2020 年建筑能耗占比将达 35%，外墙保温材料的发展与应用

2020 年建筑能耗占比将达 35%，外墙保温材料的发展与应用

1 简介

根据国际经验和我国建筑能耗发展水平，到2020年，建筑能耗占全社会总能耗的比重将达到35%左右，超过工业能耗，成为第一大能源消耗大户。为实现节能减排战略目标，我国建筑节能标准将越来越高，目前部分省市已开始执行75%节能标准。作为建筑节能措施的首控点，外墙保温的作用尤为突出。

目前，行业内建筑外墙保温材料主要分为有机保温材料和无机保温材料两大类。无机保温材料主要有加气混凝土、发泡水泥、泡沫玻璃、岩棉、玻璃棉、改性珍珠岩等；有机保温材料主要有模塑聚苯乙烯（EPS）、挤塑聚苯乙烯（XPS）、聚氨酯（PU）和酚醛泡沫材料等。我国外墙节能技术主要借鉴国外有机保温材料粘贴工艺，由于EPS、XPS等有机保温材料具有价格最低、导热系数低、施工操作简便等特点，已成为墙体保温材料的主力军，市场占有率达80%以上。但随着近年来因有机保温材料引起的火灾造成大量人员伤亡的事故不断发生，建筑外墙保温的防火安全问题已成为建筑节能工作必须面对的问题。

2 外墙保温材料燃烧性能的发展

2011年3月16日，公安部发布“公发[2011]65号文件”，规定要严格民用建筑外保温材料防火监管。其中最致命的一条，就是强调要严格执行“民用建筑外保温材料应当采用燃烧性能为A级的材料，并严格执行（公发[2009]46号）第二条的规定”。然而，有机材料即使加入阻燃剂，最多也只能达到阻燃B1级，而A级材料在生产、施工过程中存在污染、操作困难等问题，其保温性能普遍不如有机保温材料。北京市建筑节能专业委员会在2008年做过一次市场调查，结果显示北京市场上的保温材料中，EPS占72%，XPS占25%，聚氨酯等无机材料仅占3%。数据显示，2010年，中国建筑外保温用EPS产量约115万吨，而无机保温材料中占比最大的岩棉及其制品产量为86万吨，而建筑领域使用的岩棉不足10万吨。

在市场供应了充足的符合防火标准的B级有机材料后，保温系统25年的设计使用年限却带来了另一个严重的问题，那就是在建筑后期使用过程中必须进行的外墙外保温系统更换或维修，而导致建筑正常使用的问题。《建筑工程施工现场消防技术规程》-2011明确规定：“既有建筑改建、扩建时，必须明确划分施工区域与非施工区域，施工区域内不得进行营业、居住等活动。”2011年上海“11.15”特大火灾就是这一问题的有力佐证。

行业内解决外墙保温防火问题的方法有两种，一是材料防火，即采用A级无机不燃材料作为保温层；二是系统防火，即把防火构造措施与提高可燃材料阻燃性能相结合，提高系统或部件整体耐火极限。2009年颁布的《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》已明确指出，采用有机材料进行外墙保温需要通过系统防火来解决，包括材料本身防火和结构防火。结构防火包括设置足够厚度的防火保护层、设置防火隔离带、采用无空腔粘结固定等。

3 新《建筑设计防火规范》对外墙保温做出最系统的规定

3.1 总结前期规定，严格执行外保温要求

备受瞩目的《建筑设计防火规范》-2014版于2015年5月1日正式实施。该规范总结了以往多部法规的规定，对外保温系统提出了严格的要求，在保温材料燃烧等级、保护层厚度、防火分区设置、外窗耐火完整性、空腔密封等方面均比旧规范有更为严格的规定。如对居住建筑的要求见表3.1。

表3.1 住宅外墙外保温系统防火技术要求

建筑高度(h)

A级绝缘材料

B1级保温材料

B2级绝缘材料

时＞100米

应采纳

不允许

不允许

100m≥h＞27米

建议采用

可使用，（1.每层防火隔离带；2.外窗耐火完整性0.5h；3.保护层厚度）

不允许

高度≤27米

建议采用

可使用，（1.各层防火隔离带；2.保护层厚度）

可使用，（1.每层防火隔离带；2.外窗耐火完整性0.5h；3.保护层厚度）

注：防火隔离带材料为A级，高度不小于300mm；第一保护层厚度不小于15mm，其它各层厚度不小于5mm。

3.2 首次提出并定义复合绝缘，并持鼓励态度

虽然复合保温很早以前就和外保温、内保温一起被提及，但在我国的标准体系中却一直没有统一的表述和定义。《建筑设计防火规范》-2014中对“无空腔复合保温结构”的定义是“保温材料两侧墙体应采用不燃材料且厚度不小于50mm”。对于复合保温，唯一的防火要求就是保温材料应为B1级或B2级。相比于外保温的诸多规定，复合保温结构简单、施工方便、材料选择范围广、综合造价低，规范基本鼓励其表述，使其成为未来外墙保温的首选技术方案。

4 CL建筑系统技术概述

在国内众多能够满足上述规范中复合保温结构防火要求的技术中，除复合砌体外，应用最为广泛的是现浇混凝土组合剪力墙技术。该类技术的代表是CL建筑体系，已有近20年的应用经验和超过2亿平方米的工程案例。

