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保温材料在建筑节能体系中的应用问题 

 

摘要  用于建筑的保温隔热材料,要求保温材料及系统具有良好的保温隔热效率,更要注重资源、环保、安全、健康等问题,对各种保温材料进行合理利用和正确评价,是有利于我们开展建筑保温节能工作的。

关键词   保温材料  保温技术   建筑保温  建筑节能 

前言

建筑保温隔热材料及系统,是一个涉及面非常广泛的问题,它涉及到资源、能耗、环保、安全、健康、效能、效益、成本、综合利用等。以全局观点,如果我们,不考虑各地气候环境的实际情况、保温材料的性能和来源、保温材料对健康和环境的影响等,强制性在全国推行统一的标准、统一的模式与做法,往往会适得其反,这既不科学,也不现实。我们必须尊重客观现实,吸取经验教训,因地制宜,从多方向进行研究分析。

保温材料种类较多,资源也很丰富,有传统的、现代的,有机的、无机的、植物的、动物的、矿物的等等,可以说是无计其数,几乎是包罗万物,都有保温、调温作用,只是作用方式、大小、用途和需求不同而已。所有材料,都有优点和缺陷,我们挑选和使用这些材料时,要从当地的资源、环保、气候特点、安全、健康、效率、效益、等多方面来权衡。

1 EPSXPSXPU材料和系统

近年来,EPSXPSXPU在建筑外墙外保温工程上广泛使用,实验数据显示,这些材料导热系数较低,是很好的轻质保温隔热材料,如果用于电冰箱、冷库等,是很好的选择,如果用在所有建筑的墙体上,是对资源极大的浪费,其安全和稳定性会很差,容易脱落和引起大火灾,墙体容易形成结露和滋生霉菌,一旦脱落下来或建筑寿命终止,这些材料很难回收利用,会对空气、水源和自然生态环境造成极大污染(参考文献《建筑保温节能系统的生态与环保问题www.bwjc.cn中国保温建材科技网,作者:周广德)。。这些材料中的有毒害物质,还会直接危害人的身体健康,甚至生命安全,全国多起重特大火灾,造成大量的人员伤亡和财产损失,至使高层痛下决心,限令解决保温材料的防火问题。

因为安全防火问题,特别是环保问题(我们应该认真吸取泡沫塑料快餐盒,导致白色污染的教训),在全国全面限制或禁止使用EPSXPSXPU保温材料(无论是B1级、B2级),这是利国利民、利于子孙后代的大事。

因此,EPSXPSXPU等保温材料在建筑上应该不会再有任何发展前途,大家应该清楚地提高认识。

2 墙体自保温材料

 墙体自保温材料,墙体自保温材料主要是建筑砌筑采用轻质材料复合免烧砖,免烧砖是粉煤灰、石膏、石灰、工业炉渣、水泥等为主要原材料,经过机器压制成型,蒸气养护等过程。这些材料质轻、保温隔热,利用部分废弃材料,耗能少,因此,全国各地都在大力推广。

建筑乃百年大计,免烧砖作为墙体自保温材料,也有一些难题需要提出来进行研究:

由于强度及稳定性问题,免烧砖不能替换高层建筑起支撑作用的钢筋混凝土柱梁,柱梁的保温问题还要用别的材料;

免烧砖吸水性强、且怕吸水,而砌砖时,又忌用吸水性快的干砖,怕粘砖用的砂浆失水,影响粘结强度及稳定性。

免烧砖干缩性大、尺寸稳定性差,受热、受潮湿容易变形,致使墙体常出现沉降裂缝、干缩缝,引起质量纠纷。

免烧砖是机制砖,寿命不如火砖。如厂家产品质量技术不过硬,容易出现粉化现象,特别是在高层建筑上使用,最终可能出现严重安全隐患。

3 可调温相变材料

 常用相变材料的相变温度与相变能
    样品名称                      相变温度℃                 相变能KJ/Kg
   
石蜡                   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
 
棕榈酸丙酯               1619                        186
 
棕榈酸丁酯              1721                               138

材料遇冷、遇热会自动吸热、放热、产生相变反应,世上万物都有这样的功能。清晨阳光明媚,但感到不热,是因为地球和地球上的万物都在吸收太阳辐射产生的热能,直到中午吸热饱和后,才感到最暖和或最炎热,傍晚看不到太阳,但环境气候并不感到很冷,这是地球和万物在释放热能的结果,放热会由强至弱,直到凌晨。

材料的相变吸热与放热是一个自然过程,它随环境温度的变化而变化,通过这种变化来自动调节温度。自然界中,所有物质都有不同程度的相变储能功能,我们所居住的地球、石油沥青路、建筑物本身也有这种相变储能功能,人体的机能中也有相变功能。

