生活熱環(huán)境角度,也需要對(duì)建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱,從而達(dá)到建筑節(jié)能的目的。
我國(guó)建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期以來(lái)變化不明顯,南方非采暖地區(qū)的外墻普遍采用24CM厚的實(shí)心磚墻,而北方嚴(yán)寒地區(qū)大多數(shù)采用49CM和62CM厚的實(shí)心磚墻作為墻體保溫和承重。單一材料作為外墻維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱效果都很差,有些地區(qū)東、西山墻和頂層房間的墻角出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象,很大程度上影響建筑的居住舒適性,這種墻的傳熱系數(shù)為1.67W/m2K,而氣候條件相近的發(fā)達(dá)國(guó)家外墻的傳熱系數(shù)僅為0.35W/m2K。同氣候條件接近的發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)的建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能大差距很大,外墻差4-5倍,單位面積的采暖能耗為相近條件下的三倍左右,除了我國(guó)能源利用效率較低以外,主要是因?yàn)榻ㄖS護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能差,因此,我國(guó)要大力提高建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能保溫性能。
從建筑節(jié)能角度考慮,利用小型混凝土空心砌塊采用不同的墻體結(jié)構(gòu)形式可以實(shí)現(xiàn)不同地區(qū)的建筑節(jié)能的要求,如在發(fā)達(dá)國(guó)家大量推廣應(yīng)用的復(fù)合夾心節(jié)能墻體,其建筑外墻結(jié)構(gòu)為:190厚標(biāo)準(zhǔn)承重砌塊+40-50厚保溫材料+90厚裝飾砌塊,內(nèi)外葉砌塊之間用經(jīng)過(guò)防腐處理的鋼筋網(wǎng)片相連,來(lái)保證外葉墻的穩(wěn)定性,該種結(jié)構(gòu)的墻體熱傳導(dǎo)系數(shù)為K=0.7-0.5W/ m2.K左右。其保溫性能相當(dāng)于76cm厚的粘土空心磚墻體的保溫效果。此外,該種結(jié)構(gòu)形式外墻由于主體結(jié)構(gòu)在外墻內(nèi)側(cè),對(duì)房間的熱穩(wěn)定性有利,可提高房屋的居住舒適性。因此,對(duì)于我國(guó)墻體材料改革,從提高能源利用效率,增加建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱阻,提高建筑的保溫性能,降低采暖能耗,根據(jù)我國(guó)地域特征,按照民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(JGJ26-95)可大體將我國(guó)劃分為嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、冬冷夏熱地區(qū)、冬暖夏熱以及面積較小的溫和地區(qū),對(duì)于建筑節(jié)能來(lái)講,除了溫和地區(qū),其他地區(qū)的所有外維護(hù)墻體都應(yīng)該實(shí)行保溫隔熱措施,來(lái)提高建筑的舒適性,但考慮到我國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,結(jié)合砌體結(jié)構(gòu)特點(diǎn),針對(duì)不同的地區(qū)可采取不同的保溫方式,具體來(lái)講可大致分為三類:
一、嚴(yán)寒地區(qū)的砌塊墻體保溫
目前嚴(yán)寒地區(qū)的墻體保溫,形式多樣,大體有外保溫和夾心保溫兩種形式,其中外保溫主要有EPS外墻保溫體系,即用190mm厚混凝土空心砌塊作為承重結(jié)構(gòu),在砌塊的外側(cè)鋪貼50mm厚自熄型EPS板,并以耐堿纖維網(wǎng)格布加強(qiáng),最外側(cè)正常抹灰刷涂料形成外墻裝飾。
