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0 前 言
目前，我国高能耗建筑占建筑总量95%以上，单位面积采暖能耗相当于气候条件相近发达国家的2～ 3倍，建筑节能的潜力巨大。而EPS板、XPS板、PU硬泡等有机保温材料占据了我国外保温市场份额的80%以上。虽然有机保温材料具有导热系数小、保温性能好的特点，但是防火性能差。针对近年来连续发生的外保温工程火灾事故，住建部、公安部联合发文，明确规定民用建筑外保温材料采用燃烧性能为A级或B1级，高度小于24 m的建筑，其保温材料燃烧性能不应低于B2级，同时设置防火隔离带，这就大大限制了有机保温材料在外保温工程中的应用范围。无机保温材料如岩棉、玻璃棉、泡沫混凝土、玻化微珠等，虽然燃烧性能达到A级，但是导热系数较高、保温性能较差，单独用于外保温工程难以实现节能指标。发展保温隔热与防火安全两者兼顾的保温材料技术，将定型相变材料与无机保温材料复合，可以制成一种热功能复合保温材料。相变材料能够将环境热量以相变潜热的形式进行贮存，实现能量在不同时间、空间位置之间的转换[1]，具有自动调节环境温度的特点，属于主动节能，可大大提高无机保温材料的保温隔热效果且具有A级防火性能。本研究以相变储能无机/有机复合保温砂浆为外墙保温层，以相变储能脱硫石膏保温砂浆为内墙保温层，并分别与之配套的保护层、饰面层构成保温-装饰一体化组合系统(以下简称组合系统)。该系统既有潜热值高、比热容大、导热系数低、热阻大、保温性好的优点，也满足了安全不燃、A级防火的要求，同时还能为室内营造一个调温调湿、抗菌防霉、隔音降噪、清新空气的绿色环保环境。
1 多功能组合系统的构造及综合性能
1.1 多功能组合系统构造
多功能组合系统由外墙保温-装饰系统和内墙保温-装饰系统组合而成。其中外墙保温-装饰系统由相变储能无机/有机保温砂浆(2～3 cm)→相变储能抹面砂浆+网格布→相变储能柔性耐水腻子→渗透型封底漆→太阳热反射隔热外墙涂料组成；内墙保温-装饰系统由相变储能脱硫石膏保温砂浆(1.5～2 cm)→调温调湿抗菌柔性腻子→调温调湿抗菌内墙涂料组成。其构造图如图1所示。
1.2 组合系统的综合性能
外墙外保温-装饰系统的综合性能：保温隔热性、防火安全性、相变调温性、防水透气性、寿命长久性、美观耐污性。
内墙内保温-装饰系统的综合性能：保温隔热性、防火安全性、调温调湿性、防霉抗菌性、绿色环保性、健康舒适性。
2 组合系统中各部品的组成及性能
2.1 相变储能无机/有机保温砂浆的组成及性能[1]
(1)组成：水泥+粉煤灰+灰钙粉+硅灰+膨润土复合胶结材料，160～180 kg/m3；可再分散胶粉，3～6kg/m3；羟丙甲基纤维素，0.5～1 kg/m3；增强纤维，0.5～1 kg/m3；助剂，1～2 kg/m3；玻化微珠，0.5 m3；废聚苯乙烯泡沫颗粒(或发泡酚醛树脂颗粒)，0.3 m3；定型相变材料(相变点50 ℃，潜热204 J/g)，60～100 kg/m3。以上组分经搅拌成干混砂浆。
(2)性能：产品性能见表1(按照建筑保温砂浆标准GB/T20473-2006)。
2.2 相变储能脱硫石膏保温砂浆的组成及性能[2]
(1)组成：脱硫建筑石膏+水泥+灰钙粉复合胶结材料，160～200 kg/m3；可再分散胶粉，3～6 kg/m3；玻化微珠，70～80 kg/m3；空心玻璃微珠，30～40 kg/m3；定型相变材料(相变点23 ℃)，60～100 kg/m3；助剂，1～3 kg/m3。经搅拌混合成干混砂浆。
(2)性能：产品性能见表2(依据GB/T20473-2006)。
2.3 相变储能抹面砂浆的组成及性能[3]
(1)组成(质量分数)：水泥，28%～ 30%；可再分散胶粉，2%～ 3%；羟丙甲基纤维素，0.2%～ 0.3%；水洗河砂，60%～ 70%；定型相变材料(相变点50 ℃)，10%～ 13%；助剂，0.1%～ 0.2%；聚丙烯纤维，0.1%～0.2%。经搅拌混合成干混砂浆。
(2)性能：物理性能满足DBJ01-63-202和JG149-2003标准要求。产品性能见表3。
