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boy_tian

EPS屋面绝热板的改进与应用研究
2002-8-1 14:08:24
（上海市建筑科学研究院）

一、 前言

屋面绝热是建筑围护结构节能的一个重要组成部分。在现行的各种建筑节能设计标准中，对屋面传热系数的最高限值相对于外墙和外窗均为最低。而且，屋面绝热层的用料与设置直接关系到屋面工程的质量与使用，甚至关系到顶层墙体的开裂问题（尤其是砼小型空心砌块墙体）。而由于绝热层的设置，目前多数屋面的厚度偏大、构造复杂、施工工序多，也是不争的事实。因此，屋面节能的应用技术，包括绝热材料的选用及其构造方法，必须给予高度重视。

八十年代以来，上海地区的平屋面习惯采用以轻质多孔材料为保温垫层的绝热屋面，其最大的问题在于轻质保温材料（加气砌块、憎水珍珠岩制品等）被密封在屋面结构层与防水层之间，这种屋面需要保温层厚度较大，吸水吸湿多，并且必须安装排汽管孔。因此，改革屋面的构造形式并尽量采用高效保温材料是当前上海地区平屋面节能的必由之路。

本文论述上海地区除挤塑型聚苯板倒置绝热屋面之外的一种新型屋面绝热制品——屋面绝热板的改进与应用。这种制品可在平屋面也可在坡屋面使用，可简化屋面构造，满足冬季保温和夏季隔热要求，并且施工方便，经济性好，适用于我国广大的夏热冬冷地区。

二、 屋面绝热板的改进研究

（一）改进方案

屋面绝热板（原称EPS屋顶隔热砖，曾称屋面保温隔热板）是九十年代中期中外合资上海登峰特种建材公司在上海开发的一种新型的屋面绝热制品（93年7月获得国家专利），该产品采用发泡聚苯板（EPS板）与特种水泥砂浆面层（厚20mm）在工厂一次性复合而成，平面尺寸300?/FONT>300mm，它铺设在平屋面的防水层之上，成为一种外形美观（表面有纹理，并可有不同色彩）的上人屋面，是倒置保温面一种新的应用。由于制品将倒置保温屋面的保温层与护面层合二为一，施工更为快捷，故该产品在上海和江浙地区获得较多应用。

但是，屋面绝热板的初期产品（屋顶隔热砖）的厚度较小（35mm）,其中保温层EPS板厚仅15mm,加上过于注重制品的承压能力，周边设置了宽10mm的特种水泥砂浆肋（图一），边肋形成的冷（热）桥使制品的热阻值大幅度减小，按平均导热系数方法计算这种制品的热阻值仅0.109m2·K/W，加上平面铺设的水泥砂浆拼缝（头缝），绝热板层（倒置层）的热阻仅0.098m2·K/W,根本不成其为绝热制品。为能充分发挥这种制品的绝热性能，笔者对产品进行了下列改进性研究：

1、扩大制品平面尺寸，减少冷桥（周边肋）的不利影响。平面尺寸由原产品300?/FONT>300mm（冷桥面积占12.9%）扩大至400400mm(冷桥面积占9.75%),制品热阻值可从0.109m2·K/W,提高到0.129m2·K/W，提高18%。

2、增加制品的保温层厚度，EPS板由原15mm加厚至25mm（平面尺寸仍为300?/FONT>300mm,以下同），热阻值可提高至0.169m2·K/W,比原产品提高55%。

3、改变制品构造（保温层厚度25mm不变，以下同），四周边肋厚度减半而仍断冷桥（图二）。制品热阻值可提高至0.380m2·K/W,比原产品提高2.5倍。

4、进一步改变制品构造，完全取消四周边肋，特种水泥砂浆面层与聚苯板由3个直径为20mm的圆形水泥砂浆支点连结（平面呈三角形分布）或5个直径为10mm的圆形支点连结（梅花状分布）。这种构造桥虽仍有（图三），但面积骤减，制品热阻值可大幅度提高至0.475m2·K/W（3支点）和0.530m2·K/W（5支点），比原产品分别提高3.4~3.9倍。

5、制品的保温材料改用挤塑型聚苯板（XPS板）。不仅可进一步提高制品热阻，而且提高强度并减少吸水吸湿。当挤塑板的厚度仍为25mm时。对于3支点连结的制品，制品热阻值可提高至0.645m2·K/W，5支点连结的制品，制品热阻值可达0.755m2·K/W,比原产品分别提高4.9~5.9倍。

