几种常见的外墙外保温系统在五种情况下对比研究

    1序言

    “节能减排”已作为国家“十一五”规划的重点目标，成为现在各行业发展的重要前提（和新晟，2008）。建筑用能巨大，大气污染严重，居民又对改善冬寒夏热的环境要求迫切的情况下，结合建筑业的情况，抓紧建筑节能，坚持遏制建筑用能的浪费显得尤为重要。从国外经验来看，建筑节能必须抓住能量耗散的主要部位之一—墙体的保温隔热（刘利军，2007）。而外墙在围护结构中所占比重最大,其散失的热量又占围护结构散热的30 %左右,因此如何提高外墙的保温隔热性能显得非常重要（赵秀峰，2008）。外墙外保温相对于外墙内保温、夹心保温的优越性是十分明显的：它能避免建筑热桥，避免墙面冬季结露；可以保护主体结构，减少温度应力，增加结构寿命；比内保温增加了建筑使用面积；在对已建房屋节能改造时，不致干扰原有住户生活；使建筑物更为美观等等一系列优点（章熙民，1985），目前在欧美国家广泛应用的外墙外保温系统。

    为了选取合理的保温材料和保温系统，我们比较了几种常见保温材料及外墙外保温系统的保温性能,分析采用通用ANSYS有限元计算软件。根据几种不同的外墙外保温系统，我们分别对下列五种情况进行墙体保温分析：（1）同种保温系统不同种保温材料；（2）同种保温材料不同保温系统的比较；（3）同种保温系统、同种保温材料但保温板厚度不同的保温效果比较；（4）保温浆料的保温效果的比较；（5）无保温系统的分析。

    几种常见的不同保温系统各层的导热系数及厚度参见表1，在进行分析比较时，空气对流系数均取为12.5（㎡·ｋ），室内起始平均温度为26℃，室外平均温度为40℃。

表1几种不同保温系统物理性能及尺寸

Table1 the physical property and size of the several different insulation system

注：泡聚苯乙烯泡沫板简称EPS板、挤塑聚苯乙烯泡沫板简称XPS板

    根据表一中参数通过Ansys有限元程序分析不同保温系统下的温度场，其流程为：定义单元、设定各墙体中各层的导热系数、创建几何模型、设定划分网格密度、施加空气对流边界、最后输出计算结果（王国强，2001）。

    2.1 同种保温系统不同种保温材料

    图1是通过有限元分析后得到的同种保温系统不同种保温材料随保温板厚度变化的温度变化曲线。

图1 EPS板薄抹灰外墙外保温系统＆XPS板薄抹灰外墙外保温系统温度变化曲线

Fig1 the grout insulation system of external wall of EPS board＆ the grout insulation system of external wall of XPS board

    从图1中可以看出，在室外温度和室内起始温度相同且保温层厚度相同的情况下，采用EPS板薄抹灰外墙外保温系统后室内温度将变成27.62 ，采用XPS板薄抹灰外墙外保温系统后室内温度将变成27.60 。所以比较而言，XPS板薄抹灰外墙外保温系统比EPS板薄抹灰外墙外保温系统稍好些，但二者相差很小。同时随保温板厚度不同还稍有变化。

    2.2 同种保温材料不同保温系统的比较

    选取空气对流系数为12.5（㎡·ｋ），室内起始平均温度为26℃，室外平均温度为40℃。以EPS板作为保温材料分别采用四种不同保温系统进行ANSYS有限元分析，利用有限元分析将以上四种相同保温材料不同保温系统随保温板厚度变化而得到的室内温度变化曲线表示在图2中。

    在室外温度和室内起始温度相同的情况下，且保温层厚度相同，采用EPS板薄抹灰外墙外保温系统后，室内温度将变成27.62 ，采用EPS板现浇混凝土外墙外保温系统后，室内温度将变成27.60 ，采用 EPS钢丝网架板现浇混凝土外墙外保温系统后，室内温度将变成27.645 ，采用过机械固定EPS钢丝网架板外墙外保温系统后，室内温度将变成27.676 。所以，比较而言，EPS板现浇混凝土外墙外保温系统的保温效果稍好些。同时当保温板厚度较小时，EPS钢丝网架板现浇混凝土外墙外保温系统和机械固定EPS钢丝网架板外墙外保温系统的保温效果均比EPS板薄抹灰外墙外保温系统的保温效果相差更大。