2.4 相变储能柔性外墙腻子的组成及性能[4]
(1)组成(质量分数)：水，35%～40%；弹性乳液，15%～ 20%；助剂，2%～ 3%；硅藻土，25%～ 35%；定型相变材料(相变点50 ℃)，5%～10%。搅拌混合成膏状物。
(2)性能：物理性能按照JG/157-2004中规定的柔性抗裂腻子要求检测。其性能见表4。
2.5 调温调湿抗菌内墙柔性腻子的组成及性能[5]
(1)组成(质量分数)：水，35%～ 40%；零VOC乳液，15%～ 20%；助剂，1%～ 2%；硅藻土，25%～ 35%；负离子抗菌添加剂，1%～1.5%，定型相变材料(相变点23 ℃、潜热204 J/g)，5%～10%。搅拌混合成均匀的膏状体。
(2)性能：常规物理性能与柔性外墙腻子相同。同时还符合GB/T18582-2008中水性腻子b关于VOC及重金属限量的要求，同时还有吸湿放湿、抗菌防霉、释放负离子、净化空气功效，性能见表5。
2.6 太阳热反射隔热外墙涂料的组成及性能[6]
(1)组成(质量分数)：自交联弹性丙烯酸乳液，40%～ 50%；金红石型钛白粉，20%～ 22%；空心玻璃微珠，8%～ 10%；红外粉，3%～ 5%；纳米SiO2浆料，3%～ 5%；各种助剂，4%～ 5%。去离子水补足100%，按照外墙涂料的常规生产工艺加工生产。
(2)性能：常规性能满足GB/T9755-2001《合成树脂乳液外墙涂料》中优等品技术要求，同时满足GB/T25261-2010《建筑用反射隔热涂料》标准要求。主要技术指标见表6。
2.7 调温调湿抗菌内墙涂料的组成及性能
(1)组成(质量分数)：去离子水，30%～ 35%；各种助剂，2%～ 3%；钛白粉，12%～ 15%；硅藻土，10%～20%；定型相变材料(相变点23 ℃、潜热204 J/g)，6%～ 10%；海泡石粉，1%～ 3%；吸水性树脂，0.1%～0.3%；零VOC丙烯酸乳液，15%～ 25%。按照生产乳胶漆的常规工艺加工生产。
(2)性能：常规性能指标满足GB/T9756-2001《合成树脂乳液内墙涂料》标准要求，环保性符合GB/T18582-2008关于VOC含量和重金属限量的指标要求，抗菌防霉、吸湿放湿等性能见表7。
3 组合系统的保温节能效果
为了考察多功能内外墙保温-装饰一体化组合系统的节能效果，选取北京市房山区新农村改造工程进行试验，试验对象是墙体为240 mm的空心砖砌筑而成的二层小楼，按照本文出示的组合系统构造进行不同保温层厚度施工(样板)，并以未做保温的普通砂浆抹面-装饰系统小楼为对照。于2010年夏季和冬季进行测试，结果如表8～表11。
由表8、表9、表10可知。采用相同组合系统、不同保温层厚度施工的3座样板楼，冬季采暖期和夏季空调制冷期室内平均20 ℃条件下，分别计量年耗热量、能耗比率、节能效率。试验结果：在内外墙保温-装饰组合系统相同的条件下，当内保温层1.5 cm＋外保温层2 cm时，采暖期节能48%、制冷期节能29%；当内保温层2 cm＋外保温层2 cm时，采暖期节能62%、制冷期节能36%；当内保温层2 cm＋外保温层3 cm时，采暖期节能68.4%、制冷期节能43%。在冬季无热源条件下，样板楼比对照楼室内温度高8～9 ℃；在夏季无制冷条件下，样板楼比对照楼室内低8～9 ℃。由此证明，组合系统的保温、控温、调温效果明显，体现了冬暖夏凉的特征。
由表11可见，以样板楼与对照楼为试验对象，在室外环境温度为-3 ℃、相对湿度为20%，室内温度为23.5～24 ℃、相对湿度为53%～54%的条件下，测量关闭热源后5 h、10 h、15 h室内的温、湿度变化，结果是：室内温度比较：5 h后样板比对照高5 ℃，10 h后高7 ℃，15 h后高6 ℃；室内相对湿度比较：5 h后样板比对照高11%，10 h后高15%，15 h后高10%。由此证明组合系统具有显著的保温控温、调温调湿功效，可为室内营造一个舒适的环境。
4 组合系统的保温隔热、调温调湿机理
4.1 组合系统构造的保温隔热机理
