建筑泡沫玻璃保溫系統研究與應用

摘要：本文論述了泡沫玻璃這一優良絕熱材料應用于建筑節能領域的可行性，并系統地闡述了泡沫玻璃保溫系統的性能特點、配套輔料研究、構造設計和應用實例的熱工計算，為泡沫玻璃保溫系統的市場推廣提供了依據。

關鍵詞：建筑節能 泡沫玻璃 保溫系統 墻體保溫應用

上海永麗房地產（集團）有限公司是一家以房地產開發和建筑材料生產、銷售和服務為一體的綜合性集團公司，公司致力于房地產的開發和建筑節能材料的開發和研究。早在2003年上海永麗房地產（集團）有限公司就致力泡沫玻璃應用于墻體保溫的研究，2005年承接了國家建設部科技項目《建筑絕熱與吸聲裝飾泡沫玻璃規?；a與應用技術研究》（項目編號04-02-180），該公司第一次把長期應用于石油化工領域的絕熱材料——泡沫玻璃列入到了建筑節能材料予以研究并實踐。經過近4年的努力，其研究成果已于2006年8月11日通過了國家建設部的科學技術成果驗收（建科驗字[2006]第041號）。

一、課題提出的背景和目的

隨著我國建筑業的發展， 建筑節能問題日益受到重視。長期以來人們只重視控制一次性建設投資，而沒有綜合考慮在使用過程中的經常性支出，特別是采暖和制冷所帶來的能耗費用。提高房 屋保溫隔熱性能可以有效地改善居住條件，并且可以節約能耗減少開支。建筑節能已成為我國可持續發展戰略的一個重要組成部分。

我國現有保溫材料品種雖然較多，但作為建筑保溫隔熱材料卻十分有限。從現有的建筑用保溫隔熱材料的實際應用情況來看都存在著一定的缺陷。從這些材料的性能上來看存在著吸水率高、強度低、不防火、膨脹系數與混凝土或磚墻類材料不一致。從保溫施工后的實際情況來看，墻面裂縫、空鼓現象嚴重，由于大部分材料是有機類，因而易老化、使用壽命短，這些既影響了墻面的整體美觀，又存在著維修極不方便的問題。

泡沫玻璃是一種利用廢玻璃作為主要原料加入適量的發泡劑、氧化劑等混合并研磨成粉末狀后經熔窯高溫熔融、發泡和退火冷卻后制成的具有均勻蜂窩狀密閉氣孔結構的無機絕熱材料，其技術參數見表1。

表1泡沫玻璃的技術參數

表1泡沫玻璃的技術參數

項目

分類

140

160

180

200

等級

優等 A

合格 B

優等 A

合格 B

優等 A

合格 B

優等 A

合格 B

體積密度: kg/m3

≤

140

160

180

200

抗壓強度: MPa

≥

0.6

0.5

0.7

0.6

0.8

0.7

1.0

0.8

抗折強度: MPa ≥

0.5

0.4

0.6

0.5

0.8

0.6

1.0

0.8

體積吸水率: % ≤

0.2

0.5

0.2

0.5

0.2

0.5

0.2

0.5

透濕系數, ng/(Pa·s·m) ≤

0.007

0.05

0.007

0.05

0.007

0.05

0.007

0.05

導熱系數: W/(m·K), ≤ 平均溫度

298K(25℃)233K (-40℃)

0.046 0.037

0.054 0.044

0.052 0.042

0.060 0.050

0.058 0.050

0.062 0.052

0.064 0.054

0.068 0.058

燃燒性能

不燃A級

氯離子含量(ppm)

符合不等式lgy≤0.123+0.677lgx 式中y---測得的Cl離子含量(ppm)； x---測得的Na+SiO3離子含量。

有害物質限量指標

內照射指標

1.00

外照射指標

1.01

泡沫玻璃其材料性能決定了它具有密度小、導熱系數低、強度高、吸水率低、透濕系數小、隔熱、防潮、不燃、耐腐蝕、防嚙齒類小動物嚙咬、使用壽命長等特點，同時具有使用溫度范圍廣（使用溫度為-1960C～4000C）等優良性能。

