外墻外保溫系統(tǒng)保溫材料的選擇

外墻外保溫系統(tǒng)保溫材料的選擇

20世紀(jì)50年代，歐洲的泡沫泡沫塑料廠和有機(jī)木材在美國已上市。外包水溫系統(tǒng)（eifs，簡稱eifs，簡稱etis）逐漸發(fā)展到歐洲市場，并在美國建筑市場注冊。早期的EIFS通常由3個基本部分構(gòu)成,見圖1所示。第一層是泡沫塑料保溫層,大多數(shù)選用的保溫材料為模塑聚苯乙烯泡沫塑料板材(EPS),也有擠出型聚苯乙烯泡沫塑料板材(XPS)、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料板材(PUR)以及近年來推出的交聯(lián)聚異氰酸酯(PIR)。增強(qiáng)層應(yīng)用于保溫層表面,通常為玻璃纖維網(wǎng)格布和底層涂層,玻璃網(wǎng)格纖維布的密度直接決定了其強(qiáng)度。涂層或飾面,包括抹灰層(render),或者制作出光滑、粗糙的紋理或使用飾面磚等作為裝飾層。這種系統(tǒng)能夠保護(hù)建筑物結(jié)構(gòu)、提升保溫性能、提高建筑物結(jié)構(gòu)的氣密性并具有一定的隔音效果,外立面裝飾效果多樣,便于安裝從而適應(yīng)建造快速的要求,故在建筑物翻新工程和新建建筑物工程中都有廣泛使用。隨著應(yīng)用的逐步推廣,美國發(fā)現(xiàn)潮濕問題對于一部分采用EIFS作為外立面的建筑影響很大,尤其是對對潮氣較為敏感的建筑框架影響更為明顯。圖2為潮濕對建筑外立面影響的示意圖。研究人員探索出一種新的可排水的EIFS,見圖3所示。這種系統(tǒng)將防水層應(yīng)用于整個墻體表面之上,然后增加排水孔(通常是在泡沫塑料和防水層之間增加一些空間)。然后按照上述步驟加入3層。這種類型的EIFS在建筑規(guī)范中要求用于木質(zhì)框架構(gòu)造,用于提供EIFS背后的潛在的水通過安全途徑流入外部,從而防止水進(jìn)入支撐墻體造成損壞。另外,隨著對外立面式樣美觀性、高層建筑對于結(jié)構(gòu)定期檢修以及保持建筑呼吸性要求的不斷提升,更多的高層建筑使用干掛板(drycladding)或防水幕墻(rainscreen)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)將保溫層固定到基層墻體上,采取支撐框架結(jié)構(gòu)或干掛板固定系統(tǒng),在保溫層和干掛板之間保留通風(fēng)洞口,從而保證建筑的呼吸性能并防止潮濕的影響,同時樹脂增強(qiáng)板、纖維增強(qiáng)硅酸鈣板、鋁板和陶土板等多種外掛材料的選擇也使外墻表面具有更多的色彩、紋理和圖案。典型的干掛板EIFS結(jié)構(gòu),見圖4所示。從以上對EIFS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析可以發(fā)現(xiàn):(1)保溫材料的使用大大降低了建筑物的能耗,而且伴隨著EPS、XPS、PUR、PIR產(chǎn)品的不斷推陳出新,更多的有機(jī)保溫材料在EIFS系統(tǒng)中得以應(yīng)用。(2)潮濕問題對于建筑物框架結(jié)構(gòu)的危害巨大,尤其是木質(zhì)框架結(jié)構(gòu)等對于潮濕較為敏感的建筑框架。因此近年來對于建筑呼吸性能和除濕功能的要求更加嚴(yán)格,無論是薄抹灰還是干掛板EIFS,都要求在結(jié)構(gòu)上留出一定的空隙保證濕氣的移除。從消防的角度考慮,未經(jīng)阻燃處理的保溫材料以及與之毗鄰的孔洞都具有一定的安全隱患,要求在施工過程中采取一定的阻燃措施或進(jìn)行有效的防火分隔,從而避免火焰在空隙中蔓延。