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        保溫材料在建筑節(jié)能工程中的應(yīng)用

        2021-07-05 07:40:52胡景蕙
        河南建材 2021年6期
        關(guān)鍵詞:效果建筑

        胡景蕙 楊 戈 張 馳

        河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司(450002)

        墻體保溫是建筑節(jié)能工程的重中之重,而保溫材料的優(yōu)劣決定著節(jié)能工程的質(zhì)量。長(zhǎng)期以來,關(guān)于我國(guó)墻體保溫材料體系“有機(jī)”好還是“無機(jī)”好的爭(zhēng)辯一直未曾間斷過。從歷史發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)來看,輕質(zhì)、高效的有機(jī)保溫材料由于在保溫、價(jià)格等方面的優(yōu)勢(shì),一直牢牢占據(jù)著市場(chǎng)的主導(dǎo)地位,無機(jī)保溫材料由于其自身的局限性(如高導(dǎo)熱系數(shù)、高吸水率、低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等),很難實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)的建筑節(jié)能工程目標(biāo)。然而有機(jī)保溫材料易發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)性和嚴(yán)重性漸漸暴露,使無機(jī)材料的防火優(yōu)勢(shì)凸顯出來。

        1 保溫材料的分類

        保溫材料是一種通過利用材料自身的性能達(dá)到減緩熱流速率的材料或者復(fù)合材料,而在建筑中采用良好的保溫技術(shù)與材料,對(duì)建筑工程的質(zhì)量有著重要影響。目前,墻體保溫材料根據(jù)材料的內(nèi)在成分可分為:無機(jī)保溫材料和有機(jī)保溫材料。

        有機(jī)類保溫材料主要來源于石油附產(chǎn)品,包括發(fā)泡聚苯板(EPS)、擠塑聚苯板(XPS)、噴涂聚氨酯(SPU)以及聚苯顆粒等。從全國(guó)范圍看,有機(jī)類外墻外保溫系統(tǒng)占據(jù)了我國(guó)當(dāng)前外墻外保溫市場(chǎng)75%以上的份額。有機(jī)保溫材料具有重量輕、可加工性好、致密性高、保溫隔熱效果好,但缺點(diǎn)是:不耐老化、變形系數(shù)大、穩(wěn)定性差、安全性差、易燃燒、生態(tài)環(huán)保性很差、施工難度大、工程成本較高,其資源有限,且難以循環(huán)再利用。

        無機(jī)保溫材料包括膨脹珍珠巖、中空?;⒅?、閉孔珍珠巖、巖棉、礦棉、玻璃棉和輕質(zhì)砌塊自保溫體系等,主要取材于無機(jī)類材料如石屑、玻璃、工業(yè)廢渣等。無機(jī)保溫材料具有節(jié)能利廢、保溫隔熱、防火防凍、耐老化的優(yōu)異性能以及低廉的價(jià)格等特點(diǎn),能夠達(dá)到A級(jí)防火,有著廣泛的市場(chǎng)需求。隨著我國(guó)對(duì)于墻體材料防火安全等級(jí)規(guī)定的重視及要求,無機(jī)保溫材料的市場(chǎng)份額將大幅提升。

        由于材料化學(xué)性質(zhì)的特點(diǎn),無機(jī)體系和有機(jī)體系面對(duì)保溫節(jié)能性能和消防安全的矛盾選擇:從保溫性能而言,有機(jī)材料優(yōu)于無機(jī)材料。如擠塑板的導(dǎo)熱系數(shù)在0.028~0.03,保溫效果良好。所以在北方寒冷地區(qū)要使建筑具有保溫節(jié)能性能,大量使用有機(jī)材料在短時(shí)間內(nèi)仍然是不二的選擇;而無機(jī)類保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)一般在0.065左右,甚至更高,多半為A級(jí)阻燃材料,消防安全性能好,但是保溫效果不甚理想,在南方隔熱要求不高的建筑外墻中使用是很好的保溫材料。具體的種類和厚度及其體系設(shè)計(jì)應(yīng)該由專業(yè)公司根據(jù)具體建筑的功能要求做具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

        2 無機(jī)和有機(jī)保溫節(jié)能材料的防火性能比較

        從建筑的本身來說,其主要作用是用在給人們從事某種活動(dòng)而提供的場(chǎng)所。因此,它不僅需要節(jié)能,更需要安全,這就對(duì)所選擇的保溫材料在防火性能有所要求。有機(jī)保溫材料由于其高分子結(jié)構(gòu)的特殊性,在防火性能方面整體來說略低于無機(jī)保溫材料。表1為幾種常用保溫材料防火性能比較。

