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建筑保温系统与节能控制

2021-7-28| 来源: 网络整理| 查看: 48

No.1前言

建筑保温工程一直属于开发商重点关注的分项工程,其重点关注的原因无外乎:

① 保温工程属于刚性成本,其成本花费并不能带来客户感知,且建安成本构成中保温成本一直位列前茅,高成本、低业主敏感度让开发商不得不重视。

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根据中梁标准成本测算成果,以单体建安成本2200元/m2考虑,保温及门窗成本占比8%~15%。

② 保温脱落、保温失效、渗水透水等由于保温原因导致的社会事件层出不穷,工程质量问题让开发商不得不去面对,保温投诉事件一直是开发商无法言喻的痛楚。

③ 保温工程专业度高、切入性差、管控能级低,是开发商管理端不得不“屈从乙方”的工程。

究其原因可以归结为几点:

(1) 开发商对保温材料缺乏系统的了解,众多被材料厂家牵着鼻子走,而好多的厂家出自小作坊,材料的质量难以控制;

(2) 建筑材料的保温与防火矛盾已非一日之久,在面对高节能标准、严防火要求的情况下,不燃材料少之又少,保温行业乱象一片;

(3)低价中标、层层分包,保温行业乱象重生,劣币驱逐良币现象严重;

(4) 新技术新保温材料缺乏系统研究,保温很好,保温系统未必好,新材料技术缺乏长时间的工程检验,在这种条件下就要大规模应用,很容易出现问题。

前段时间,阅读了《外墙外保温潜在风险解析及标准应对 (征求意见第二稿)》,受益匪浅,遂写本篇读书笔记,文中观点请各位读者辩证去看。

No.2关于保温工程的几个观点

随着2015年《建筑设计防火规范》的实施,建筑外保温工程被政策“压制”,上海更是在2020年10月份出台文件禁止使用外保温(下图),业内随之一片哗然。

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外保温被“压制””被禁止”,首当其冲难受的便是“开发商”,开发商面临无材料可用的尴尬境地。于是,复合保温体系(结构保温一体化产品)开始被开发商所熟悉。

如下图《建筑设计防火规范》中要求:

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关于夹心保温体系(复合保温体系):根据《意见稿》的相关观点,夹心保温体系的诟病在于:虽然保温和结构能实现不掉落和所谓的“同寿命”,但是夹心保温使内叶墙与外叶墙温差扩到七至十倍,导致夹心墙体结构寿命缩短至五十年(外保温工程结构体系寿命却为七十年,原因在于外保温可以降低温度差,延长结构使用寿命)。

是结构体保护保温层,还是保温层保护结构体,夹心保温体系不言而喻。此外,夹心保温体系与结构体连接所使用的钢丝网片、锚固件等大大加大了热桥的风险,容易引起后期霉变的问题。第三,复合保温体系,无论两侧现浇混凝土还是保温砌块,其外墙饰面工程尤其是涂料直接喷涂在找平砂浆上,不符合保温工程刚度渐变的原则,极其容易导致涂饰工程开裂爆皮。

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图片来源:《外墙外保温潜在风险解析及标准应对 (征求意见第二稿)》

关于内保温体系:

【意见稿观点】内保温构造作法形成的温度场会造成建筑结构终身不稳定状态。外墙与内隔墙的年温差会达到七倍,同建筑不同墙体不同季节七倍温度的应力会使建筑反复发生墙体裂缝,屋面防水破坏,地下室防水渗漏及室内冷桥部位结露、发霉等现象,俗称内保温技术综合症。

不同的保温位置对墙体水蒸气渗透有不同的影响,内保温、夹心保温、自保温都会在墙体部位发生结露。只有外保温露点位置不在墙体。

在工程实践中发现,内保温技术不断地被冷桥、结露、霉变、墙体裂缝等现象所困扰,工程应用存在着一定的风险。

关于外保温体系:

第一:保温体系复合柔性渐变,才可以解决开裂风险。

【意见稿观点】多层材料结合时,选用弹性模量相近的材料有助于释放内部集中的应力,防止面层产生开裂等破坏。因此,为了避免开裂,可使外保温系统各层材料具有一定的柔性,吸纳产生应力变形的能力。

基层混凝土墙体的变形量为0.2‰(温差20℃);

胶粉聚苯颗粒浆料的变形量为3‰;

抗裂防护层的变形量为5%~7%;

柔性腻子层的变形量为10%~15%;

涂料装饰层的变形量为≥150%。

外保温系统从内到外,变形量逐层渐变,可以降低外保温系统内部应力的集中,释放系统应力,降低开裂风险。

第二:薄抹灰系统,源于聚苯板薄抹灰,其他各类材料都套用,问题层出不穷。

EPS薄抹灰由于其重量低、变形小、系统含水率自平衡性好,作为一种优良的保温材料。只是近年来,尤其是GB50016-2014实施以来,各种板材(包括无级板材)都套用薄抹灰体系的做法,但这些材料都与EPS的材料特性相差很大,导致各地保温脱落的问题频发。

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保温板与砂浆之间的应力

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各种保温板物理性能指标对比

上述图片来源:《外墙外保温潜在风险解析及标准应对 (征求意见第二稿)》

第三:保温系统粘贴方式。

保温体系发生脱落基本都在山墙面,其原因在山墙面剪力墙较多,锚固件失效的概率较大,另外最重要的原因在山墙面极其容易产生负风压,如果保温粘贴出现了空腔,那么风压力便会在空腔处产生推力,导致保温脱落。

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保温工程中通常采用点框粘法,但是保温工程施工多位于高空作业,施工工人若没有严格按照点框法施工,或者出现偷工减料的点框法变成了纯点粘法,那么保温脱落的风险概率便会增加。

注:文中的一些观点来自《外墙外保温潜在风险解析及标准应对 (征求意见第二稿)》,由于时间仓促,观点内容或有不详,请谅解。

No.3甲方角度的保温体系的控制

1节能设计的根基,节能分区

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严寒地区:考虑冬季保温,不考虑夏季放热,设计时应重视 最大化的太阳能得热(玻璃采用高透光性玻璃,不宜采用低辐射玻璃),考虑建筑物南北朝向为主,重视外围护结构的保温性能,保温材料的热惰性要求,重视外墙饰面以深色为主,利于建筑物吸收热量。

夏热冬暖、温和地区:不考虑冬季保温,考虑夏季放热,设计时考虑南北通风要求,建筑物外遮阳要求,采用低辐射玻璃降低室内得热。

其他分区:即考虑冬季保温,又考虑夏季放热。制冷/制热负荷兼顾,保温和隔热要权衡重点。

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PKPM节能软件:适当提高太阳辐射吸收系数

尽量选择较深颜色的外饰面,降低采暖能耗

2重视能耗的损失比例,有重点的对节能发力

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高层采暖建筑的能耗排行:外窗>外墙>户内非采暖空间(如楼梯间)>屋面>其他

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多层采暖建筑的能耗排行:外窗>外墙>屋面>地面及其他

3节能设计的原理:能耗平衡,得热=散热

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建筑物得热:采暖供热+太阳能辐射+建筑物内部得热

建筑物失热:外围护结构热传导,门窗散热

北方地区控制重点:提高门窗气密性等级,提高太阳能得热

南方地区控制重点:提高空气流动,如南北开窗通透,降低太阳能得热(如增加外遮阳)。

4节能控制措施

4.1 控制体形系数:与室外接触的建筑外表面积/体积之比,体形系数越大,外展开面积越大,散热面越大,节能成本越高。

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《山东省居住建筑节能设计标准》( DB37 5026-2014)

控制重点:

① 体形系数低于规范限值时,外围护结构满足各自的传热系数即节能满足设计要求,此时能耗最低,维护成本造价最低;

