我國對建筑節能日益重視,從1986年頒布的G26-86民用建筑節能設計標準(采暖居住部分)要求的節能率30°%到1995年頒布的G26-95民用建筑節能設計標準(采暖居住部分)的50%,直到目前的節能65%標準,主要體現在外圍護結構傳熱系數的降低。而外圍護結構的傳熱系數的大小主要取決于保溫材料的使用。保溫材料主要分為有機保溫材料和無機保溫材料,其中以聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯硬泡為主的有機保溫材料近幾年在北方寒冷地區占據了絕對的主導地位。但是,隨著有機保溫材料的大面積使用,問題也隨之而來。2009年2月9日的央視配樓火災和2010年11月15日的上海膠州路高層大樓火災,燃燒過后的殘垣和逝去的生命,向有機保溫材料的使用敲響了警鐘。本文對比分析了有機保溫材料和無機保溫材料的優缺點,給出了建筑節能領域保溫材料的使用和發展建議。
1、有機保溫材料目前,建筑中常用的有機保溫材料主要有膨脹聚苯板(EPS)、擠塑聚苯板(XPS)和發泡聚氨酯(PU)等。
其主要優點為質輕、致密性高、保溫隔熱性好等,尤其是保溫隔熱性好使得其能夠得到廣泛推廣。
有機保溫材料在建筑外墻上的使用主要為聚苯板及聚氨酯硬泡薄抹灰保溫體系,由墻體結構層、保溫層、保護層和飾面層四部分構成。這些體系雖然在推廣應用中取得了較好的效果,并在不斷改進完善,但是仍存在不少問題,主要表現為裂縫、安全性和耐久性差等。
裂縫是一個較為普遍的問題。其起因主要為溫度變形和風荷載的作用。溫度變形主要體現在兩方面,一方面是保溫層在溫度超過70C時將產生不可逆的收縮變形而導致開裂,另一方面保溫層和聚合物抗裂砂漿的導熱系數的巨大差異,在表面溫度產生較大變化時,抗裂砂漿難以承受較大溫降而開裂。所示為溫度變形造成某工程的外墻開裂情況。風荷載的作用主要由于聚苯板通常以點粘方式鋪設在結構層上,存在較大空腔,在風荷載的長期反復作用下,容易對保溫層產生破壞。尤其是背風面墻體承受負風壓時,嚴重時會導致保溫層的局部或全部脫落。
安全性能主要體現在防火性能和表面瓷磚脫落兩個方面。聚苯板和聚氨酯發泡均為有機化合物,屬于可燃易燃材料。雖然出現了一些具有阻燃性的聚苯板和聚氨酯硬泡,但均未達到難燃材料等級,防火性能仍然未從根本上解決。而且,有機保溫材料不耐高溫,在100C左右就軟化,一旦發生火災,火焰不僅往上迅速擴大火勢,軟化的有機液滴帶著火往下滴落引燃其他可燃物,火勢擴展迅猛難以施救。再者,有機化某工程外墻聚苯板外保溫體系墻面開裂合物燃燒時產生大量的有毒煙氣,這是導致火災中人員傷亡的最直接的原因。另外,由于瓷磚較重,黏結在墻面也易發生脫落而造成危險。
瞬間負風壓區毫有機保溫材料黏結空腔造成外墻裂縫示意圖耐久性主要體現在有機保溫材料固有的易老化和粉化的特點,一般來說使用年限約為2030年。而我國一般的居住和公共建筑的設計壽命在50年以上。兩者壽命的不匹配導致了不久的將來大量建筑在使用中途需維修或重新更換保溫材料。我國居住建筑多為小高層、高層甚至超高層,這就成為一項消耗資源和財力的巨大工程。而且由于目前的有機保溫材料均以石油為原料,在石油資源日益短缺的情況下,其大量使用必將受到制約。
