墙体的内部隔热层和湿度研究

Søren Peper, Dr. Berthold Kaufmann, Wolfgang Hasper
Dr. Rainer Pfluger, Dr. Fabian Ochs
Passive House Institute, Rheinstr. 44/46, D-64283 Darmstadt
Tel. (+49)6151/82699-0, fax (+49)6151/82699-11, soeren.peper@passiv.de

1 项目概述

1892年建于路德维希港(Ludwigshafen)的一栋石造立面的住宅于2005年整修完工。该建筑属于BASF(巴斯夫)的住房协会LUWOGE。整修过程尽可能的使用被动式节能房構件。 室外墙面还是保留原有状态，因此在外墙使用了8厘米厚的内部隔热材料。室外墙面清理以后，使用防水保护材料处理。

PHI(被动式节能房研究中心) 进行了一项为期四年的，对建筑内部隔热的测量分析[Peper /Kaufmann /Pfluger 2010]. 在这之前，做了以下工作：审查规划工作，热桥计算，建筑能量平衡，和审查整修过程中的质量保证。

2  使用内部隔热材料的建筑整修工作

位于路德维希港的名为”Hemshof-Siedlung” 或者 ”Alte Kolonie” 的住處是为巴斯夫公司员工于1892年修建完成的。现今保留下66栋最初的砖砌建筑，每栋建筑有四个住宅单元。 整个社区都被列為歷史建築保存。在Sodastreet 40号的复式房也是这个最古老住處的一部分。 作为示范项目，LUWOGE公司把这些具有一百多年历史的老建筑整修成低耗能建筑[LUWOGE 2006].

除了内部隔热层，项目还包括安装新的窗户，改善屋顶结构及其U值(传热系数)，以及更换天窗。整个建筑的主要能源需求从250 KWh/(m2a)改善到54 KWh/(m2a)， 这个是所谓的KfW-60建筑要求 (参考值：根据PHPP， 能源参考面积，依照PHPP被动式节能房规划辅助工具计算).包括详细热桥和气密性计算的项目描述能在[Kaufmann/Peper 2005] 一文中找到。在 [Schnieders 2005]一文中使用这栋建筑作为例子，描述了内部隔热 的潜力和不足。

新的内部隔热材料包含具有8厘米厚的高性能EPS板(Neopor)(λ值=0.033 W/(mK)的复合板 (Doublissimo from Rigips) 和面向室內的石膏板(12.5毫米厚). 使用的面板都黏附在老旧的，预先处理过的内部石膏板。水汽密封层(vapor seal, 也就是能适应湿气的水汽阻碍來自Isover公司, 类型是Vario KM， 其0.2≤sd≤5.0 m, sd随着湿度而变化)被安装并仔細黏附在复合板上,來保证每一面都保持气密 – 也就是说，针对地板，天花板，副墙(walls attached)，以及類似窗户的建筑構件。这对于内部隔热是必要的，可以阻止周围的湿气透过隔热层到达后面的区域[Feist 2005]。其他不涂泥灰的墙板(drywall panel)用于保持面向室内系统的平整。这个过程把标准墙的施工品質，从U值1.55 W/(m2K)改善到0.32 W/(m2K). 沿着内部墙体的两侧用内部隔热层包裹大概5厘米，解决了内墙整体的热能问题。为了保证墙面光滑没有凹陷，剩余内墙的的所有表面都装上不涂泥灰的墙板(在辅助结构上).为了噪音保护，中空的墙体使用矿物棉填充。

外墙面是从外表开始使用一种特殊的清扫过程(Jos-使用玻璃粒子的过程), 并且在2005年9月19日，一层防水保护面(CAPAROL 公司的Disboxan 450產品, double wet-on-wet)被铺在墙体上。由于测量数据和具有吸收力的罕见面砖[Plagge 2007], 所有墙面在2008年9月15日再一次处理成为具有防水性能的。在被更加仔细分析的底层房间里，整修过程中，一半外墙(西南墙) 面向房间装上了能适应濕氣的水汽阻碍层(简写为：VB)(从里面看处在左手位置)。 另一半外墙装上了传统的水汽密封层(简写为：VS). 这个过程可以使用测量值直接比较两个变量。这份报告使用“经典”的术语“水汽密封层”和“水汽阻碍层”。在这个例子中，聚酰胺制成的能适应濕氣的水汽阻碍层(ISOVER公司的Vario KM產品)的Sd值为2到5 m之间， 而传统的水汽密封层(URSA公司的Saco產品)的Sd值大于100m。