        表1 幾種常用保溫材料防火性能比較

        表2 常用保溫材料的性能比較

        1)EPS、XPS均屬聚氨酯泡沫類有機(jī)保溫材料,最大的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)輕、保溫、隔熱性好。其缺點(diǎn)是防火安全性差,易老化、易燃燒。燃燒時(shí)煙霧大、毒性大,使用年限、防火性能均不如無機(jī)保溫材料。特別是EPS、XPS泡沫,耐火性極差,在80℃就產(chǎn)生熔融變形滴落。對(duì)高層建筑群進(jìn)行大規(guī)模節(jié)能建設(shè)和改造時(shí),節(jié)能效果很好,但火災(zāi)隱患大幅增加了。2009年初的央視新大樓的一場(chǎng)大火,就已經(jīng)暴露了外墻保溫材料的易燃問題。當(dāng)時(shí)央視大樓使用的外墻保溫材料是擠塑板(XPS),這種材料與聚氨酯不同在于,XPS遇火后會(huì)產(chǎn)生滴落物,滴落物會(huì)引發(fā)更嚴(yán)重的燃燒。而聚氨酯是熱固性材料,遇火會(huì)碳化。

        2)無機(jī)防火保溫材料,是一種采用無機(jī)材料作為原材料研制而成的保溫材料。這種無機(jī)保溫材料具備安全不燃,節(jié)能環(huán)保、高效隔音的特性。主要包括了泡沫混凝土保溫材料、珍珠巖保溫材料、巖棉保溫材料等,很好地解決了防火問題。

        3 常用保溫材料的性能比較

        眾所周知,導(dǎo)熱系數(shù)是衡量保溫材料保溫性能的一項(xiàng)重要指標(biāo),導(dǎo)熱系數(shù)越低,保溫性能越好。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,凡平均溫度不高于350℃時(shí),導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.12的材料稱之為保溫材料,而把導(dǎo)熱系數(shù)在0.05以下的材料稱之為高效保溫材料。目前市場(chǎng)上常用的有機(jī)保溫材料,如擠塑板的導(dǎo)熱系數(shù)在0.028~0.030,保溫效果良好。無機(jī)類保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較高,一般在0.065左右,甚至更高,保溫效果不甚理想。

        吸水率和透氣性也是一項(xiàng)衡量保溫材料保溫性能穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。有機(jī)材料尤其是擠塑板的吸水率很低,具有很好的防水性。與此相反,傳統(tǒng)的無機(jī)類保溫材料,如玻璃棉、巖棉、礦棉制品等,具有較大的吸水率和水蒸氣透濕率,因而保溫效果不夠穩(wěn)定,尤其用于低溫保溫時(shí),此類保溫材料一旦含有水份,導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)急劇上升,隔熱效果將明顯降低。表2為幾種各種常用保溫材料的性能比較。

        1)保溫性能方面,有機(jī)材料優(yōu)于無機(jī)材料。無機(jī)保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)均在0.050W/(K·m)以上,而有機(jī)保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)則在0.020~0.040,也就是說節(jié)能效果上有機(jī)材料是無機(jī)保溫材料的1~2倍以上。如擠塑板的導(dǎo)熱系數(shù)在0.028~0.03,保溫效果良好。所以在北方寒冷地區(qū)要使建筑具有保溫節(jié)能性能,大量使用有機(jī)材料在短時(shí)間內(nèi)仍然是不二的選擇;而無機(jī)類保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)一般在0.065左右,甚至更高,多半為A級(jí)阻燃材料,消防安全性能好,但是保溫效果不甚理想,在南方隔熱要求不高的建筑外墻中使用是很好的保溫材料。

