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專家論壇 

 

保溫材料在建筑節能體系中的應用問題 

 

摘要  用于建筑的保溫隔熱材料,要求保溫材料及系統具有良好的保溫隔熱效率,更要注重資源、環保、安全、健康等問題,對各種保溫材料進行合理利用和正確評價,是有利于我們開展建筑保溫節能工作的。

關鍵詞   保溫材料  保溫技術   建筑保溫  建筑節能 

前言

建筑保溫隔熱材料及系統,是一個涉及面非常廣泛的問題,它涉及到資源、能耗、環保、安全、健康、效能、效益、成本、綜合利用等。以全局觀點,如果我們,不考慮各地氣候環境的實際情況、保溫材料的性能和來源、保溫材料對健康和環境的影響等,強制性在全國推行統一的標準、統一的模式與做法,往往會適得其反,這既不科學,也不現實。我們必須尊重客觀現實,吸取經驗教訓,因地制宜,從多方向進行研究分析。

保溫材料種類較多,資源也很豐富,有傳統的、現代的,有機的、無機的、植物的、動物的、礦物的等等,可以說是無計其數,幾乎是包羅萬物,都有保溫、調溫作用,只是作用方式、大小、用途和需求不同而已。所有材料,都有優點和缺陷,我們挑選和使用這些材料時,要從當地的資源、環保、氣候特點、安全、健康、效率、效益、等多方面來權衡。

1 EPSXPSXPU材料和系統

近年來,EPSXPSXPU在建筑外墻外保溫工程上廣泛使用,實驗數據顯示,這些材料導熱系數較低,是很好的輕質保溫隔熱材料,如果用于電冰箱、冷庫等,是很好的選擇,如果用在所有建筑的墻體上,是對資源極大的浪費,其安全和穩定性會很差,容易脫落和引起大火災,墻體容易形成結露和滋生霉菌,一旦脫落下來或建筑壽命終止,這些材料很難回收利用,會對空氣、水源和自然生態環境造成極大污染(參考文獻《建筑保溫節能系統的生態與環保問題www.nvrfpu.tw中國保溫建材科技網,作者:周廣德)。。這些材料中的有毒害物質,還會直接危害人的身體健康,甚至生命安全,全國多起重特大火災,造成大量的人員傷亡和財產損失,至使高層痛下決心,限令解決保溫材料的防火問題。

因為安全防火問題,特別是環保問題(我們應該認真吸取泡沫塑料快餐盒,導致白色污染的教訓),在全國全面限制或禁止使用EPSXPSXPU保溫材料(無論是B1級、B2級),這是利國利民、利于子孫后代的大事。

因此,EPSXPSXPU等保溫材料在建筑上應該不會再有任何發展前途,大家應該清楚地提高認識。

2 墻體自保溫材料

 墻體自保溫材料,墻體自保溫材料主要是建筑砌筑采用輕質材料復合免燒磚,免燒磚是粉煤灰、石膏、石灰、工業爐渣、水泥等為主要原材料,經過機器壓制成型,蒸氣養護等過程。這些材料質輕、保溫隔熱,利用部分廢棄材料,耗能少,因此,全國各地都在大力推廣。

建筑乃百年大計,免燒磚作為墻體自保溫材料,也有一些難題需要提出來進行研究:

由于強度及穩定性問題,免燒磚不能替換高層建筑起支撐作用的鋼筋混凝土柱梁,柱梁的保溫問題還要用別的材料;