几种改进型制品与原产品的热阻值比较如表1。

制品在平屋面上铺设时，由于板与板之间有水泥砂浆灰缝（拼缝）存在，由绝热板与灰缝组成的屋面倒置层的热阻值与单块制品相比还将有所降低。表2为几种改进型制品在两种灰缝宽度（5mm和10mm）情况倒置层的热阻计算值及比较。

（二）改进分析

1、综上对屋面绝热板五项改进措施7个方案的研究意见，影响制品热阻的主要因素是制品的周边肋。所以，取消边肋改用截面积很小的水泥砂浆支点，对提高制品的热阻明显有效。5支点（φ10mm）方案的冷桥面积只占制品面积的 0.44%,制品热阻值仅比无冷桥情况下降8%（表3）。

2、取消边肋或减少支承点面积，制品强度会相应降低。屋面绝热板生产企业早期过于注重作为上人屋面制品的承载能力，面层和边肋砂浆的强度偏高。测试表明，在制品保温层提高后（制品厚度45mm）,每块制品（面积0.09m2）承压能力高达35.6~49.2吨（抗压强度3.9~5.4MPa），抗折力214~240kg（支距250mm）。作为一种以绝热为主的制品，太高的强度并无必要。登峰公司在生产3支点的改进型产品后，制品的抗压强度仍有 0.26~0.30MPa,抗折力为128~144kg,完全可以满足上人屋面的需要。因此，取消边肋是可行的，并且有利于制品在坡屋面中应用。

3、作为倒置保温屋面的保温层材料，其最佳选择应是挤塑型聚苯板（XPS板）。由表2可见，厚度25mm挤塑聚苯板用于屋面绝热板，制品热阻值为几种改进方案之首。尤其是从吸水性能考虑，XPS板是目前最理想的材料。但是，目前XPS板每m2仍需36元（厚25mm），而上海屋面绝热板的销售价每m2仅32元左右。如XPS板取代EPS板，将失去经济性的优势，大量推广应用显然会有困难（尤其在多层住宅中）。因此在目前情况，XPS板制品只是改进型产品之一。基于制品的特种水泥砂浆面层具有良好的抗渗性能（优于混凝土平瓦），且EPS板也具有封闭蜂窝结构，吸水率也不大（国标规定体积吸水率不大于6%，一般为4%），故主产品在目前尚只能用EPS料，但已开始考虑对EPS板的憎水处理。另外，目前江苏已有一种较高密度（22kg/m3）发泡聚苯板生产，也拟试用。

4、制品在平屋面铺设时，板与板之间以有灰缝为宜（对坡屋面可不用）。但灰缝又构成屋面大量的冷桥。当灰缝宽度为5mm时，该冷桥面积占整个屋面倒置层的3.3%，灰缝宽10mm时达到6.3%，因此，与单块制品相比，屋面倒置层热阻值的下降又是十分显著的（表2）。以5支点制品为例，灰缝的影响使倒置层的热阻值下降高达36%（灰缝5mm）~51%（灰缝10mm）。为此，在实际应用中，应尽可能减小灰缝宽度，或采用导热系数相对较小的聚合物砂浆或粉煤灰砂浆。

5、以上对制品和倒置层热阻值的计算全部采用国标《民用建筑热工设计规范》提出的“平均导热系数”法，该方法是只考虑一维传热的近似计算。在研究过程中，笔者曾采用标定热箱法对3支点EPS板的改进产品进行了传热系数测试，试件尺寸1.5m?/FONT>1.5m，其中灰缝宽度为10mm，测试结果传热系数2.40W/m2·K,扣除两侧表面换热阻，其热阻值与采用上述方法的计算结果是接近的。

ADJING

小伙子这种爱钻研的态度值得表扬：）
屋面节能还有一个重要的办法即采用浅色材料:它比深色材料要节能30％.

boy_tian

可是这个有计算依据吗？比方说根据颜色的值最后求出的导热系数？

ADJING

这是听一位教授上课讲的数据，当时暗暗心惊，发誓以后都做浅色屋顶.
你的认真探究精神值得学习，以后多交流:)

boy_tian

用浅色肯定比深色吸热少，但是这个30%是从何而来。

shaiyue

你的认真探究精神值得学习！赞同！