2大尺寸試驗(yàn)研究根據(jù)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)要求,建筑保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)直接決定了在建筑中所使用的厚度,從而也成為了單位面積保溫系統(tǒng)成本考量的重要因素。表1為典型保溫材料保溫性能對比。針對保溫材料在真實(shí)火災(zāi)中的燃燒性能,英國EPIC協(xié)會(建筑工程板協(xié)會)對于兩面帶有金屬面層,中間采用保溫材料作為芯材的復(fù)合保溫板(我國通稱“彩鋼板”,見圖5所示)通過大尺寸試驗(yàn)做過對比。該試驗(yàn)依照的標(biāo)準(zhǔn)為英國防損委員會標(biāo)準(zhǔn)LPS1181《建筑墻體和天花板》測試,采用35kg木條堆模擬10m×4.5m×3m的測試建筑的角落火災(zāi),測試過程中平均熱量輸出達(dá)到510kW,最大輸出達(dá)到1MW,足以代表火災(zāi)的發(fā)展。針對聚苯乙烯、聚氨酯和巖棉三種典型且常用的保溫材料制作的彩鋼板進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)測試框架和過程見圖6所示,得出的結(jié)論見表2所示。3外墻外保溫系統(tǒng)etag-盡管在歐洲高層建筑物的火災(zāi)很少發(fā)生,但是歐洲專家也認(rèn)為,這種火災(zāi)一旦發(fā)生,可能通過外保溫系統(tǒng)蔓延,從而具有很大的危害性。僅1991年英國Basingstoke的火災(zāi),14層樓的辦公大樓上有2層被損壞,造成價值1560萬英鎊的損失。2005年在馬德里也發(fā)生過類似的火災(zāi),造成了巨大的財(cái)產(chǎn)損失。消防專家通過研究得出,建筑外保溫系統(tǒng)在火災(zāi)中的垂直傳播模型,見圖7所示。通?；馂?zāi)在高層建筑中的較低樓層中起始,造成大量的燃燒物質(zhì)聚集在天花板,并產(chǎn)生負(fù)壓。火災(zāi)的溫度和壓力造成玻璃的破損從而在建筑物外表面蔓延。一旦有機(jī)保溫材料不具備一定阻燃性能,火焰將持續(xù)燃燒,在干掛板EIFS和幕墻結(jié)構(gòu)中,縫隙的存在導(dǎo)致煙囪效應(yīng),火焰的蔓延更加迅速和猛烈,造成多個二次火災(zāi)同時發(fā)生,巨大財(cái)產(chǎn)損失不可避免。因此,歐洲技術(shù)評估組織(EOTA)在2000年頒布了歐洲技術(shù)評估指南ETAG004《帶有薄抹灰的外墻外保溫復(fù)合系統(tǒng)》。對于帶有薄抹灰的外墻外保溫復(fù)合系統(tǒng),歐洲要求(ETAG004節(jié)選):(1)對于保溫材料單獨(dú)進(jìn)行防火性能測試是必須的。試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)prEN13501-1的原則進(jìn)行,特別要認(rèn)識到在外墻外保溫系統(tǒng)中保溫材料蔓延的可能性。為防止火焰的蔓延,有些成員國會要求使用“防火隔離帶”,以期滿足防火要求。系統(tǒng)供應(yīng)商應(yīng)推薦保溫材料屏障來防止火勢蔓延,作為系統(tǒng)一部分,其防火能力可參照產(chǎn)品性能列表或試驗(yàn)結(jié)果而定。(2)外墻外保溫的防火性能等級按EN13501-1《建筑制品和構(gòu)件的火災(zāi)分級》劃分為A1～F級。針對整個系統(tǒng)和保溫材料的防火性能分類另述。