免燒磚吸水性強、且怕吸水,而砌磚時,又忌用吸水性快的干磚,怕粘磚用的砂漿失水,影響粘結強度及穩定性。

免燒磚干縮性大、尺寸穩定性差,受熱、受潮濕容易變形,致使墻體常出現沉降裂縫、干縮縫,引起質量糾紛。

免燒磚是機制磚,壽命不如火磚。如廠家產品質量技術不過硬,容易出現粉化現象,特別是在高層建筑上使用,最終可能出現嚴重安全隱患。

3 可調溫相變材料

 常用相變材料的相變溫度與相變能
    樣品名稱                      相變溫度℃                 相變能KJ/Kg
   
石蠟                   1224                            200300
  
十二醇                          1724                              188
  
十八烷                          2227                              205
 
硬酯酸丁酯               1823                             140
 
硬脂酸甲酯               2327                             188
 
棕櫚酸丙酯               1619                        186
 
棕櫚酸丁酯              1721                               138

材料遇冷、遇熱會自動吸熱、放熱、產生相變反應,世上萬物都有這樣的功能。清晨陽光明媚,但感到不熱,是因為地球和地球上的萬物都在吸收太陽輻射產生的熱能,直到中午吸熱飽和后,才感到最暖和或最炎熱,傍晚看不到太陽,但環境氣候并不感到很冷,這是地球和萬物在釋放熱能的結果,放熱會由強至弱,直到凌晨。

材料的相變吸熱與放熱是一個自然過程,它隨環境溫度的變化而變化,通過這種變化來自動調節溫度。自然界中,所有物質都有不同程度的相變儲能功能,我們所居住的地球、石油瀝青路、建筑物本身也有這種相變儲能功能,人體的機能中也有相變功能。

建筑物四個方位的墻體受熱溫度是不一致的,因此,相變材料的局限性很大。相變材料除本身的功能特性外,氣候環境是一個重要條件,也就是說相變材料的相變儲能,是需要相應的環境溫度場的作用,利用溫度場不斷頻繁的變化才能發揮其作用,而環境氣候是有規律緩慢地在發生氣候溫度變化。在春秋兩季氣候宜人,并不需要多大的調節作用。在寒冬、盛夏時節相變幾乎起不到多大作用,北方室外最冷達-20以上,沒有熱源,有何熱可吸?南方最熱達40以上,雖有熱可吸,但吸熱后放熱更可怕,無凝就如鐵瓦、水泥預制板屋頂、石油瀝青路一樣產生城市熱島效應。

以石臘為主的化學相變材料本身的防火性、毒理性、衰減性、以及對環境與健康的影響等方面,我們理應有所警惕,如果在全國大力推廣化學相變調溫材料,勢必產生新的資源與環保問題,因此,對于建筑墻體保溫節能的相變材料,不會有多大意義,應該更謹慎對待,還需要我們做進一步研究。

4 聚苯顆粒

聚苯顆粒保溫漿料,導系數約在0.055-0.058,曾在建筑保溫系統中大量使用過,雖導熱系數相對要差些,但防火性與安全性卻優于EPSXPSXPU系統,如果是使用收集來的廢棄泡沫塑料變廢為寶,有利于環保,值得提倡,因此,聚苯顆粒保溫漿料不應該被淘汰。

5 膨脹珍珠巖與閉孔玻化微珠

膨脹珍珠巖作為傳統輕質保溫材料,廣泛應用于建筑、管道、金屬冶煉等行業作為保溫絕熱材料,與閉孔玻化微珠相比,具有能耗低(只需約800膨脹珍珠巖。而閉孔玻化微珠則需要大量消耗很緊張的電能,在高達1300的高溫玻化,其能耗與節能降耗不相符合、而且玻化微珠的玻殼是在高溫熱氣膨脹下產生的不規則氣泡,冷卻后形成類似玻璃狀,但殼很薄、易碎、易粉化、強度低、而且也大量吸水)。從資源與環保角度,閉孔玻化微珠在全國大量使用,應慎重對待。

采用膨脹珍珠巖與粉煤灰、海泡石、工業爐渣、農作物秸桿、廢棄聚苯顆粒、甚至是經過無害化處理的垃圾等,添加優質水泥、功能樹脂型可分散膠粉等膠凝材料,生產復合型保溫漿料(參考文獻:《防火型輕質復合保溫砂漿生產及應用技術www.nvrfpu.tw中國保溫建材科技網,作者:周廣德),具有一定的可行性:

1)資源豐富,來源廣泛,可有效利用一些工農業廢棄材料,就地取材,符合低碳、環保要求。

2    可以作為內外墻體保溫材料,也可取代普通砂漿作為墻面抹灰找平材料,一舉兩得。

3    這種無機復合保溫漿料,具有透氣、調濕能力,墻體不會結露,用技術手段對膨脹珍珠巖顆粒淺表進行改進,使其吸水性大大降低,甚至憎水,能夠滿足建筑物的防滲漏和防火要求

4)可以內墻、外墻結合的辦法。北方寒冷地區,背陽面北墻面的內墻抹3cm厚度、外墻抹5cm厚度,朝陽墻面外墻抹4-5cm;南方地區,外墻朝陽的墻面抹3cm厚度,背陽墻面抹2cm

5)性能穩定、經濟實用,其生產、使用過程,能耗低、污染極小,材料壽命終止后,可以循環利用,可以與墻體自保溫磚配合使用,滿足建筑節能65%以上的要求。

從材性上,膨脹珍珠巖是傳統意義上的保溫隔熱優質材料,它的保溫隔熱性能是不容置疑的。有人說其吸水性強,吸水后會影響到保溫性能和系統質量,這些說法還真是不切實際!筆者試問:老祖宗把吸水性很強的茅草、稻草蓋在房頂上,用吸水性很強的泥土筑墻、火磚砌墻,這些材料影響保溫效果和系統穩定性了么?

6 巖棉及其它礦物棉

巖棉保溫材料及其制品, 防火性較好,保溫性也不錯,是比較適合于夾心彩鋼板保溫隔熱層。纖維狀巖棉,質輕、易碎斷,生產現場、施工現場或壽命終止被清除過程,其碎末如進入呼吸道、肺部,將引發肺部感染、甚至是致命性肺部疾病,與皮膚接觸,容易象針刺一樣進入皮膚,使人難受,礦物棉保溫材料用于建筑保溫,將來其壽命終止后,回收、處理、再利用的難度也很大,想要解決好這些問題,會大幅度增加成本,在技術上也是比較困難的。

礦物棉保溫材料不同于輕質保溫砂漿,后者有水泥膠漿包裹,吸水后并不會造成什么較大的問題,而巖棉塊吸水性很強,巖棉纖維一旦吸水,就會立即膨脹或者萎縮,會直接影響到保溫系統的穩定性。

巖棉纖維和礦物棉制造過程的資源、能耗、經濟成本,施工成本、環保與健康影響等因素,會影響到其市場需求量,其推廣難度較大。

7 酚醛泡沫

酚醛泡沫在燃燒性實驗中,不產生明火和無劇毒濃煙,但在高溫持續燃燒下,會最終碳化,可達到建筑防火要求,但其泡沫組織有些疏松、強度較差、易碎、有輕微粉化感,在航天、船舶等應用較多,但在建筑保溫工程上應用并不多,缺乏相關數據和經驗,人們普遍持慎重態度。

8 發泡混凝土

凝土是應用比較早的技術,是采用物理與化學發泡技術,在水泥基類材料中形成細小、密集的空氣泡,水泥固化后形成類似泡沫塊。發泡混凝土在技術與應用上的難度是:容重越輕(可以在60-800kg/m³),導熱系數越小,保溫性越好,但強度會越低;容重越重,導熱系數越大,保溫性越差,但強度會越高。

發泡混凝土可以在非承重墻可隔墻上采用澆灌漿發泡的辦法直接成保溫墻,也可用模具澆鑄成型的辦法,象塑料泡沫板一樣用聚合物專用砂漿粘貼上墻。

發泡混凝土在建筑保溫工程實際應用上的局限性較大,發泡混凝土系蜂窩狀結構,因為混凝土屬水硬性材料,發泡后的混凝土,強度低、易碎,加之其只能在模具內進行發泡預制或灌漿,如果是預制成型,采用粘貼上墻的辦法,會增加一定的成本,其拼接縫隙的處理會成為一定技術難題。不能象膨脹珍珠巖、玻化微珠、聚苯顆粒保溫漿料那樣,可以直接抹灰上墻,替代普通砂漿,又起保溫隔熱作用。