上海永麗房地產（集團）有限公司承接建設部的科技項目目的就是將泡沫玻璃這一優良的絕熱材料應用于建筑保溫成為現實，為社會提供優質的墻體保溫材料，以解決原有保溫材料所存在的缺陷，為建筑節能事業作出貢獻。

一、 課題的目標和主要內容

1、課題的目標

（1） 采用同一條生產線設備，規?；厣a制造建筑絕熱泡沫玻璃、吸聲裝飾泡沫玻璃和彩色泡沫玻璃三個系列的產品；

（2） 實現泡沫玻璃材料在建筑保溫節能和優化居室環境上的應用，這些應用包括結構形式、施工技術的系統化和標準化以及新工藝、新品種的研究和實施。

2、課題的主要研究內容

（1） 泡沫玻璃生產規?；?，提高產品成材率，努力降低生產成本；

（2） 采用同一生產線生產多品種泡沫玻璃，它包括：絕熱泡沫玻璃、吸聲裝飾泡沫玻璃和彩色泡沫玻璃三個系列的產品并編制相應產品標準；

（3） 研發具有防火、抗水蒸氣滲透、保溫、施工簡便、使用壽命長、性價比合理且符合環保要求的墻體保溫系統，該保溫系統飾面層無裂紋和空鼓現象。結合工程實踐編寫《YL絕熱泡沫玻璃保溫系統建筑構造》（2006滬J/T-130）和墻體保溫系統標準《泡沫玻璃外墻外保溫系統》（Q/ILWI 1-2006）。

（4） 探索并編制一套與墻體保溫體系相適宜的施工方法。

二、 課題研究成果

1、建成單窯（一條生產線）年產能力22000m3泡沫玻璃生產線，達到了規?；a的目標且生產成本得到明顯下降；

2、在該生產線上規?；厣a制造出了建筑絕熱泡沫玻璃、吸聲裝飾泡沫玻璃和彩色泡沫玻璃三大系列產品，編制完成了相應的產品企業標準，產品經上海市建筑材料及構件質量監督檢驗站所做的產品全性能檢測（即型式檢驗），泡沫玻璃產品的各項指標全部達標；

3、研發了泡沫玻璃墻體保溫系統的專用內外墻粘結劑、內外墻抹面砂漿等，并編制了相應的材料和系統標準，編制完成了《YL絕熱泡沫玻璃保溫系統建筑構造》（圖集號2006滬J/T-130）；

4、通過墻體應用的實踐，編制完成了泡沫玻璃外墻外保溫施工工法和外墻內保溫施工工法。

三、 泡沫玻璃保溫系統的構造設計

永麗泡沫玻璃外保溫系統是置于建筑物外墻外側的保溫及飾面系統，由泡沫玻璃保溫板、專用粘結劑、（必要時在該系統使用錨栓或金屬托架）、專用抹面砂漿、耐堿玻璃纖維網格布、柔性耐水膩子及涂料等組成的保溫系統。專用抹面砂漿的厚度宜控制在3～5mm。該系統采用粘結固定方式與基層墻體連接，也可輔有錨栓或金屬托架。