2、無機保溫材料目前,無機保溫材料可分為三類:一類為自保溫墻體的構成材料,如泡沫混凝土、加氣混凝土、桂藻土制品、硅酸鈣絕熱制品等;一類為巖棉、玻璃棉等無機保溫纖維;還有一類為添加保溫骨料的保溫砂漿。
無機保溫材料的主要優點在于:防火阻燃、變形系數小、抗老化、性能穩定、生態環保性好、不消耗有機資源、利用廢料、與墻基層和抹面層結合較好、安全穩固性好、使用壽命長等。其缺點進行分類說明:對于泡沫混凝土及加氣混凝土等,由水泥、石灰及發泡劑或發氣劑等外加劑配制而成,具有多孔、輕質、隔聲等優點。但是,其缺點為強度較低,承重性能不及其他墻體;干燥收縮值較大且與砂漿黏結不牢固,導致粉刷層空鼓、開裂等。而且,其保溫隔熱性能不如有機保溫材料,在北方寒冷和嚴寒地區,難以滿足現有節能標準要求。
對于巖棉、玻璃棉等無機保溫纖維,保溫效果較好,其缺點是易變形不耐擠壓,且不耐水,防火溫度也較低。
對于無機保溫砂漿,目前主要有膠粉玻化微珠保溫砂漿一?;⒅閷儆跓o機保溫骨料,是經燒制加工而成,屬不燃材料。膠粉?;⒅楸厣皾{的耐候、環保和防火性能優于其他保溫材料,具有優良的保溫隔熱性能。復合硅酸鹽保溫砂漿是國內近期研發的一種新型無機復合保溫砂漿,主要由無機膠結料、硅酸鋁、礦物填料、增強增粘組分以及輕骨料如?;⒅椤⑻丈暗扰渲贫?。稀土保溫砂漿由稀土、礦棉和玻化微珠作為輕質保溫隔熱骨料配制而成,造價較高。有機無機復合的膠粉聚苯顆粒漿料,其具備無機保溫材料的優點,如強度高,與基層黏結良好,不易產生裂縫和空鼓,不必用錨栓與墻體拉結,便于施工,適用范圍廣,綜合造價低等。其缺點為容重較大、致密性和可加工性較差、保溫隔熱性能不如有機保溫材料,難以滿足寒冷地區和嚴寒地區的節能要求。
3、結論和建議以上分析了有機保溫材料和無機保溫材料的優缺點。有機保溫材料的主要優點在于質輕、致密性高和保溫隔熱性能好,主要缺點在于裂縫、安全性和耐久性不好。而無機保溫材料的主要優點在于防火阻燃、變形系數小、抗老化、使用壽命長、生態環保性好,主要缺點在于容重較大、致密性和可加工性較差,保溫隔熱性能不如有機保溫材料。
是否因為有機保溫材料的缺點尤其是防火安全性能差就應該完全摒棄有機保溫材料而只發展無機保溫材料呢答案也不盡然。有機保溫材料和無機保溫材料優劣勢互補明顯,在不同地區不同場合就應該合理選用保溫材料。
在防火要求高的建筑宜盡量采用無機保溫材料,如城市中的公共建筑和高層建筑。在北方寒冷地區和嚴寒地區要求節能率較高的建筑,在外墻和屋面保溫中,可采用有機保溫材料和無機保溫材料復合應用來實現高節能率要求。如底層使用有機保溫材料,面層再用足夠厚度的無機保溫材料(且無機保溫材料必須完全覆蓋有機保溫材料)的復合保溫構造實現。對于夏熱冬冷地區農村低層、城鎮多層居住建筑外墻外保溫采用保溫砂漿是可行的。而對于達到一定強度的無機保溫材料制成的自保溫墻體,最適合于廣大農村及小城鎮的低層居住建筑。
對于今后保溫材料的發展趨勢,主要有兩點:①研究出保溫隔熱性能更好的、更適合于工程應用的無機保溫材料;②研究出有機保溫材料和無機保溫材料復合的能結合二者優點而克服二者缺點的保溫體系。