建筑物四个方位的墙体受热温度是不一致的,因此,相变材料的局限性很大。相变材料除本身的功能特性外,气候环境是一个重要条件,也就是说相变材料的相变储能,是需要相应的环境温度场的作用,利用温度场不断频繁的变化才能发挥其作用,而环境气候是有规律缓慢地在发生气候温度变化。在春秋两季气候宜人,并不需要多大的调节作用。在寒冬、盛夏时节相变几乎起不到多大作用,北方室外最冷达-20以上,没有热源,有何热可吸?南方最热达40以上,虽有热可吸,但吸热后放热更可怕,无凝就如铁瓦、水泥预制板屋顶、石油沥青路一样产生城市热岛效应。

以石腊为主的化学相变材料本身的防火性、毒理性、衰减性、以及对环境与健康的影响等方面,我们理应有所警惕,如果在全国大力推广化学相变调温材料,势必产生新的资源与环保问题,因此,对于建筑墙体保温节能的相变材料,不会有多大意义,应该更谨慎对待,还需要我们做进一步研究。

4 聚苯颗粒

聚苯颗粒保温浆料,导系数约在0.055-0.058,曾在建筑保温系统中大量使用过,虽导热系数相对要差些,但防火性与安全性却优于EPSXPSXPU系统,如果是使用收集来的废弃泡沫塑料变废为宝,有利于环保,值得提倡,因此,聚苯颗粒保温浆料不应该被淘汰。

5 膨胀珍珠岩与闭孔玻化微珠

膨胀珍珠岩作为传统轻质保温材料,广泛应用于建筑、管道、金属冶炼等行业作为保温绝热材料,与闭孔玻化微珠相比,具有能耗低(只需约800膨胀珍珠岩。而闭孔玻化微珠则需要大量消耗很紧张的电能,在高达1300的高温玻化,其能耗与节能降耗不相符合、而且玻化微珠的玻壳是在高温热气膨胀下产生的不规则气泡,冷却后形成类似玻璃状,但壳很薄、易碎、易粉化、强度低、而且也大量吸水)。从资源与环保角度,闭孔玻化微珠在全国大量使用,应慎重对待。

采用膨胀珍珠岩与粉煤灰、海泡石、工业炉渣、农作物秸杆、废弃聚苯颗粒、甚至是经过无害化处理的垃圾等,添加优质水泥、功能树脂型可分散胶粉等胶凝材料,生产复合型保温浆料(参考文献:《防火型轻质复合保温砂浆生产及应用技术www.bwjc.cn中国保温建材科技网,作者:周广德),具有一定的可行性:

1)资源丰富,来源广泛,可有效利用一些工农业废弃材料,就地取材,符合低碳、环保要求。

2    可以作为内外墙体保温材料,也可取代普通砂浆作为墙面抹灰找平材料,一举两得。

3    这种无机复合保温浆料,具有透气、调湿能力,墙体不会结露,用技术手段对膨胀珍珠岩颗粒浅表进行改进,使其吸水性大大降低,甚至憎水,能够满足建筑物的防渗漏和防火要求

4)可以内墙、外墙结合的办法。北方寒冷地区,背阳面北墙面的内墙抹3cm厚度、外墙抹5cm厚度,朝阳墙面外墙抹4-5cm;南方地区,外墙朝阳的墙面抹3cm厚度,背阳墙面抹2cm

5)性能稳定、经济实用,其生产、使用过程,能耗低、污染极小,材料寿命终止后,可以循环利用,可以与墙体自保温砖配合使用,满足建筑节能65%以上的要求。

从材性上,膨胀珍珠岩是传统意义上的保温隔热优质材料,它的保温隔热性能是不容置疑的。有人说其吸水性强,吸水后会影响到保温性能和系统质量,这些说法还真是不切实际!笔者试问:老祖宗把吸水性很强的茅草、稻草盖在房顶上,用吸水性很强的泥土筑墙、火砖砌墙,这些材料影响保温效果和系统稳定性了么?

6 岩棉及其它矿物棉

岩棉保温材料及其制品, 防火性较好,保温性也不错,是比较适合于夹心彩钢板保温隔热层。纤维状岩棉,质轻、易碎断,生产现场、施工现场或寿命终止被清除过程,其碎末如进入呼吸道、肺部,将引发肺部感染、甚至是致命性肺部疾病,与皮肤接触,容易象针刺一样进入皮肤,使人难受,矿物棉保温材料用于建筑保温,将来其寿命终止后,回收、处理、再利用的难度也很大,想要解决好这些问题,会大幅度增加成本,在技术上也是比较困难的。

矿物棉保温材料不同于轻质保温砂浆,后者有水泥胶浆包裹,吸水后并不会造成什么较大的问题,而岩棉块吸水性很强,岩棉纤维一旦吸水,就会立即膨胀或者萎缩,会直接影响到保温系统的稳定性。

岩棉纤维和矿物棉制造过程的资源、能耗、经济成本,施工成本、环保与健康影响等因素,会影响到其市场需求量,其推广难度较大。

7 酚醛泡沫

酚醛泡沫在燃烧性实验中,不产生明火和无剧毒浓烟,但在高温持续燃烧下,会最终碳化,可达到建筑防火要求,但其泡沫组织有些疏松、强度较差、易碎、有轻微粉化感,在航天、船舶等应用较多,但在建筑保温工程上应用并不多,缺乏相关数据和经验,人们普遍持慎重态度。