永麗泡沫玻璃外墻外保溫系統構造根據其使用部位的不同，其基本構造分為：

普通型-Ⅰ（見表2）：適用于2層(或6米)以上6層(或18米) 以下的基層墻體；

加強型-Ⅰ（見表3）：適用于2層(或6米)以下基層墻體及2層以上6層(或18米)以下的門窗洞口，陰陽轉角等部位；

加強型-Ⅱ（見表4）：適用于6層(或18米)以上9層(或27米)以下的基層墻體及門窗洞口，陰陽轉角等部位；

加強型-Ⅲ（見表5）：適用于9層(或27米)以上的基層墻體及門窗洞口，陰陽轉角等部位。

表2 普通型-Ⅰ泡沫玻璃外墻外保溫系統基本構造

系統的基本構造

構造示意圖

基層墻體

①

粘結層

②

保溫層

③

防護層

④

飾面層

⑤

混凝土墻體或各種砌體墻體+找平層

專用粘結劑

泡沫玻璃

保溫板

專用抹面砂漿

柔性耐水

膩子

+

涂料

表3 加強型-Ⅰ泡沫玻璃外墻外保溫系統基本構造

系統的基本構造

構造示意圖

基層墻體

①

粘結層

②

保溫層

③

增強防護層

④

飾面層

⑤

混凝土墻體或各種砌體墻體+找平層

專用粘結劑

泡沫玻璃

保溫板

專用抹面

砂漿

復合

耐堿網布

柔性耐水

膩子

+

涂料

表4加強型-Ⅱ泡沫玻璃外墻外保溫系統基本構造

系統的基本構造

構造示意圖

基層墻體

①

粘結層

②

保溫層

③

連接件

④

防護層

⑤

飾面層

⑥

混凝土墻體或

各種砌體墻體+找平層

專用粘結劑

泡沫玻璃

保溫板

錨栓

專用抹面

砂漿

復合

耐堿網布

柔性耐水

膩子

+

涂料

表5加強型-Ⅲ泡沫玻璃外墻外保溫系統基本構造

系統的基本構造

構造示意圖

基層墻體

①

粘結層

②

保溫層

③

連接件

④

防護層

⑤

飾面層

⑥

混凝土墻體或各種砌體墻體+找平層

專用粘結劑

泡沫玻璃

保溫板

錨栓

和

金屬托架

專用抹面砂漿

復合

耐堿網布

柔性耐水

膩子

+

涂料

四、 泡沫玻璃墻體保溫的性能特點及理論依據

永 麗泡沫玻璃保溫系統是一項材料應用新技術。該系統采用的保溫材料是不燃燒、不吸水、無毒、防曬、使用溫度范圍廣、抗老化且線膨脹系數與混凝土或磚墻類墻體 材料相近的泡沫玻璃。粘結材料和抹面材料均采用了由本公司專門生產提供的具有彈性、抗開裂的聚合物材料，以確保各材料性能匹配。泡沫玻璃板材尺寸大小適 宜，現場切裁方便、容易施工，該系統克服了墻面飾面層開裂、空鼓等缺陷，具有其它保溫材料無法比擬的優勢。

永麗泡沫玻璃保溫系統的性能特點主要有以下幾點：

1、 永麗泡沫玻璃保溫系統具有不燃燒性，它的防火等級為不燃A級,是理想不燃絕熱保溫系統；

2、 永麗泡沫玻璃保溫系統不產生任何有毒氣體，是對人體完全無毒害的綠色環保產品；

3、 永麗泡沫玻璃保溫板具有完全封閉氣孔結構，是唯一具有防潮效果的硬質、低密度保溫材料，其保溫系統具有不吸水，不透濕的性能；

4、 永麗泡沫玻璃保溫板具有較好的化學穩定性，防腐耐蝕，防嚙齒類動物和昆蟲破壞，特別適宜于有特殊要求的場所如博物館、音樂廳、展覽館等；

5、 永麗泡沫玻璃保溫板抗空氣氧化、耐凍融性強，其保溫系統具有使用壽命長，因此被譽為無需更換的絕熱保溫系統；

6、 永麗泡沫玻璃保溫板的膨脹系數與水泥砂漿、鋼筋混凝土相近，因而與這些材料結合更可靠，其保溫系統不會因材料的膨脹性能與基層墻面不一致而造成裂紋；

7、 永麗泡沫玻璃保溫板具有輕質高強特點，抗壓強度大于0.6MPa且易切割加工成型，其保溫系統的施工較為簡便；

8、 永麗泡沫玻璃保溫板使用溫度范圍廣（使用溫度為-1960C～4000C），其保溫系統在溫度變化大的環境下不產生任何變形。

上海永麗房地產（集團）有限公司經過4年多的研發，推出的永麗泡沫玻璃墻體保溫系統之所以具有以上幾個性能特點，除泡沫玻璃材料本身具有的獨特性能外還在于：

1、 永麗泡沫玻璃為無機硬質材料，它的線膨脹系數為8×10-6m/(m﹒K)，僅為有機絕熱材料的1/10~1/5，而且完全可逆，所以材料性能長期不變， 不易脆化，尺寸穩定性好。因此在實際使用中，不會出現因膨脹和收縮而產生裂縫或變形破壞。所以只要選擇合理的匹配的保護層及飾面層，可以說泡沫玻璃保溫系 統是與建筑物同壽命的保溫體系。