(3)除了力學(xué)性能和穩(wěn)定性(使用安全性)要求外,根據(jù)現(xiàn)有的國家防火標(biāo)準(zhǔn),為了滿足防火要求可能需要一些附加錨件的使用。(4)保溫材料的等級分類和EN13501-1材料的防火等級分類相同。使用的歐洲等級有A1～F,作為系統(tǒng)的一部分,當(dāng)保溫材料中含有隔離帶時,要出示1∶1大樣的試驗(yàn)結(jié)果。德國對于外墻外保溫系統(tǒng)的應(yīng)用范圍的規(guī)定是:(1)按照建筑材料許可規(guī)定必須出具適用性證明。(2)對于不可燃的外墻外保溫系統(tǒng)(A1或A2級,DIN4102-A級)(3)300mm以下厚度不需附加防火措施;不可燃保溫材料(巖棉或礦物質(zhì)泡沫);礦物質(zhì)涂料(石灰/水泥)或有機(jī)硅涂料(水玻璃);對于難燃外墻外保溫系統(tǒng)(B或C級,DIN4102-B級);100mm以下聚苯板不需防火措施;100～300mm須采取防火措施;300mm以下聚氨酯或酚醛樹脂不需防火措施;軟質(zhì)木纖維保溫時部分可以做到100mm厚度;采用彌散性涂料或硅樹脂涂料。德國對“防火隔離帶”提出的許可規(guī)定為:采用的保溫板厚度為100～300mm的工程商,如果至少每兩層設(shè)施有圍繞建筑物的防火隔離帶,則在每個窗洞上沿不需要設(shè)置巖棉防火隔離條;防火隔離帶必須由至少300mm高、滿粘式片狀巖棉條組成(著火性能等級A1或A2～S1,DIN-EN13501-1,原始密度80～100kg/m3);防火隔離帶的安裝應(yīng)保證防火隔離帶下沿與沿口間距不超過0.5m;邊角處應(yīng)在網(wǎng)格布上再加一道鋼保角。而在美國,通常對于薄抹灰系統(tǒng)EIFS的要求是:所有外保溫系統(tǒng)必須符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。注意在多層建筑中,除非使用了礦棉保溫材料,否則必須在外保溫系統(tǒng)中使用防火隔斷產(chǎn)品以防止火焰在外部的蔓延。對于干掛式EIFS,則要求所有的系統(tǒng)必須符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。防火測量必須包括提供不燃保溫材料的隔離帶,并加入洞口防火封堵材料從而防止火焰在表面的蔓延。由于煙囪效應(yīng)可以使火災(zāi)高度變成原有的5倍,因此歐美發(fā)達(dá)國家均在使用建筑外保溫系統(tǒng)的同時,對于有效的防火分隔和防火隔離帶采取了一系列的要求和防范措施。圖8為干掛式EIFS防火隔離措施的示意圖。4外墻外保溫系統(tǒng)的保溫與火災(zāi)技術(shù)(1)建筑外保溫系統(tǒng)通常由泡沫塑料保溫層、增強(qiáng)層以及涂層或飾面組成,由于具有保護(hù)建筑物結(jié)構(gòu)、提升保溫性能和提高建筑物結(jié)構(gòu)的氣密性和隔音效果等多重功效,在建筑物翻新工程和新建建筑物中得到廣泛使用。(2)潮濕問題對建筑物框架結(jié)構(gòu)的危害巨大,因此無論是薄抹灰還是干掛板EIFS,都要求在結(jié)構(gòu)上留出一定的空隙保證濕氣的移除。然而,未經(jīng)防火分隔的保溫材料與孔洞具有使火焰在空隙中蔓延的隱患。(3)常用于建筑外保溫系統(tǒng)的保溫材料是熱塑性的聚苯乙烯泡沫塑料、熱固性的聚氨酯泡沫塑料和無機(jī)巖棉保溫材料。通常根據(jù)導(dǎo)熱系數(shù)、燃燒性能和價格三方面因素進(jìn)行選擇。(4)由于建筑外保溫系統(tǒng)在火災(zāi)中的垂直傳播造成了很大的危害性,歐洲技術(shù)評估組織在2000年就對于