关于既有建筑外墙保温系统的性能评价研究

刘兆秀，李 静

（苏州市建设工程质量检测中心有限公司，江苏 苏州 215129）

据统计，我国每年有超过 4 亿 t 的标准煤被用于建筑行业［1］，并且随着行业的飞速发展该能耗也在不断增大，导致我国能源需求的负担越来越大。如果对这种局面的持续发展不加以控制，必定会造成未来能源短缺的严重后果。研究得出，在围护结构中，建筑外墙的能耗占据比例约为 1/3［2］，因此，要想控制住建筑行业的能源需求，从根本上减少建筑外墙的能耗是最基础、最有用的手段之一。

对于新建建筑，严格执行国家最新标准和政策便能达到控制能耗的目的。那么，既有建筑的能耗该如何评价和控制？在对既有建筑外墙保温系统的研究中发现，除了系统功能性之外，其安全性和耐久性也是极为重要的——既有建筑外墙保温系统的安全性和耐久性是保证其系统功能性正常运行的前提条件。

在施工或者使用的过程中，各种不当操作均可能导致外墙保温系统出现质量问题，包括脱落、渗水、裂缝等等，从而导致安全性和耐久性降低，严重影响其功能性和使用寿命。因此，对于既有建筑来说，如何在破坏发生前评价并控制外墙保温系统的相关性能是一项非常重要且有意义的研究工作。

外墙保温系统是由保温层、保护层和固定材料（胶黏剂、锚固件等）构成的非承重保温构造［3］，它的主要性能有安全性、耐久性、功能性等。安全性涉及到材料的粘结性能、锚固性能和防火安全性能，它直接关系到居民的生命财产安全，应该受到严格的监督和控制。影响材料粘结性能的主要因素有两个：一个是材料的质量问题，另一个是现场工人施工操作的规范性问题。如果所使用的材料质量不好、性能低，或者工人现场施工时操作不当，均会导致材料粘结性能差，从而导致外墙保温系统的连接安全性降低。影响锚固性能的主要因素是锚固件的数量和抗拉拔强度，单位面积内锚固件数量过少或者抗拉拔能力过小，也会直接导致外墙保温系统的连接安全性能差。另一方面，由于建筑外墙长期接触外界，直接暴露于空气中，受到自然环境的侵蚀以及人为的破坏，逐渐产生裂缝、起皮空鼓、渗水、发霉等问题，导致其耐久性逐渐降低。

由此可见，对于既有建筑外墙保温系统来说，保证其功能性持续发挥作用的前提，就是及早发现其安全性和耐久性问题并加以评估控制，及时作出评价并采取相应措施。

既有建筑的评价方法与新建建筑的验收方法有所不同，除了材料性能和施工质量之外，还需要考虑到既有建筑的使用年限、使用环境和住户的使用方法等可能影响其性能的任何因素。

由于影响既有建筑外墙保温系统性能的因素多、难以进行定量分析，对其评价便成为了一种非线性问题［4］，并且没有特别严格明确的计算方法，因此需要划分指标与指标之间的重要程度，然后运用层次分析法对不同重要层次的指标进行二级分类，建立体系，再由专家独立地判断出各指标的重要程度，确定其权重值，最后运用统计的方法，对各个指标进行综合考虑来达到科学评价的目的。在此方法中，灵活建立适当的外墙保温体系层次结构图是关键，它可以将我们需要评价的指标清晰地呈现出来［5］。

在既有建筑外墙保温系统的性能评价中，层次分析法应用广泛。可用于相变外墙保温系统的适用性评价［6］，也可将其与其他模型结合使用，比如全寿命期成本的计算模型［7］，此外，还可用于严寒地区外墙保温施工方法的选择［8，9］。

本文经过查阅大量的文献、咨询专家、走访工地、实施检测等手段，经过大量的排查和鉴定，使用层次分析法层层递进，从安全性能、耐久性能、功能性几方面为既有建筑外墙保温系统的评价鉴定作出详细的说明。在这一套体系中，各指标的权重值和扣分值分别如表 1、表 2 所示，根据公式（1），可计算出总扣分值Va，再根据表 3 给出最终评价等级和处理建议。

表1 既有建筑外墙保温系统各指标的权重值

表2 既有建筑外墙保温系统各Ⅱ级指标对应的扣分值（v）

表3 总扣分值 Va 及处理建议

总扣分值Va的计算公式见式（1）：

式中：Va为总扣分值；
vi为第i个Ⅱ级指标的扣分值；
w1i为第i个Ⅰ级指标的权重值；
W2i为第i个Ⅱ级指标占Ⅰ级指标的权重值。

某项目位于苏州市，先对其进行排查，然后根据排查结果使用层次分析法进行性能评价，计算评价等级并给出处理建议。

3.1 既有建筑外墙保温系统综合性能的排查

本研究遵循“预防为主，防治结合”的原则，通过资料收集和地面调查，对本项目外墙保温系统的连接安全性、防火安全性和耐久性进行实地排查，结合规范要求和设计要求，得出排查结论如表 4 所示。

表4 既有建筑外墙保温系统综合性能排查记录

3.2 既有建筑外墙保温系统性能评价

根据以上排查结论，对该工程进行进一步的鉴定评价，此次鉴定评价工作包括既有建筑外墙保温系统的安全性（连接、防火）、耐久性和系统功能性。

3.2.1 安全性能评价

1）保温板粘结强度。在既有建筑外墙保温系统当中，保温材料的质量直接影响到外墙的连接安全性。根据相关标准及规程中的规定，保温系统板粘结强度推定值不应＜0.1 MPa。按照要求的取样方法，对该项目随机选取 3 处外墙，每处外墙取 3 个检测点，并计算每一处的平均值。检测结果如表 5 所示，由表 5 可知其中一组样品不符合标准要求，评价结果的不合格率为 33 %。