2、永麗泡沫玻璃在與基層墻體粘結時采用點粘法，要求涂漿面積為板材的40%~70%，這樣既有效保證泡沫玻璃板材與墻面的粘結強度，又形成了一定的空腔，有利于潮氣的排除。

3、 永麗泡沫玻璃外墻外保溫系統在整個構造設計中，充分考慮了系統中各材料的相容性以及相鄰構造層的彈性模量變化指標的匹配性，專用抹面砂漿保證一定的柔韌性 以便釋放變形應力。由于泡沫玻璃為硬質無機材料，所以在普通構造中取消了網格布，只是在增強構造或門窗洞口等特殊部位增加網格布以分散變形應力，防止開 裂。在做涂料飾面層時，要求專用抹面砂漿層、膩子層、涂料層的柔韌變形性逐漸增大，以防止飾面層的裂紋產生。

五、 永麗泡沫玻璃保溫系統應用實例的熱工計算及節能檢測

案例一：2003年上海永麗房地產（集團）有限公司在上海匯麗苑住宅小區的建設中將其中的13#樓作為試驗，采用了泡沫玻璃作為外墻外保溫和屋面保溫材料，建成后經中國建筑設計研究院住宅實驗室進行了住宅性能檢測（檢測時間為2003年8月22日~9月16日），檢測數據和結論如下：

1、外墻傳熱系數計算：

（1）試驗樓外墻的構造

試驗樓為?？ㄆ鰤K樣板樓，外墻采用混凝土?？ㄆ鰤K砌筑，砌塊厚度190mm，外覆30mm泡沫玻璃保溫層，內外表面用水泥砂漿抹面，外表面涂覆外墻彈性涂料，墻體總厚度270mm。