9 保溫裝飾一體化

保溫裝飾一體化是近年墻體保溫技術發展的一個新思路,在工廠里,將保溫材料和裝飾材料一體化進行工業批量生產,可以縮短工期,節約施工成本,并減少一些施工過程中的人為因素引起的工程質量問題。保溫裝飾一體化產品的拼接板縫的處理、保溫材料與各種裝飾材料復合后的耐久、耐候、變形、尺寸穩定性、系統的穩定性、使用壽命終止后的回收處理、市場價位等問題,還需要進行研究和大量工程實踐。目前,保溫裝飾一體化工程上用量還有限。

10          防輻射隔熱涂料

防輻射隔熱涂料或玻璃珠反射隔熱材料,是主要涂刷在墻體或玻璃表面,降低太陽輻射所產生的熱能,達到保溫目的,但這種材料的應用價值并不很大,主要理由是,其化學成膜物質,對環境不友好,不耐老化,使用壽命短,這種防輻射隔熱涂料性能單一、價格昂貴,只能隔熱、不能保溫,夏天可以隔熱,但冬天卻阻止了太陽輻射能量的有效利用,其價值還不如遮陽技術。

一年中,實際上我們處在極冷、極熱氣候環境需要保溫隔熱的時間,只有6個月左右,其余6個月左右,是不需要保溫隔熱、甚至還十分需要太陽輻射的熱量來溫暖我們的生活、居住環境,夏天室內更需要的是涼爽的自然風,而不是冰冷的空調機冷氣。建筑是永久性的,不是“蔬菜大棚”保溫(冬天可以蓋上保溫,夏天可以取下不用),所以,建筑保溫隔熱的材料與技術,應更加充分利用自然能源的調溫作用,自然能源包括太陽輻射能、風能、光能、空氣、水氣等。而不能不分季節和環境氣候,一概要拒絕這些非常寶貴的綠色自然能源。

11          復合型保溫材料

復合型保溫材料,尤其是以廢棄聚苯顆粒、粉煤灰、工業、農業生產過程中的一些廢棄材料,如爐灰、爐渣、秸桿、殼類等與膨脹珍珠巖、海泡石等,從資源來源、節約資源、節能減排、健康與環境保護、材料的循環利用、經濟實用性、建筑保溫的實際需要等多方面考慮,復合型保溫材料、特別是復合型保溫漿料將是建筑保溫材料與技術發展的趨勢。

12          建筑設計上的問題

現代城市建筑的墻體材料及建筑圍護結構,很少考慮環境氣候、建筑物分區、朝向、用途等綜合因素,無論北方、南方,甚至是建筑的四面墻壁都用同一種材料、同樣厚度,特別是高層建筑,尤其明顯,這是十分不合理的。

從經濟與實用角度,新建建筑的保溫與隔熱問題,應該從設計上首先來解決,如設計上不能滿足時,才考慮輔助性的墻體保溫技術,已建建筑如保溫節能不達標,可以采取墻體保溫措施。

建筑在設計上要更多地考慮建筑物所處的地理、氣候環境、自然條件,結合資源、能源、環境狀況,在建筑保溫節能的選材與設計上,更多充分利用自然能源和自然環境氣候條件、合理使用材料,尊重科學、注重實用。

                                       2011年5月20日于北京通州開發區

附:作者簡介

周廣德,男,北京環益美高分子聚合物研究所總工程師,從事科技工作二十余年,有多年的理論研究和豐富的實踐經驗,為上千家企業、幾百個工程項目提供過上萬次的專業技術咨詢服務,主持或參與開發新技術、新產品百余項,個人獨立技術項目有120多個,發表專業論文五十余篇,專業技術講座200余場次,其中有八篇論文獲得優秀論文獎,有兩篇論文入編《中國現代化建設研究文庫》,國內有100余種論文集收錄其作品及研究成果。主要研究方向:高分子材料、生化技術、生態建材、建筑保溫節能技術、內外墻各種膩子、干混砂漿、水基干粉涂料、建筑防水材料、防火材料、相變材料、專業技術咨詢服務等。

北京環益美高分子聚合物研究所

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