表5 保温板的粘结强度

2）锚固性能。除此之外，锚固件数量及锚栓抗拉拔强度对外墙保温系统的安全性也起到了至关重要的作用。现场对该项目 2 # 楼外墙保温层进行局部开凿，铲除墙面饰面层、抹面层及保温板，露出墙面锚固件。对一层、二层各随机抽取 2 处墙面并凿出≥ 5 m2的外墙面，锚固件数量的检测结果如表 6 所示。采用拉拔仪对单个锚栓的抗拉拔强度进行检测，检测两组，每组 5 个锚栓，检测结果如表 7 所示。

表6 2 # 楼外墙外保温层锚固件数量检测结果

根据标准规定：“单位面积墙面的锚栓数量不应＜6 个”、且此项目的“外墙保温系统锚栓抗拉拔强度应≥0.300 kN”。由表 6 和表 7 可知，在锚固件数量总共抽取的 4 组样品中，2 组不满足规范要求，不合格率为 50 %；
在锚栓抗拉拔强度所检的 2 组样品中，其抗拉拔强度均＞0.300 kN，检测结果不合格率为 0。

表7 外墙保温系统锚栓抗拉拔强度检测结果

3）防火隔离带。根据排查结果，该项目为非幕墙式住宅建筑，并且高度＜ 24 m，通过查看设计文件以及防火隔离带材料的质量证明文件和检验报告，其材料燃烧性能和水平防火隔离带的设置数量均符合要求。

3.2.2 功能性评价

1）保温层厚度。保温隔热材料的厚度越厚，通过围护结构传递的热量越少，建筑冷热负荷就越小，但是投入成本越高。当保温材料的厚度达到一定程度后，再增加厚度则没有太大的意义。

根据技术规程，对该项目的 2# 楼进行钻芯取样，检测其保温层厚度。共取 3 个检测部位，每个部位钻 2 个芯，均匀分布在建筑各面墙上且兼顾不同朝向，该项目保温层的设计厚度是 20.0 mm，实测结果如表 8 所示。根据技术规程所述“实测芯样厚度的平均值不小于设计厚度的 95 %；
实测芯样厚度的最小值不小于设计厚度的 90 %”可知，该项目保温层厚度检测部位均合格，不合格率为 0 %。

表8 保温层厚度实测值

2）传热系数。墙体传热系数是重要的围护结构热工性能参数，极大地影响着建筑能耗水平和室内舒适性。该工程传热系数取样共取 5 个部位：2 个屋面、3 个墙体，屋面传热阻的设计要求为≥2.11（m2·K）/W，外墙传热阻的设计要求为≥1.68（m2·K）/W。根据表 9 中传热系数的检测结果发现，所检部位均满足设计要求，不合格率为 0。

表9 传热系数检测结果

3.2.3 耐久性能评价

既有建筑外墙的空鼓和渗漏主要采用红外热像法进行全数检测，将红外热像仪作为基本工具，对建筑外墙的热流变化和热量进行测定。当墙体出现空鼓或者渗漏的时候，会干扰建筑保温材料的保温性能、诱发建筑能耗增加等，该处的热量会不同于正常部位，从而在红外热像图中显示出来。由检测结果可知，该建筑外墙完好，空鼓和渗漏情况少，所占面积小，且无单块面积＞0.5 m2的耐久性缺陷，空鼓或渗漏的不合格率均≤10 %。

3.3 评价结果计算

根据以上评价结果得到，该工程所检外墙保温系统的粘结强度不合格率为 33 %、单位面积锚栓数量不合格率为 50%、锚栓抗拉拔强度不合格率为 0、防火安全性的不合格率均为 0、传热系数和保温层厚度的不合格率均为 0、空鼓的不合格率取 10 %、渗漏的不合格率取 10 %。最终评价结果如表 10 所示。

表10 该工程 2# 楼外墙保温系统综合性能评价结果

综上所述，通过使用层次分析法对所检项目的外墙保温系统综合性能评价结果进行计算可得，本项目所检外墙总扣分值为 17.9 分，评估等级为 B 级，评价结果为良。所检项目外墙发生的起皮空鼓、渗漏、少量脱落情况及脱落趋势的情况可能为局部施工或材料质量引起的偶然性缺陷，总体建筑物并未发生大规模缺陷或破坏以及严重安全隐患，因此仅需要针对缺陷进行修缮，加强监管，增加排查频率。

本文通过对既有建筑外墙保温系统综合性能的深入研究，归纳总结出一套排查和评价方法。排查方法遵循“预防为主，防治结合”的原则，充分利用已有的缺陷调查和研究报告，结合相关上报线索，确定排查对象，并编制《既有建筑外墙保温系统综合性能排查记录》，有助于及时掌握其缺陷的动态变化，为提高缺陷防治成效提供技术支撑。

对经过排查后需要进行下一步鉴定评价的工程，使用层次分析法对其连接安全性、防火安全性、耐久性和功能性进行评价，根据不同工程的实际情况对各性能指标进行详细划分，进一步更加准确地赋予权重值和扣分值。经工程实际应用之后，效果良好，不但能让排查和评价工作有依有据、有条不紊地进行下去，而且可以科学、直观地表征既有建筑外墙保温系统的综合性能。

本次研究成果能契合地应用于大部分既有建筑外墙保温系统，可以全面地、系统地对其综合性能进行统一评价，有利于扭转我们处理既有建筑外墙保温系统发生缺陷事故时的被动状态，进而转变为预见型主动处理，减少损失，保护人民的生命财产安全。Q

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