（2）計算依據《民用建筑熱工設計規范》GB50176-93

（3）假設條件

a）忽略外墻涂料厚度，假定內外表面水泥砂漿抹面層的總厚度為50mm；

b）泡沫玻璃的導熱系數取λ=0.064W/m·K。

（4）傳熱系數K

據混凝土?？ㄆ鰤K開發單位——上海市房屋建筑設計院的資料，混凝土?？ㄆ鰤K的墻體傳熱系數K=2.88 W/m2·K

墻體傳熱系數：

K=

1

（1）

Ri+Σ

d

+Re

λ

Ri——內表面換熱阻，對于墻面：Ri=0.11 m2·K/W

Re——外表面換熱阻，對于冬季外墻：Re=0.04 m2·K/W

將以上條件代入式（1），則對于?？ㄆ鰤K：

d1/λ1=(1/2.88)-(0.11+0.04)=0.20 m2·K/W

泡沫玻璃厚度d2=0.03m，導熱系數λ2=0.064 W/m·K

水泥砂漿抹面層總厚度d3=0.05m，導熱系數λ3=0.93 W/m·K

將以上數據代入式（1），則外墻傳熱系數：

K=

1

0.11+0.20+

0.03

+

0.05

+0.04

0.064

0.93

計算結果：試驗樓的外墻傳熱系數K=1.15 W/m2·K

根據建設部頒布的商品住宅性能標準的規定，對于夏熱冬冷地區，3A級商品住宅外墻的傳熱系數K≤1.5 W/m2·K，試驗樓的外墻K值達到此要求。

2、屋面傳熱系數計算：

（1）試驗樓屋面的構造

試驗樓屋面做法如下：鋼筋陶?；炷廖菝姘?00mm厚，聚氨酯防水涂料2mm厚，50mm泡沫玻璃保溫板50mm厚，蛭石混凝土找平層40mm厚，瀝青瓦片。

（2）計算依據《民用建筑熱工設計規范》GB50176-93

（3）假設條件

a）忽略防水涂料和瀝青瓦的厚度；

b）泡沫玻璃的導熱系數取λ=0.064W/m·K。

（4）傳熱系數K

K=

1

（1）

Ri+Σ

d

+Re

λ

Ri——內表面換熱阻，對于墻面：Ri=0.11 m2·K/W

Re——外表面換熱阻，對于冬季外墻：Re=0.04 m2·K/W

陶?；炷廖菝姘搴穸萪1=0.1m，導熱系數λ1=0.70 W/m·K

泡沫玻璃厚度d2=0.05m，導熱系數λ2=0.064 W/m·K

水泥砂漿抹面層總厚度d3=0.04m，導熱系數λ3=1.28 W/m·K

將以上數據代入式（1），則屋面傳熱系數：

K=

1

0.11+

0.1

+

0.05

+

0.05

+0.04

0.7

0.064

0.93

計算結果：試驗樓的屋面傳熱系數K=0.90 W/m2·K

根據建設部頒布的商品住宅性能標準的規定，對于夏熱冬冷地區，3A級商品住宅屋面的傳熱系數K≤1.0 W/m2·K，試驗樓的屋面K值達到此要求。

案例二：2006年初永麗房地產（集團）有限公司又對湯臣金屬制品有限公司的辦公樓、綜合樓和員工宿舍樓進行了外墻外保溫實踐，檢測數據和結論如下：

1、體形系數

設計體形系數

0.27

標準*要求

0.35

是否符合標準要求

符合

*注：標準指《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》（JG134-2001）

2、外墻

（1）外墻部位1

材料名稱

厚度

mm

導熱系數

W/(mK)

蓄熱系數

W/(㎡K)

熱阻

(㎡K)/W

熱惰性指標

D=R﹒S

泡沫玻璃

35

0.068

0.89

0.513

0.457

水泥砂漿

20

0.93

11.37

0.022

0.245

多孔粘土磚

240

0.69

8.49

0.375

3.184

混合砂漿

20

0.87

10.75

0.023

0.247

各層之和

-

-

-

∑R =0.93

∑RD=4.13

傳熱系數K=1/(0.11+∑R+0.4)W/(㎡K)

0.93

標準要求

D≥3.0 K≤1.5

2.5≤D＜3.0 K≤1.0

內表面最高計算溫度≤36.1℃

是否符合標準要求

符合

（2）外墻部位2

材料名稱

厚度

mm

導熱系數

W/(mK)

蓄熱系數

W/(㎡K)

熱阻

(㎡K)/W

熱惰性指標

D=R﹒S

泡沫玻璃

35

0.068

0.89

0.513

0.457

水泥砂漿

20

0.93

11.37

0.022

0.245

鋼筋混凝土

240

1.74

17.2

0.138

2.372

混合砂漿

20

0.87

10.75

0.023

0.247

各層之和

-

-

-

∑R =0.70

∑RD=3.32

傳熱系數K=1/(0.11+∑R+0.4)W/(㎡K)

1.18

標準要求

D≥3.0 K≤1.5

2.5≤D＜3.0 K≤1.0

內表面最高計算溫度≤36.1℃

是否符合標準要求

符合

外墻平均傳熱系數（Km）

外墻 南向 北向 東向 西向 平均傳熱系數W/(㎡K) 1.00 1.00 1.00 1.00 平均熱惰性指標 3.90 3.90 3.90 3.90 是否符合標準要求 符合 符合 符合 符合

根據上海市工程建設規范《住宅建筑節能檢測評估標準》（DG/TJ08-801-2004 J10373-2004）要求，采用DeST-e能耗評估軟件，判定采用35mm厚泡沫玻璃外墻外保溫達到節能要求。

標簽： 泡沫