②体形系数超过规范限值时,外围护结构的能耗需要权衡判断,整体达到能耗设计标准时节能满足设计要求。

体形系数不超规范限值时,建筑物整体建安成本较低,满足维护结构最低能耗指标;当体形系数超规范限值时,需建筑物能耗的权衡判断,以取得最高性价比。即对外墙保温、屋面保温、外窗配置三因素总体评判,三者互相制约、相互补位,只要整体耗热量指标满足规范即可。

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同等节能,不同体形系数的成本增量:

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案例:《建筑体形系数对建筑节能增量成本的影响分析》 谢自强

体形系数对其他成本的影响(可衔接:体形系数):

体形系数越大,建筑散热面越多,建筑平面凸凹越多,能耗成本越高;

另外,体形系数大→外立面率高→结构布墙率高→建安成本高

【案例】:

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假设济南地区大高层地上面积10000m2,标准层面积400,层高3.1米,25层,窗墙比0.15

项目一:体形系数0.26(直接判定节能合格),建筑外表面积=0.26*400*25*3.1*0.85=6851m2

项目二:体形系数0.32(节能权衡判断,建筑外表面=0.32*400*25*3.1*0.85=8432m2

同样的地上面积,项目二建筑外表面积成本增加比项目一高=(8432-6851)/6851=23.1%

4.2 控制窗墙比:与项目定位要适配

窗洞口的面积与墙面面积之比;因为窗的保温性能远低于外墙,所以窗的面积越大,节能越差。单纯从成本角度而言,外窗成本远高于外墙成本,控制外窗面积有利于控制建安成本,但是门窗面积的大小跟楼盘档次关系大。

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外墙保温性能是窗保温性能的10倍以上,门窗属于能耗短板

【案例】:同等体形系数下,窗墙比越大,能耗和成本越高

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不同体形系数下K值对窗成本的影响

4.3 建筑朝向-充分利用太阳能得热

严寒或寒冷地区,以冬季采暖为主,建筑物的主要朝向为南北;冬季南向朝阳,建筑物南向得热大于散热,应充分利用南向建筑面宽。

【案例】:不同朝向的窗不均衡投入成本

国家体育馆案例:外围护玻璃幕墙、玻璃分为两种方式

西、北立面采用以乳白色双层玻璃内填白色30厚挤塑板玻璃幕墙为主(传热系数控制在0.8以内),Low-E中空玻璃幕墙为辅;东、南立面采用Low-E 中空玻璃(传热系数控制在 2.0 以内)。

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4.4 控制门窗能耗和成本

窗成本的影响因素:

1. 门窗材质的影响:铝木合金>铝合金>塑钢

2. 门窗型材的影响:影响每延米窗体的质量

3. 玻璃的影响:三玻>双玻low-e>双玻(6+12+6)>双玻(5+12+5)>双玻(5+9+5) ;

钢化玻璃比普通玻璃贵15~20,low-e比普通玻璃贵40~60左右

4. 门窗开启:内开内倒>平开>悬窗>推拉>固定

5. 分割的影响:分割越多型材损耗越大。

6. 型材损耗:窗型越大型材损耗越小。

4.5 耐火窗适配临界值分析——模型建立(来源:中梁地产)

通过“A级保温材料+非耐火窗“与”B1级保温材料+耐火窗”的造价对比,可得出不同地区及不同建筑类型的造价最优外墙保温组合方式。模型公式如下:

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以高层业态为例:

模型参数设置

假设A级保温材料为100mm厚岩棉板,单方146元/m2;B1级保温材料为80mm厚挤塑聚苯板,单方126元/m2。

墙地比1.05,窗地比0.19。

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铝合金窗+岩棉:

146*1.05*S+550*0.19*S=126*1.05*S+C1*0.19*S

塑钢窗+岩棉:

146*1.05*S+460*0.19*S=126*1.05*S+C2*0.19*S

计算得:C1=661元/m2 C2=571元/m2

结论解析:

高层建筑,采用A级岩棉+非耐火窗时,若使用B1级XPS+耐火窗替代,耐火窗的单方成本需满足:

(1)材质为断桥铝合金时,耐火窗成本低于661元/m2 ;

(2)材质为塑钢时,耐火窗成本低于571元/m2。

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