4.1 CL建筑体系建设措施

CL建筑体系的核心部件CL现浇混凝土组合剪力墙是在CL格栅板两侧浇筑混凝土形成的复合墙体。CL格栅板为钢焊接格栅保温夹层板，包括保温板和多层钢筋焊接网，采用斜插腹杆连接。其结构层为现浇自密实混凝土，强度等级不低于C25。厚度为底部加强部位60mm，一般部位50mm。内部设有φ3@50密型钢筋焊接网，配筋率在0.25%以上。

4.2 CL建筑体系施工技术

CL建筑体系的特别之处在于CL组合剪力墙，而墙体、楼板等其他部分均为普通钢筋混凝土构件。与普通剪力墙相比，CL组合剪力墙的施工工艺省去了外墙保温二次施工的工序。保温体系核心构件的工厂化定制生产也提高了工程质量的稳定性和可追溯性。具体工艺流程如下：

普通钢筋绑扎→CL格栅板安装→模板支撑→保温板两侧混凝土同步浇注→拆模、混凝土养护。

5 CL现浇组合混凝土剪力墙抗火分析

5.1 已采取措施提高高温条件下零部件的完整性。

保温板两侧混凝土层通过斜插钢筋与梁、板、柱等结构构件连接在一起；墙体作为主体结构的一部分，通过搭接接头、钢筋锚固及现浇混凝土的作用，与周边结构构件可靠连接；自密实混凝土0.45的较低含水率及细密的高强钢筋焊接网，可避免或延缓混凝土层在持续高温下的爆裂，缓解钢筋与混凝土粘结强度的下降。

5.2提高高温条件下构件的绝缘性能，保证火灾不会波及大面积结构。

保温板与两侧混凝土层之间无空腔，在受到高温时，封闭的混凝土保护层可将保温板与空气隔离，避免或延缓保温层的燃烧蔓延和气体释放。作为复合夹层墙体，其传热性能低于单一材料形成的实体墙体。选用的保温板导热系数低，保温性能好，即使保温板热熔后，封闭的空腔结构保温性能也优于实体墙体。

5.3可提高构件在高温条件下的稳定性和承载能力。

该墙体通过结构措施形成整体空心组合墙体，增加构件稳定性，从而提高高温条件下的极限承载力。另外，墙体设置多层钢筋焊接网，避免集中高温条件下钢筋破坏失稳。第三，由于墙体内钢筋焊接网混凝土保护层厚度大于30mm，提高了墙体的耐火极限。

6 施工期间的防火措施

虽然复合保温结构在结构上具有较高的耐火极限，在建筑几十年的使用过程中具有较高的消防安全性，但在施工过程中，仍然需要加强消防措施。特别是，当保温板采用B2级材料时，施工现场保温材料的存放不应超过1层，并应远离火源；长期存放时，应用不燃材料覆盖；保温系统安装开始后，施工作业面严禁电焊等明火作业；保温材料固定后，应及时支模、浇注混凝土；保温材料的存放现场和施工作业面应配备足够的消防器材。

行业仍需关注的7个问题

7.1 已过时的“化合物A”仍然存在且正在使用

虽然《建筑设计防火规范》-2014明确规定了外墙保温的具体技术要求，但业内仍有人将材料燃烧分级中的“A级”和“复合A级”概念混淆，在设计、图纸审查、工程施工验收等方面存在误解和执行标准不一致，为今后部分工程埋下火灾隐患。A级复合（夹层）材料是按照《建筑材料燃烧性能分级方法》-1997进行分级和试验，而复合（夹层）材料早在《建筑材料与制品燃烧性能分级》-2006中就被定义为非均质制品，现行标准《建筑材料与制品燃烧性能分级》-2012也执行了非均质制品的规定。按照现行相关规范，采用B级保温材料的复合材料或构件无法满足A级试验。换言之，“综合A级”是依据已经作废的1997年相关规范制定的，在现行工程中不能作为设计或验收的依据。

7.2 “无空腔复合保温结构”定义混乱

新颁布的《建筑设计防火规范—2014》明确规定：“无空腔复合保温结构是由两侧保护层和中间保温层组成的墙体”；“保温材料两侧的保护层必须采用不燃材料，保护层厚度必须等于或大于50mm”；“保温层位于结构构件内部，与保温层两侧的墙体、结构受力体系共同作为建筑外墙使用。”综合以上详细规定，无空腔复合保温结构是指夹层墙体，其目的是通过结构墙体保护层提高保温层的耐火极限，实现墙体节能、材料供应与消防安全的统一。但目前行业内存在多种技术，如水泥砂浆抹面、混合使用A类与B类保温材料等，但这些做法很难满足结构构件的耐火极限要求或在未来长期使用过程中丧失耐火性能，存在巨大的安全隐患。

8 结论

2010年9月，经国家固定灭火系统及耐火构件质量监督检验中心检测，CL现浇组合混凝土剪力墙耐火极限达到4小时以上，保温措施的耐火极限高于该部分结构构件的耐火极限要求。试验表明，建筑投入使用后，即使某一部位发生火灾，墙体也只会产生保温板的局部热熔，火焰不会蔓延或释放有毒气体，具有较高的消防安全保障作用。CL建筑体系在满足节能标准的前提下，具有材料普及性强、施工便捷、工期缩短、综合造价低等优势，是目前性价比较高的一种外墙保温技术，完全符合我国国情，具备大规模应用推行的条件。