2008年8月30日拍攝的热成像被用于研究在低压条件下建筑物内部隔热层的气密性。 该测试证明建筑物连接处具有足够良好的气密性。 在2006年9月另外应用介电常数/高频率测量原理的测量，排除了墙体内部增加的湿度来自地下室的可能性。在2006年12月上旬，被动式节能房研究中心利用微波传感器对墙体进行了另外一次分析。从建筑物外墙的外表面得到的湿度测量结果显示，在近表层(2 到3厘米)和在大概30cm较深的墙体内层，水分达到影响並不大0.2到1.9%(质量) 的数值。和建筑迎风面(weather-facing side)以及附近未改造和不供暖的建筑比较起來，結果相似。因此测量值和材料平衡湿度含量接近，并且材料的湿度水平处在一个对墙体来说影响不大的标准范围內。

3 持续测量系统

测量分析的目的是定期评估需要整修建筑的内部隔热层。为了评估内部隔热层改造后的外墙湿度水平，为期数年的长期测量是需要的。为了评估结构的湿度水平，墙体结构内两点的温度和湿度每隔10分钟测量一次(参考下图). 空心墙的湿度分析是在地面层靠近西南面的起居室里完成的。房间的每一侧墙，要么有水汽密封层或者水汽阻碍层，都装上了兩組同样的测量装置(参考下图).  房间也有另外一个测量位置来记录环境空气情况(相对湿度和温度). 在外墙的外侧装有两个测量大雨的传感器。

4 测量结果和模拟

对于分析墙体结构内部的湿度发展变化最重要的测量点，是四个安装在墙体结构内的温度/湿度传感器。 其中两个传感器安装在老的石灰板层中，并且直接被新的内部隔热板覆盖。另外两个被安放在表面的砖层中，距离外表面大概5厘米。这四个传感器为期四年的测量结果绘于下图中。

墙体结构内的测量点，(水汽密封层位置老旧的灰浆)大概要几个月甚至两年半以后，才能显示干燥的迹象。这个干燥过程会不时的被持续一段时间的豪雨季節打断(2006年6月等). 这种情形可以用面砖的低水平大雨保护功能来解释，尽管制造厂说明面砖是经过双层防水处理的，但是还是不足以使具有内部隔热层的墙体结构抵御长时间的大雨。雖然砖的高度吸水性考虑到一层很深的防水层(30毫米深), 尽管经过两次防水处理，大概0.11kg/(m2s0.5)的厚度，吸收系数還是远远不足。在德累斯顿(Dresden)工业大学建筑系的建築物气候学学院(The Institute of Building Climatology, IBK)分析了砖的测试来确定他们的吸水性[Plagge 2007]. 不同防水处理結果以及和其他砖的比较绘于下图中。 这里，我们看出只有经过四次防水处理的砖头才能达到理想的效果。测量结果显示了在老旧灰浆的周围，干燥过程非常缓慢，尤其是在具有水汽密封层的那一侧，并且在2008年9月15日，我们进行了验证性的模拟，对墙体进行了又一次的双层防水处理(wet-on-wet). 只有在这以后，才对大雨起了足够的防御作用。

 

新的防水处理以后，即使在冬天，相对湿度也远远低于80%的限度。於是，测量结果验证了最初在模拟过程中计算的结果。不管面對室內的墙面是水汽密封层的，还是能适应湿气的水汽阻碍层，结果都几乎没有不同。只要有足够防御大雨的处理，两种墙体结构都几乎呈現相同結果而且保持合适的湿度水平。

外墙内面侧的表面温度也呈現了良好的环境条件。在寒冬里，表面温度和室内温度的差异处在一个可以接受的范围(1.7到1.8度 ).

这个模拟很成功的展示了墙体结构在第一次干燥，也就是经过2007年或者2008年夏天以后，热能和湿度的情形[参考示图]。 但是即使是在老旧灰浆周围的建筑物湿度上升，在内部隔热层板后面粘接层里的建筑物湿度上升，或者建筑外部因为防水处理带来额外湿度等的假设情况下，模拟都無法成功的描述早期湿度极快升高的情形。因此，在内部隔热层处理完成以后，需要记录至少两个最好三个供暖季节(冬天)的测量值。能否获得材料数据也是同样重要的。尽管采用综合数据汇总的方法，每一种所用材料记录单独的测量值还是很重要的。此外，防水处理会导致在砖块和砂浆空隙处产生裂缝，为雨水创造了进入的途径，这一点也可能是最初湿度高的一个原因； 参考[Krus/Kunzel 2003].

总之， 重点就是 内部隔热层与足够干燥墙体结构的成功结合與否 。另外，对于以后需要安装内部隔热层的改造工程， 对单独或者具体项目而言，需要对原来的墙面(墙面清理以后)进行防水处理效果的预先分析。只有这样才能保证对大雨的防御才能足够有效。除了这点，重要的是考虑到防水处理必须定期重做。

墙体建筑中的温度和湿度测量和模拟是由LUWOGE和巴斯夫共同委托的PHI(被动式节能房研究中心)完成的。