該種外墻保溫形式的優(yōu)點(diǎn)是它能有效的切斷或減少墻體的冷橋,能有效地提高外墻內(nèi)表面的溫度,蓄熱系數(shù)大的重質(zhì)材料位于室內(nèi),在非穩(wěn)定供熱的條件下,能提高房間的熱穩(wěn)定性,保溫效果較好,房間室內(nèi)溫度基本不受外界溫度變化的影響,保溫房間室內(nèi)溫度分布均勻,可較好的改善室內(nèi)的熱舒適度。但由于保溫層要固定在外墻的整個(gè)高度上,保溫材料依靠粘合劑與墻體基層粘接,保溫層的耐久性能取決于粘合劑的耐久性,另外,墻面抹灰雖然增加了纖維網(wǎng)格布加強(qiáng),但要經(jīng)受風(fēng)吹、雨淋、寒暑凍融和日光照曬的考驗(yàn),抹灰砂漿仍然容易產(chǎn)生裂縫進(jìn)水造成墻面破壞,此外,由于保溫材料的強(qiáng)度較低,受到外荷作用時(shí)容易破壞,所有外保溫墻體一旦遭到破壞修復(fù)極其困難。因此,該種保溫形式在技術(shù)上要求更嚴(yán),在材料上要求更高,在造價(jià)上也較貴。
另外一種保溫方式采用粘土磚夾心保溫,即240承重磚墻+50厚苯板+120磚墻,該種墻體結(jié)構(gòu)形式基本滿足保溫節(jié)能要求,但隨著粘土磚的限制使用,粘土磚逐漸退出市場(chǎng),該種墻體結(jié)構(gòu)形式也隨之逐漸減少,反之,由于國(guó)家推廣混凝土空心砌塊力度的加大,部分地區(qū)采用了砌塊代替粘土磚,但墻體保溫大都采用了外保溫形式,這種墻體外保溫形式將砌塊完全包裹,僅將砌塊與粘土磚作簡(jiǎn)單的代換,不能充分發(fā)揮砌塊的裝飾效果,目前在黑龍江等地區(qū)多、高層建筑中得到應(yīng)用,但由于施工時(shí)間較短,很多問(wèn)題還沒有暴露。
根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn),對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)最適合的墻體結(jié)構(gòu)形式是采用夾心保溫墻體,即按照發(fā)達(dá)國(guó)家大量應(yīng)用的復(fù)合夾心節(jié)能墻體,其建筑外墻結(jié)構(gòu)為:190厚標(biāo)準(zhǔn)承重砌塊+40-50厚保溫材料+10厚空氣層+90厚裝飾砌塊,內(nèi)外葉砌塊之間用經(jīng)過(guò)防腐處理的鋼筋網(wǎng)片相連,來(lái)保證外葉墻的穩(wěn)定性。
該種結(jié)構(gòu)的墻體,保溫材料位于兩葉墻體中間,保溫材料不受自然條件的影響,耐久性好、保溫效果好。而且,這種結(jié)構(gòu)形式外墻的裝飾效果不受承重部分的限制和制約,可采用劈裂外墻可充分體現(xiàn)混凝土砌塊的裝飾效果,實(shí)現(xiàn)建筑風(fēng)格的多樣化。同時(shí),由于內(nèi)外葉墻體通過(guò)保溫層分隔,可有效的減低內(nèi)葉墻的溫度變形,減少墻體溫度裂縫,同時(shí)避免墻體滲漏,因?yàn)榧词褂晁ㄟ^(guò)外葉墻體滲入墻中,雨水也只能沿著夾心層外葉墻內(nèi)壁向下流到導(dǎo)水孔排出墻體,而不會(huì)滲透至內(nèi)葉墻。
這種結(jié)構(gòu)的保溫墻體的總厚度在320-330mm之間,320厚墻體熱阻值為:
0.01(內(nèi)墻抹灰)+0.40(190厚標(biāo)準(zhǔn)承重砌塊)+0.64(40厚GRC泡沫聚苯板)+0.14(10厚空氣層)+0.17(90厚裝飾砌塊)+0.15(墻體內(nèi)外表面交換熱阻)=1.51m2.K/W
針對(duì)不同地區(qū)的保溫效果,可增加或減少墻體中保溫材料的厚度或改變保溫材料來(lái)滿足不同的保溫性能設(shè)置。
采用此種結(jié)構(gòu)形式的砌體建筑,單位墻面面積的造價(jià)與采用粘土磚墻體的綜合造價(jià)基本相當(dāng),對(duì)于粘土磚墻體的外墻面一般都要求采取抹灰刷涂料,而砌塊建筑由于砌塊本身的裝飾效果,無(wú)須再進(jìn)行外裝飾,可降低墻體部分造價(jià),從而使砌塊建筑具有一定的經(jīng)濟(jì)性。
二、寒冷地區(qū)、冬冷夏熱地區(qū)
