1 引言
超低能耗建筑是以超低的建筑能耗值为约束目标，具有高保温隔热性能和高气密性的外围护结构及高效热回收的新风系统，同时能够满足室内舒适性环境的建筑。
本文结合北京市气候特征，对超低能耗建筑外保温系统关键技术进行研究，希望能对超低能耗建筑的外保温技术推进做出积极探索。
2 优良的外保温系统
从我国建筑热工设计分区来看，北京市属于寒冷地区，冬季寒冷干燥，夏季高温多雨。建筑应满足冬季保温要求，同时兼顾夏季防热。
超低能耗建筑优良的外保温系统既要有良好的保温性能，同时要满足现行规范的防火要求。因为在建筑中不透明围护结构热损失占建筑热损失可达70%以上，所以加强不透明围护结构的保温性能，降低其K值，可有效减少建筑能耗；同时外保温材料燃烧性能要满足GB50016-2014《建筑设计防火规范》中的要求；外保温系统和细部节点的断热桥保温处理应做到精细化施工。
通过对示范项目的调研，课题组研发了满足超低能耗建筑要求的岩棉条A级外保温系统、改性石墨聚苯板B1级外保温系统和装配式预制夹心墙板系统。
2.1 岩棉条外保温系统
岩棉条外保温系统采用传热系数λ≤0.045W/(m2·K)、抗拉强度≥130kpa、酸度系数≥1.9、厚度为250mm的岩棉条，由粘锚结合、以粘为主，层间加托架的双网体系构成（见图1所示）。
图1 岩棉条外保温构造图
在确定岩棉条外保温系统构成及施工工艺后，通过建立模型进行模拟计算分析保温层厚度对建筑能耗的影响，进行耐候性试验测试系统的耐久性，通过抗风压、抗垂挂试验测试系统的安全性，同时考虑安装（层间托架）及施工方式对能耗的影响。
2.1.1 保温厚度对能耗的影响
分别采用200mm、250mm、300mm、330mm四种岩棉条厚度构成的外墙保温系统对系统的冷热需求进行比较分析，如表1所示。在考虑外遮阳影响、传热系数不同的情况下，四种厚度的外墙保温系统对冷需求几乎无影响。当保温层厚度增加至300mm及以上时，外墙保温层岩棉条厚度对热需求的影响较低。因此综合考虑，外保温系统采用厚度为250mm的岩棉条。
图2为建筑全年采暖能耗与外保温岩棉条厚度的关系曲线。当岩棉条厚度由200mm增加至330mm时，传热系数从0.2W/(m2·K)降低至0.12W/(m2·K)，而建筑全年采暖能耗仅降低0.08kWh/(m2·a)。因此从建筑能耗和经济性的角度，岩棉条厚度为250mm比较合理。
表1 不同保温厚度对能耗的影响分析
图2 采暖能耗随外保温岩棉条厚度的变化
2.1.2 耐久性
为了验证250mm厚岩棉条外保温系统在模拟自然条件下的耐久性，参照标准进行了大型的耐候性试验，如图3所示。试验中对岩棉条外保温系统进行了热雨循环80次、冷热循环5次的耐候性测试。
图3 岩棉条外保温系统耐久性试验
试验结果表明，250mm厚岩棉条外保温系统满足JGJ144《外墙外保温施工技术规程》的要求。试验后，热成像照片显示颜色比较均匀，在内外温差较大（50℃）的情况下，岩棉条之间没有热桥现象，保温隔热，耐候性良好。
2.1.3 安全性
通过抗风荷载实验来验证250mm厚岩棉条外保温系统在模拟负风压条件下的安全性，如图4所示。试验采用的岩棉条垂直板面抗拉强度大于130kpa，理论计算是安全的。试验墙通过了大型抗风压实验，证明是安全的。
通过抗剪切实验来验证250mm厚岩棉条外保温系统在自然条件下的抗垂挂能力，如图5所示。实验结果表明，托架可有效减小岩棉条外保温系统的纵向位移，提高了系统的抗剪切能力和稳定性。
图4 外保温系统抗风荷载实验
图5 抗垂挂试验墙体
2.1.4 层间托架对能耗的影响
托架方案为在每两层楼增加一层托架，托架横向间距800~1000mm。托架尺寸为L（长）×50mm（宽）×5mm（材料厚），传热系数为50W/(m2·K)；保温隔热垫片（复合材料），厚度5mm，传热系数为0.024W/(m2·K)。
模拟计算安装层间托架对保温系统传热性能的影响，通过模拟结果可知托架挑出长度在保温层厚度的2/3左右时，对系统的传热系数影响很小，如图6所示。同时，托架一定要采用隔热垫块做断热桥处理。
图6 层间托架对能耗的影响
2.2 改性石墨聚苯板+ 岩棉防火隔离带外保温体系
课题组研发出了超低能耗建筑用改性石墨聚苯板，其保温性能好，导热系数低λ≤0.032 W/(m·K)，燃烧性能为难燃B1级，产烟量低、熔融滴落物不具有引燃性、燃烧后不会产生有毒气体、氧指数高，如图7所示。物理力学性能优异，其垂直于板面方向的抗拉强度达到0.24MPa。
图7 改性石墨聚苯板
该系统采用传统的薄抹灰系统，按照GB50016-2014《建筑设计防火规范》要求，设置了防火隔离带。改性石墨聚苯板宜采用双层粘贴，具有企口的板材可单层粘贴。图8为该外保温体系的施工细节图。
图8 改性石墨聚苯板+ 岩棉防火隔离带外保温体系
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