        2)吸水性能方面,有機(jī)保溫材料是無機(jī)材料的1/10~1/20,如果保溫系統(tǒng)透氣性不好,不僅影響飾面層,還會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)空氣渾濁。有機(jī)材料尤其是擠塑聚苯板的吸水率很低,具有很好的防水性。與此相反,傳統(tǒng)的無機(jī)類保溫材料,如玻璃棉、巖棉、礦棉制品等,具有較大的吸水率和水蒸汽滲透率,因而保溫效果不夠穩(wěn)定,尤其用于低溫保溫時(shí),此類保溫材料一旦含有水份,導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)急劇上升,隔熱效果將明顯降低。保溫材料與水及水蒸氣的不同作用可能影響到保溫材料體系的應(yīng)用耐久性能,這也是保溫體系重要的技術(shù)指標(biāo)。如果不對(duì)這些因素加以考慮和設(shè)計(jì),就會(huì)出現(xiàn)大量的耐久性破壞:保溫體系可能在正常的設(shè)計(jì)壽命時(shí)間內(nèi)提前破壞。

        4 現(xiàn)階段外墻保溫材料使用的建議

        綜上所述,無機(jī)保溫材料和有機(jī)保溫材料各有利弊,如何進(jìn)一步優(yōu)化保溫材料的使用,發(fā)揮各自的性能優(yōu)勢(shì),是一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)的綜合性問題。

        1)從材料入手。要預(yù)防外保溫材料火災(zāi)首先要從材料入手,從材料做出改變,可以選擇無機(jī)材料代替原來的有機(jī)保溫材料。我國(guó)制定了相關(guān)的規(guī)范,出臺(tái)了《民用建筑外保溫系統(tǒng)及外墻裝飾防火暫行規(guī)定》,從制度上鼓勵(lì)了使用不燃或者難以燃燒的無機(jī)材料代替易燃有機(jī)材料。

        同時(shí)要積極采用新技術(shù),開發(fā)新產(chǎn)品,研究生產(chǎn)低煙以及防火性能夠達(dá)到相關(guān)規(guī)范規(guī)定和要求的保溫材料,比如聚氨酯改性異氰脲酸酯泡沫,這種材料燃燒后煙密度低、毒性低,也沒有燃燒滴落物,能夠保護(hù)建筑物,同時(shí)由于其熱釋放低,碳化程度高,能夠阻止火焰與熱量的進(jìn)一步傳播,防止火勢(shì)蔓延。

        2)因地制宜選擇保溫材料。目前任何一種保溫材料及其系統(tǒng)的少數(shù)性能指標(biāo)都不能完全地滿足我國(guó)各地氣候區(qū)域保溫工程的綜合性能要求。因?yàn)樵谶M(jìn)行建筑技能保溫設(shè)計(jì)時(shí),外墻保溫不可能一刀切,應(yīng)根據(jù)各個(gè)地區(qū)的氣候條件和建筑類型,因地制宜選擇材料。

        在我國(guó)北方地區(qū),建筑保溫效果成為第一要素。因此,從保溫性能上選擇,應(yīng)以導(dǎo)熱系數(shù)低的發(fā)泡聚苯板、擠塑板、噴涂聚氨酯等有機(jī)保溫材料為宜。若選擇無機(jī)保溫材料來提高其保溫性能,必須要增加保溫材料的厚度,而超過一定厚度的保溫層會(huì)對(duì)墻體保溫系統(tǒng)的承重力產(chǎn)生影響。

        而南方地區(qū)由于寒冷天氣較少,多數(shù)建筑沒有暖氣。在此情況下,如果采用有機(jī)聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng),室內(nèi)不僅不會(huì)感到溫暖,相反感覺更加陰冷。因此,南方更重視保溫材料的隔熱效果而不是保溫效果,無機(jī)保溫材料系統(tǒng)恰適合此地域。

        3)綜合使用。在采用有機(jī)保溫材料的同時(shí)可以采用先進(jìn)的防火、隔離技術(shù),防火帶是指水平設(shè)置在建筑的層間的防火隔斷,一般采用不燃燒的難以燃燒的保溫材料,材料之間不留空隙,有一定的寬度,如果室內(nèi)發(fā)生火災(zāi),則可以防止火勢(shì)從窗口引燃外墻保溫引起火勢(shì)的蔓延。

        有機(jī)與無機(jī)的保溫材料各有優(yōu)缺點(diǎn),我國(guó)幅員遼闊,溫差變化大,外墻保溫的材料及技術(shù)體系隨時(shí)間的發(fā)展一定會(huì)出現(xiàn)多種不同的體系。根據(jù)各個(gè)地區(qū)的氣候條件和建筑類型,因地制宜地選擇適當(dāng)?shù)谋夭牧?,才能兼顧?jié)能與安全。

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