傳統(tǒng)的墻體對(duì)保溫性能要求較低,一般僅采用240或370厚粘土磚墻,冬季采暖,一般要求室內(nèi)溫度達(dá)到16℃以上。近年來(lái),隨著我國(guó)提高建筑的保溫性能和建筑舒適性,部分地區(qū)采用了240厚墻+苯板,輕質(zhì)材料,墻體的保溫性能得到了提高。
對(duì)于砌塊建筑,由于190厚砌塊墻體僅相當(dāng)于150厚粘土磚墻體的保溫性能,與國(guó)家現(xiàn)行的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)有較大的差距。此外,目前針對(duì)此地區(qū)推廣較多的輕集料混凝土空心砌塊,主要應(yīng)用在框架結(jié)構(gòu)上,不能作為承重結(jié)構(gòu),并且外墻的飾面必須采用粉刷或貼瓷磚來(lái)解決,因此,對(duì)于承重砌塊建筑需要考慮墻體的保溫性能和外飾面問(wèn)題,象夾心復(fù)合砌塊墻體一樣,集保溫、裝飾、承重三位于一體,根據(jù)此種理念,中國(guó)建科院已研制成功了"三合一"砌塊,如右圖此砌塊雖然存在"冷橋",但考慮它存在的情況下,經(jīng)檢測(cè)其熱阻可達(dá)到R=1.08W/m2·k,即在聚苯板為50mm厚時(shí),可滿足寒冷地區(qū)的二步節(jié)能。其抗壓強(qiáng)度可達(dá) 10Mpa以上,抗折強(qiáng)度大于1.6Mpa,密度小于1200Kg/M3,抗?jié)B性能小于10mm,傳熱系數(shù)K≤1.1W/(m2.K),隔聲≥50Db,聚苯板的密度不小于20Kg/ M3。
"三合一"砌塊的外裝飾面可根據(jù)設(shè)計(jì)要求形成劈裂、槽紋、磨光等各種面層質(zhì)感和顏色,滿足不同的裝飾效果和建筑風(fēng)格。由于砌塊建筑的色彩是采用無(wú)機(jī)氧化鐵系列顏料,在砌塊生產(chǎn)時(shí)直接加入混凝土中,經(jīng)過(guò)強(qiáng)制式攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢杈鶆蚨傻牟噬炷粒始冋啦煌噬?,無(wú)須象一般的外墻涂料每隔2~4年需要從新涂刷一次,否則,該建筑毫無(wú)美感可言,尤其對(duì)于分期建設(shè)的小區(qū),建設(shè)期越長(zhǎng),新舊建筑差距越大,嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響整個(gè)小區(qū)的建筑風(fēng)格。
三、冬暖夏熱地區(qū)
對(duì)于冬暖夏熱地區(qū),冬季負(fù)溫時(shí)間比較短,相對(duì)溫度較高,但夏季天氣炎熱,近年來(lái)最高溫度可達(dá)40℃左右,傳統(tǒng)的240厚磚墻房屋的隔熱性能較發(fā)達(dá)國(guó)家相比,明顯較低。與我國(guó)同緯度的發(fā)達(dá)國(guó)家的外維護(hù)墻體基本上都采用了不同形式的保溫隔熱措施,如采用雙層復(fù)合墻體、在墻體內(nèi)側(cè)增加保溫隔熱材料等方式,來(lái)提高房屋的居住舒適性,美國(guó)的砌塊建筑內(nèi)墻體都采用了輕鋼結(jié)構(gòu)面層,輕鋼結(jié)構(gòu)中附設(shè)隔熱材料。
在上個(gè)世紀(jì)90年代,隨著我國(guó)粘土磚的限制使用,混凝土砌塊的發(fā)展,在江浙等沿江經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū),興建了大量砌塊建筑,但由于受到當(dāng)時(shí)對(duì)混凝土砌塊材性認(rèn)識(shí)的局限性,僅用190厚普通混凝土空心砌塊作為建筑的外墻,房屋的隔熱性能差,冬冷夏熱,加上構(gòu)造措施設(shè)置不當(dāng),造成房屋墻體開裂、滲漏等質(zhì)量通病,使砌塊建筑的發(fā)展一度受到了制約。
借鑒國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家砌體建筑的成功經(jīng)驗(yàn),對(duì)于非采暖地區(qū),可采用如右上圖所示的"三明治"砌塊,利用彩色的劈裂面作為建筑的裝飾面,豐富建筑的立面效果,但在建筑的外圍護(hù)墻體內(nèi)側(cè)增加一層保溫砂漿抹灰或其他保溫隔熱材料,來(lái)增加建筑的保溫隔熱效果。目前,利用該種形式的砌塊,采用不同厚度的內(nèi)墻保溫,在我國(guó)部分地區(qū)已得到廣泛應(yīng)用。
