被动式超低能耗建筑外墙外保温系统的阶段性应用及技术尝试

56∣建设科技技术解析建设科技CONSTRUCTION SCIENCE AND TECHNOLOGY2018年6月上总第361期DOI: 10.16116/ki.jskj.2018.11.012被动式超低能耗建筑外墙外保温系统的阶段性应用及技术尝试熊少波 高娴（江苏卧牛山保温防水技术有限公司，江苏 南京 211111）[摘要]由于具有低能耗、高效能、高热舒适度等特点，被动式超低能耗建筑越来越受到我国建筑行业的广泛关注。

外墙外保温系统作为其最重要的一项“被动式”技术，对实现连续的无热桥设计起着决定性的作用。

本文主要针对我国被动式超低能耗建筑外墙外保温系统在实际应用中面临的阶段性问题及技术瓶颈，尝试提出适宜的技术路线、设计方法和构造体系，并总结介绍近几年实际工程案例中的成功经验和方法。

[关键词]被动式；被动房；低能耗；绿色建筑；外墙外保温系统；透汽性Phased Application and Technical Attempts of Exterior Thermal Insulation System for Passive and Ultra-low Energy BuildingsXiong Shaobo, Gao Xian(JiangSu Woniushan Thermal Insulation and Waterproof Technology Co., Ltd., Nanjing 211111, Jiangsu)Abstract: Passive and ultra-low energy building have received increasing attention in the construction industry in China, since it has the features of low energy consumption, high efficiency, and high thermal comfort. Exterior thermal insulation system, as the most important "passive" technology in passive and ultra-low energy buildings, plays a decisive role to achieve the continuous non-thermal-bridge design. Appropriate technical routes, design methods and structural systems are proposed as the solutions for the phased problems and technical bottlenecks caused in the application of exterior thermal insulation system for passive and ultra-low energy buildings in China. It also summarizes the successful experiences and methods in practical construction cases in recent years.Key Words: Passive, passive house, low energy consumption, green building, exterior thermal insulation system, vapor permeability被动式超低能耗建筑是通过提高建筑整体保温隔热性能来降低供暖和制冷能耗需求的新技术体系，以提高外围护结构保温性能、采用高效新风热回收技术等为主要支撑。

其中，安装于建筑外墙外侧的外墙外保温系统（一般由粘结层、保温层、机械保温锚固件、抹面层、饰面层组成）是避免热传导热损失的最关键环节，特别是通过与保温门窗相结合，可有效阻断室内外热量传递，是达到超低能耗的最关键技术核心。

自2006年在住房和城乡建设部与德国交通、建设和城市发展部（Bundesministerium für Verkehr, Bauund Stadtentwicklung ，BMVBS ）、德国驻华大使馆支持下，住房和城乡建设部科技与产业化发展中心与德国能源署成立战略性工作小组开展“中国被动式低能耗建筑示范项目”合作以来，已有部分符合我国国情的被动房和低能耗建筑示范项目建设并投入使用，但由于产品质量良莠不齐、设计忽略建筑物理因素及施工工艺和工人专业度不够等原因，仍存在外墙外保温湿热负荷设计不当引起服役期质量频发、耐久性低、建设科技∣57 2018 No.11熊少波等：被动式超低能耗建筑外墙外保温系统的阶段性应用及技术尝试技术解析以保温板代表外墙外保温系统而忽略系统整体性、外保温系统与现行设计规范及建造方式的拟合度低等阶段性应用问题及瓶颈。

本文重点分析这些典型性问题的关键原因和技术难点，并以实际项目为例，针对性地提出适宜技术路线、设计方法和构造体系。

1 阶段性应用问题目前我国被动式超低能耗建筑的外墙外保温系统技术，受制于外保温集成技术水平及防火政策的限制和影响，常遇到以下几种应用问题：1.1 外保温系统的湿热负荷和耐久性能有待提高由于被动式超低能耗建筑的实际使用寿命和耐久性要求很高，其外墙外保温系统应在周期性热湿和热冷环境条件下正常工作。

目前我国很多种类的外保温系统并不适合在被动式超低能耗建筑上使用。

发泡水泥板和发泡陶瓷板外保温系统因导热系数高使得厚度增加、自重大存在安全隐患、材料脆性大且无法锚固等因素不适合；挤塑板(XPS)外保温系统因弹性模量大容易变形、吸水率低引起与粘结剂及抹面胶浆的粘结力低、尺寸稳定性差导致厚度受到限制等因素不适合；现浇混凝土复合聚苯板钢丝网架板外保温系统因无法彻底消除热桥等因素不适合；胶粉聚苯颗粒保温浆料或无机保温砂浆外保温系统因导热系数高且最大厚度不得超过40mm等因素不适合；真空绝热板外保温系统因真空度的长期稳定性低且随真空度下降导致外墙膨胀、无法彻底消除板缝热桥、无法机械锚固及无法现场切割等因素不适合。