图2 同种保温材料不同保温系统的温度变化曲线

Fig2 the different insulation system with the same heat insulator

    2.3 同种保温系统、同种保温材料但保温板厚度不同的保温效果比较

    设EPS板薄抹灰保温系统的保温板厚度分别为30mm和55mm，空气对流系数为12.5（㎡·ｋ）,室内起始平均温度为26℃，室外平均温度为40℃，图3为簿抹灰保温系统在不同保温板厚度条件下的室内温度变化曲线。显然，在室外温度相同，保温层厚度不同的情况下，温度经过保温板厚度为30mm的EPS板，室内温度将变为27.62 ，温度经过保温板厚度为55mm的EPS板，室内温度将变为27.605 。由此可见，随着保温板的厚度增加，保温性能会相应的提高，但提高的幅度不是很明显。 根据簿抹灰保温系统在不同保温板厚度下的室内温度变化曲线可以发现，在环境条件相同时，因保温板厚度不同所引起的室内温度变化差基本保持恒定。

图3 簿抹灰保温系统在不同保温板厚度下的室内温度变化曲线

Fig3 the grout insulation system of external wall in different thickness of insulation board

    2.4 保温砂浆的保温效果分析

    设空气对流系数为12.5（㎡·ｋ），室内起始温度为26℃，室外平均温度为40℃，图5-14为胶粉聚苯颗粒保温、膨胀珍珠岩保温及EPS板薄抹灰系统保温比较曲线，从图中发现其实保温砂浆与EPS板薄抹灰系统的保温效果相差很小。因此保温砂浆还是拥有很多优点，不仅施工工艺简单，整体性好，工作效率高，造价低，而且其保温效果也是相当的不错。

    根据图4，虽然珍珠岩的保温效果要比胶粉聚苯颗粒保温系统的保温效果好些，但两者相差的温度很小，由于胶粉聚苯颗粒较为便宜，综合经济效益，采用胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统更加经济合理。

图4 胶粉聚苯颗粒保温、膨胀珍珠岩保温及EPS板薄抹灰系统保温比较曲线

Fig4 the insulation of Colloidal Polystyrene Granule, the insulation of expanded perlite, the grout insulation system of the EPS board

    2.5 无保温系统的分析

    为了更清楚地了解采取保温措施与没有采取保温措施的室内温度变化差异，我们设空气对流系数为12.5（㎡·ｋ），室内起始温度为26℃，室外平均温度为40℃，则根据ANSYS有限元分析所得到的无保温系统与EPS板薄抹灰保温系统的室内温度变化曲线如图5。很显然，采取保温措施与没有采取保温措施的室内温度变化差异极大，这再次说明了现有建筑采取保温节能的必要性。

图5 无保温系统与EPS板薄抹灰保温系统保温比较曲线

Fig5 no insulation system with the grout insulation system of the EPS board

    3结论

    对几种常见的保温系统，按五种情形通过ANSYS有限元进行比较分析，得到了以下结论：

    （1）在相同情况下，XPS板保温性能优于EPS板的保温性能。

    （2）对于EPS板保温系统，EPS板薄抹灰保温系统和EPS无网保温系统的保温效果明显优于有网系统和机械固定系统，而且薄抹灰系统的保温板厚度最小。也就是说，EPS板薄抹灰保温系统不但保温效果好，而且可以减少墙体总厚度，降低施工成本。

    （3）对于同一种保温系统，增加保温材料的厚度，在一定程度上可以提高保温效果，但是效果不是很明显，而且在均存在保温板的情况下，保温效果可能还不如薄一点的。再综合经济效益，增加保温材料的厚度显然不是明智的做法。

    （4）保温砂浆的保温效果高于EPS板薄抹灰保温系统的保温效果，即保温砂浆是现阶段相对较理想的保温材料。

    （5）采用了保温系统的住房，在同样舒适条件的前提下，节能效果明显。

    【参考文献】

    和新晟. 墙体保温材料的发展[J]. 建筑装饰材料世界, 2008,(03):22～25.

    刘利军. 建筑节能关键——墙体保温[J]. 科技资讯, 2007,(04) :82.

    赵秀峰,刘开平,关博文.浅谈建筑墙体的保温节能技术[J]. 聚氨酯, 2008,(05) :1～4.

    章熙民.传热学[M]. 北京：中国建筑工业出版社，1985.

    王国强.实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践[M].西安：西北工业大学出版社，2001.

    许军才 (1980－),男,汉族，博士研究生，工程师，安徽巢湖人，从事水工结构温控与防裂研究,公开发表论文二十余篇。

    戴建光（1972－）,男,汉族，工程硕士，工程师，江苏常州人，从事土木工程设计方法应用与研究，公开发表论文数篇。