内外墙双面复合保温层具有彻底消除冷、热桥作用，杜绝了冷桥、热桥的传热(冷)渠道；太阳热反射涂膜可将80%以上的太阳直射光热反射掉，又可将80%以上基层蓄热通过大气窗口辐射到大气空间，夏季具有显著的隔热作用，可使墙面降低17 ℃左右，室内降低4～5 ℃，节省空调能耗20%以上；内外墙双面复合保温层具有双向阻隔热量传导、散发的作用，并能减小墙体的温变幅度。
4.2 相变储能材料的保温隔热机理
在外墙外保温-装饰系统中，外墙保温砂浆、抹面砂浆、柔性腻子中都含有一定量的定型相变材料，相变点为50 ℃。在夏季当墙面温度高于50 ℃时，相变材料由固态转变成液态，吸收并贮存热能，由于其潜热值高、比热容大，吸收贮存的热能相当于相变温度范围外同等温度变化需热量的180倍，因此可大大减少热能向室内传导，起隔热作用；当环境温度降低、墙面温度低于50 ℃时，相变材料由液态转变为固态，又把贮存的热能释放出来，释放的热能由于受到墙体和内墙保温层的热阻隔，热能主要向外侧面传导、散发，对室内不会产生温室效应。该系统中的相变储能材料和太阳热反射涂料，对冬季采暖期的保温节能不起作用，只有保温砂浆层起作用。在内墙保温-装饰系统中，内墙保温砂浆、柔性腻子、内墙涂料中也都含有一定量的定型相变材料，相变点为23 ℃，其相变吸热-储热-放热机理与外墙保温-装饰系统相同，不同之处是相变储能调控温效应在一年四季都起作用：在夏季当室内温度高于23 ℃时，相变材料由固态变为液态，吸收并贮存热能，由此使室温降低，节省空调制冷能耗；在冬季，当温度高于23 ℃时，相变材料在相变过程中吸收并贮存热能，当室内温度低于23 ℃时，又把贮存的热能释放出来，从而使室内温度保持基本稳定；在春秋季节昼夜温差较大，白天相变材料吸热储热、夜间放热，由此调控室内温差。
4.3 材料结构的保温隔热机理
保温材料的保温性能与材料的微观结构直接相关，材料的密度越低、孔隙率越高、孔隙尺寸越小、微孔闭孔率越高时，其导热系数越小，保温性能越好。本组合系统中，组成保温砂浆的轻骨料为玻化微珠、空心玻璃微珠、EPS泡沫颗粒等，这些材料均具备上述微观结构特点；在无机胶凝材料中添加了引气剂，使其在固化过程中形成闭孔微孔结构，类似发泡水泥，使保温砂浆即具有国标规定的物理性能，又具有较低的导热系数，同时还具有A级防火性能。
4.4 内墙保温-装饰系统的调湿机理
在内墙柔性腻子和内墙涂料中，选用硅藻土作填料，是为了使涂层既有保温、隔音性能，又有吸湿放湿“呼吸”功能。硅藻土是由单细胞低等水生植物硅藻的遗骸堆积而成，是一种含水二氧化硅矿物，经磨细的粉末密度(400 kg/m3)小而松散，具有独特有序的微孔结构且孔道相互联通，孔隙率达85%以上，比表面积达53.8 m2/g，吸水能力(16%)强，弹性模量高，微粒质硬，抗划痕性能强，且耐酸、防腐、不燃、分散性好，并有良好的火山灰性能，极强的吸附性和反应活性。以硅藻土为填料制备的柔性腻子和内墙涂料，其涂层具有保温隔热、吸湿放湿、隔音降噪、吸附有害气体等功效。由于定型相变材料具有憎水性，因此涂层中吸收的水分不但不会影响涂层的保温隔热性，反而因水是热能的良导体，会将环境热迅速传导给相变材料，促使相态转变，当环境温度降低至23 ℃以下时，相变材料在放热过程中又将水分携带出来散发到室内，从而调节空气湿度，因此，吸湿放湿与相变材料的吸热储热、放热二者不但不会产生矛盾，而且有相辅相成、互为促进的作用。
4.5 抗菌防霉机理
在内墙柔性腻子和内墙涂料配方中，添加了适量负离子抗菌添加剂。负离子素晶体是一种永久性带电体，经激活后负离子的发生量提高，负离子能够对带正电荷的细菌、微生物进行中和反应，负离子素晶体产生的微电场也能对细菌霉菌进行分解而使其致死，溶出的游离金属离子对细菌和微生物有很强的杀灭作用和长效性。因此内墙装饰涂层又增添了抗菌防霉、释放负离子、祛除有害气体、清新空气的功效。
5 结 语
多功能内外墙保温-装饰一体化组合系统，是由相变储能外墙保温-装饰一体化系统和相变储能内墙保温-装饰一体化系统组合而成的。该系统既有潜热值高、比热容大、导热系数低、热阻大、保温隔热性能好的优点，也满足了安全不燃、A级防火的要求，同时还能为室内营造一个调温调湿、抗菌防霉、隔音降噪、清新空气的绿色环保环境。