这也再次验证了经过50多年外墙外保温技术发展和创新后，膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统和岩棉薄抹灰外墙外保温系统几乎占据着欧洲所有的被动式低能耗建筑外保温应用市场。

尽管我国的五大热工设计气候与欧洲有所差别，但温度变化引起热胀冷缩，湿度变化引起湿胀干缩，基于建筑物理而引发的建筑温度和湿气变化同样会影响并贯穿整个外保温系统服役寿命周期（如图1所示）。

其中，水蒸汽渗透值与吸水系数之间的平衡关系，是影响外保温系统湿热负荷的关键因素之一（如图2所示）。

水蒸汽的渗透的动力来源于维护结构内部和外界的湿度差。

由于建筑物内、外部的温、湿度不同，使得建筑维护结构两侧的水蒸汽压力不同，最终会达到平衡。

水蒸汽总是从水蒸汽压力较高的一侧向水蒸汽压力较小的一侧迁移，通常来说，也就是从热的一侧向冷的一侧迁移，这个过程称为水蒸汽的渗透，也称之为透气性，其实是水蒸汽的扩散能力。

为更准确地描述外墙外保温系统内部不同厚度组成层的水蒸汽透气性，将材料的水蒸汽渗透阻力μ与该材料层的厚度d的乘积称为该材料水蒸汽渗透值（SD单位：m）。

饰面层与加固层共同组成外墙外保温系统的防水层，且同时满足透气性与防水性的要求，要求等效水蒸汽渗透阻力不超过2m，且在500Pa的水压下保持2h后保温系统背面无透水现象。

饰面材料的水密性过高或者透气性过高均不适合外墙外保温系统的饰面层，而高质量、匹配性好的外墙外保温系统必须同时考虑到“水密性-吸水性-透气性”三者的平衡点，相互平衡、相互匹配。

也就是说水密性和透气性这一对矛盾是通过吸水率来平衡的。

在外墙外保温系统标准中对饰面层和加固层共同组成的防水层的性能指标进行了限制，要求其吸水率不超过0.50 kg/m2·24h。

图1 温湿度变化与热胀冷缩Fig.1 Temperature and humidity change and thermalexpansions and contractions图2 水蒸汽渗透值与吸水系数的关系Fig.2 The relationship between vapor osmotic values andwater absorption coefficients1.2 外保温系统的整体作用性有待提高外墙外保温系统是统一的有机整体技术解决方案，而不是一种可以通过购买外保温系统中各部件自行安装的工业产品。

现有被动式超低能耗建筑的外保温结构，基本上没有选择具有长期外墙外保温系统研发和工程经验的系统供应商，部分项目仅选择某一个部品件供应商或施工队伍自行组装。

外墙外保温系统各关58∣建设科技总第361期建设科技技术解析键组分的缺失或不匹配，将导致被动式超低能耗建筑面临长期的维修和运行成本的增加。

例如，外墙外保温系统缺少系统配件（如预压密封带、门窗连接线条和滴水线条等成品配件），将导致外保温系统与门窗、穿墙管道及构件部位长期存在渗漏隐患，导致外保温系统与墙体之间长期处于水的侵蚀下，保温材料几乎失效，从而使得被动式超低能耗建筑内制冷或制热能耗长期偏高且超温频率远大于被动房的设计阈值，进而导致被动式超低能耗建筑面临长期的运行成本增加。

若外保温系统不匹配而导致系统封闭，面层涂层无透汽性，冷凝效应在系统中会产生凝结水，造成内部水汽无法扩散出去，从而积聚在系统内部，冷凝水破坏系统，并降低了系统的保温效果，进而导致饰面层气泡或鼓包或水汽渗漏至建筑内部，使得被动式超低能耗建筑面临长期维修，无耐久性可言（如图3所示）。

图3 外墙外保温系统匹配性Fig.3 Matching of exterior thermal insulation system1.3 外保温系统与现行设计规范及建造方式的拟合度有待提高如何在满足国内严苛的建筑防火规范的同时选用可满足被动式超低能耗建筑保温效果的外墙外保温隔热系统？一个完整的外墙外保温系统具有六大基本功能，即节能和保温、使用安全性、耐久性、火灾情况下的安全性、卫生健康和环境性能，其中防火和保温是一对需要调和的矛盾体。

岩棉外墙外保温系统虽然燃烧等级为A 级，但缺乏在被动式超低能耗建筑中超厚、超高系统大量应用案例和科学数据，缺少在湿热耦合环境下节能效果的长期性数据；石墨聚苯板外墙外保温系统中石墨板虽然为B 1级，但等效保温效果比岩棉板高20%以上且无火灾案例。

采用最小化的热桥构造如何与高层建筑的安全性结合？为满足最小化热桥构造，通过外立面粘贴单层或双层构造确保最小保温厚度必须满足外墙整体传热系数不超过0.15 W/m 2·K ，同时辅助断热桥锚固件确保偶然负风压荷载下的安全性，其单个锚固件热桥不超过0.001 W/m 2·K 。