四、砌塊在輕鋼建筑中的發(fā)展
隨著我國(guó)的鋼產(chǎn)量早已躍居世界第一位,為了保證建筑質(zhì)量和消化鋼材,國(guó)務(wù)院于1999年提出由建設(shè)部和國(guó)家冶金總局成立了建筑用鋼協(xié)調(diào)組,研究和推廣鋼結(jié)構(gòu)建筑與住宅的建設(shè)。日前,有關(guān)部門在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,正在完善相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。國(guó)內(nèi)外實(shí)踐證明,鋼結(jié)構(gòu)住宅在住宅產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中起著舉足輕重的作用。輕鋼結(jié)構(gòu)住宅主要是指以鍍鋅輕鋼龍骨為結(jié)構(gòu)件建造的住宅,這種結(jié)構(gòu)在國(guó)外多為一、二層的獨(dú)戶式小住宅,也有用其建造六層以下集合式住宅的。輕鋼結(jié)構(gòu)住宅具有性能好、自重輕、工廠化程度高、建造速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度小等優(yōu)點(diǎn),因而近三十年來(lái)在歐美國(guó)家逐步發(fā)展起來(lái),已經(jīng)形成了一整套十分成熟的技術(shù)。
由于輕鋼結(jié)構(gòu)住宅是國(guó)外許多發(fā)達(dá)國(guó)家普遍采用的成熟技術(shù),其優(yōu)良的技術(shù)性能和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)方式,符合住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的方向。但中國(guó)的消費(fèi)者由于長(zhǎng)期以來(lái)住慣了磚混或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的住宅,從慢慢開始接受到逐步喜歡輕鋼結(jié)構(gòu)住宅,需要一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程。輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系是在國(guó)外尤其是北美地區(qū)木結(jié)構(gòu)住宅的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,這兩種體系雖然在國(guó)外已經(jīng)十分成熟和完善,但是對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)卻完全是新東西。
因此,對(duì)于輕鋼結(jié)構(gòu)建筑,在綜合考慮保溫、隔熱、耐久、防火等要求的基礎(chǔ)上,結(jié)合國(guó)外成熟經(jīng)驗(yàn),可采用混凝土裝飾小砌塊與輕鋼結(jié)構(gòu)相復(fù)合,即建筑結(jié)構(gòu)的承重部分采用輕鋼結(jié)構(gòu),外裝飾部分采用規(guī)格尺寸與粘土磚相近的混凝土裝飾小磚砌筑外葉墻,外葉墻與輕鋼結(jié)構(gòu)之間用鍍鋅鐵件或不銹鋼件相連接,該種建筑與傳統(tǒng)的粘土磚建筑極為相似,但比粘土磚建筑具有更好的耐久性,而且,在混凝土中加入彩色氧化鐵系列顏料,可充分體現(xiàn)建筑色彩的豐富、多樣性。
混凝土裝飾小磚砌筑的外葉墻,不僅裝飾的建筑的外觀色彩,同時(shí)又保護(hù)了內(nèi)部的鋼結(jié)構(gòu),避免鋼結(jié)構(gòu)暴露在空氣中,影響建筑物的耐久性。
在鋼結(jié)構(gòu)與混凝土磚墻之間以及鋼結(jié)構(gòu)中間填充適當(dāng)?shù)谋夭牧峡蓾M足我國(guó)從北到南整個(gè)地區(qū)的保暖、隔熱要求。