8 发泡混凝土

凝土是应用比较早的技术,是采用物理与化学发泡技术,在水泥基类材料中形成细小、密集的空气泡,水泥固化后形成类似泡沫块。发泡混凝土在技术与应用上的难度是:容重越轻(可以在60-800kg/m³),导热系数越小,保温性越好,但强度会越低;容重越重,导热系数越大,保温性越差,但强度会越高。

发泡混凝土可以在非承重墙可隔墙上采用浇灌浆发泡的办法直接成保温墙,也可用模具浇铸成型的办法,象塑料泡沫板一样用聚合物专用砂浆粘贴上墙。

发泡混凝土在建筑保温工程实际应用上的局限性较大,发泡混凝土系蜂窝状结构,因为混凝土属水硬性材料,发泡后的混凝土,强度低、易碎,加之其只能在模具内进行发泡预制或灌浆,如果是预制成型,采用粘贴上墙的办法,会增加一定的成本,其拼接缝隙的处理会成为一定技术难题。不能象膨胀珍珠岩、玻化微珠、聚苯颗粒保温浆料那样,可以直接抹灰上墙,替代普通砂浆,又起保温隔热作用。

9 保温装饰一体化

保温装饰一体化是近年墙体保温技术发展的一个新思路,在工厂里,将保温材料和装饰材料一体化进行工业批量生产,可以缩短工期,节约施工成本,并减少一些施工过程中的人为因素引起的工程质量问题。保温装饰一体化产品的拼接板缝的处理、保温材料与各种装饰材料复合后的耐久、耐候、变形、尺寸稳定性、系统的稳定性、使用寿命终止后的回收处理、市场价位等问题,还需要进行研究和大量工程实践。目前,保温装饰一体化工程上用量还有限。

10          防辐射隔热涂料

防辐射隔热涂料或玻璃珠反射隔热材料,是主要涂刷在墙体或玻璃表面,降低太阳辐射所产生的热能,达到保温目的,但这种材料的应用价值并不很大,主要理由是,其化学成膜物质,对环境不友好,不耐老化,使用寿命短,这种防辐射隔热涂料性能单一、价格昂贵,只能隔热、不能保温,夏天可以隔热,但冬天却阻止了太阳辐射能量的有效利用,其价值还不如遮阳技术。

一年中,实际上我们处在极冷、极热气候环境需要保温隔热的时间,只有6个月左右,其余6个月左右,是不需要保温隔热、甚至还十分需要太阳辐射的热量来温暖我们的生活、居住环境,夏天室内更需要的是凉爽的自然风,而不是冰冷的空调机冷气。建筑是永久性的,不是“蔬菜大棚”保温(冬天可以盖上保温,夏天可以取下不用),所以,建筑保温隔热的材料与技术,应更加充分利用自然能源的调温作用,自然能源包括太阳辐射能、风能、光能、空气、水气等。而不能不分季节和环境气候,一概要拒绝这些非常宝贵的绿色自然能源。

11          复合型保温材料

复合型保温材料,尤其是以废弃聚苯颗粒、粉煤灰、工业、农业生产过程中的一些废弃材料,如炉灰、炉渣、秸杆、壳类等与膨胀珍珠岩、海泡石等,从资源来源、节约资源、节能减排、健康与环境保护、材料的循环利用、经济实用性、建筑保温的实际需要等多方面考虑,复合型保温材料、特别是复合型保温浆料将是建筑保温材料与技术发展的趋势。

12          建筑设计上的问题

现代城市建筑的墙体材料及建筑围护结构,很少考虑环境气候、建筑物分区、朝向、用途等综合因素,无论北方、南方,甚至是建筑的四面墙壁都用同一种材料、同样厚度,特别是高层建筑,尤其明显,这是十分不合理的。

从经济与实用角度,新建建筑的保温与隔热问题,应该从设计上首先来解决,如设计上不能满足时,才考虑辅助性的墙体保温技术,已建建筑如保温节能不达标,可以采取墙体保温措施。

建筑在设计上要更多地考虑建筑物所处的地理、气候环境、自然条件,结合资源、能源、环境状况,在建筑保温节能的选材与设计上,更多充分利用自然能源和自然环境气候条件、合理使用材料,尊重科学、注重实用。

                                       2011年5月20日于北京通州开发区

附:作者简介

周广德,男,北京环益美高分子聚合物研究所总工程师,从事科技工作二十余年,有多年的理论研究和丰富的实践经验,为上千家企业、几百个工程项目提供过上万次的专业技术咨询服务,主持或参与开发新技术、新产品百余项,个人独立技术项目有120多个,发表专业论文五十余篇,专业技术讲座200余场次,其中有八篇论文获得优秀论文奖,有两篇论文入编《中国现代化建设研究文库》,国内有100余种论文集收录其作品及研究成果。主要研究方向:高分子材料、生化技术、生态建材、建筑保温节能技术、内外墙各种腻子、干混砂浆、水基干粉涂料、建筑防水材料、防火材料、相变材料、专业技术咨询服务等。

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