新材料在建筑节能中的应用及质量问题探析

第一篇：新材料在建筑节能中的应用及质量问题探析

新材料在建筑节能中的应用及质量问题探析

摘要:建筑节能工程中的新材料、新技术、新工艺,给建筑施工技术创新带来了深刻的影响,文章主要对建筑新材料在节能工程应用中常见的质量问题从理论上进行了研析,并提出应对方法。

关键词:新材料;新技术;新工艺;建筑节能

随着科学技术的飞速发展,我国的建筑施工技术水平也相应得到了较大提高。当前的建筑市场竞争激烈,要想开拓市场站稳脚跟,谋求更大的发展,就必须依靠科技创新来增强企业实力,保证施工的关键技术、材料、工艺、设备紧跟国际发展趋势,与行业先进水平同步,靠增加科技含量来提高工程质量,降低生产成本,创造最佳效益。

建筑物的能耗主要是由构成建筑物的围护结构材料和建筑物内的用能设备影响,由于建筑节能的要求,这两方面的施工技术都发生了深刻变化。在围护结构中墙体变成了保温墙体,屋面变成了保温隔热屋面,门窗和幕墙不仅有保温隔热要求而且部分还增加了遮阳系统,楼地面增加了保温或采暖制冷系统:不仅要提高设备的效率,而且逐步发展可再生能源和新型能源。因此,相应的施工技术也应与时俱进。

1节能墙体对施工新技术的要求

1.1保温墙体多为无机与有机材料的复合

我国传统围护结构墙多为无机材料组成,如砖石砌体、混凝土、水泥砂浆等,如今为了节能保温的需要,引入了大量有机保温材料如模塑聚苯乙烯泡沫板、挤塑聚苯乙烯泡沫板、硬泡聚氨酯等,因为这些有机保温材料的保温性能要比传统墙体材料的保温性能强,所以有机保温材料在建筑围护结构节能中广泛应用,形成了一种无机与有机材料复合墙体,这样就对施工工艺提出了新的要求。典型的保温墙体,是有机与无机材料相间复合而成,而这种墙体除了传统的承重、隔声要求外,还增加了保温隔热的要求。要求无机材料和有机材料组合成一个整体,在自然环境中能共同作用,因此对组成墙体的材料性能及施工工艺有了新的要求,如抹灰再不是传统意义上的水泥砂浆抹灰,腻子也不是普通外墙腻子,涂料也不同于水泥砂浆外墙,贴面砖也不是贴于传统墙面上,施工工艺产生了深刻的变化。

1.2保温墙面的抗裂性比传统墙体要求高

从材料学和结构学看,传统无机材料墙面出现裂缝是常见的和允许的,只要不影响结构安全,而节能保温工程的要求较高。一是无机材料和有机材料组成的复合墙体容易产生裂缝;二是外保温系统的外饰面和防护层使用环境较恶劣;三是材料的导热系数和湿度影响其保温性能。防裂性是墙体保温工程要解决的关键技术之一,因为一旦保温层、抗裂防护层发生开裂,墙体保温性能就会发生很大改变,非但满足不了节能要求,甚至还会危及墙体的安全。

根据工程实践和统计资料显示,变形裂缝特别是温度变形裂缝或者是由变形和外力共同作用产生的墙体裂缝几乎占全部可遇裂缝的80 %以上,由于冲击、风压、地震力等外力引起的机械破坏比重小,因此,控制裂缝关键是应控制在约束条件下(约束体和被约束体都可产生一定程度的变形)材料的变形量不超过材料本身的极限变形。这与拉应力不超过当时抗拉强度的结论是统一的。

影响抗裂的因素很多,由抹面砂浆与增强网构成的抗裂防护层对整个系统的抗裂性能起着较关键的作用。抹面砂浆的柔韧极限拉伸变形应大于最不利情况下的自身变形(干缩变形、化学变形、湿度变形、温度变形)及基层变形之和,从而保证抗裂防护层抗裂性要求。复合在抹面砂浆中的增强网(如玻纤网格布),一方面能够有效地增加抗裂防护层的拉伸强度,另一方面由于能有效分散应力,可以将原本可能产生的较宽裂缝(有害裂缝)分散成许多较细裂缝(无害裂缝),从而形成其抗裂作用。表面涂塑材质及涂塑量对玻纤网格布的早期耐碱性具有较重要的意义,而玻纤品种对长期耐碱性具有决定意义。

特别强调现场配制的普通水泥砂浆抹在保温层上不容易解决抗裂问题。水泥砂浆的收缩相当大,与保温材料组合在一起工作。由于它们各自的收缩膨胀性能不同,在交界面上容易产生裂缝。因此,传统意义上的水泥砂浆抹灰在有机保温材料上很容易产生裂缝,无法起到保护保温材料不受潮的作用。

2门窗、透明幕墙及遮阳系统施工

透明围护结构的保温隔热,除提高玻璃和框扇本身的热工性能和保证中空玻璃的密闭性之外,还与玻璃和边框接缝,以及框扇搭接缝的严密程度有密切的关系。只有各部分接缝足够严密,才能保证尽量减少空气的渗透,而空气渗透是能量损失的重要途径之一。

施工中提高气密性一般是采用各种密封条或密封胶来解决。各种门窗的密封胶条种类繁多,应与型窗的设计合理结合。最理想是设计型窗或幕墙时,同时设计配套的密封条,必要时需多道密封。而且必须选用弹性好、耐老化的材料,一般以三元乙丙和氯丁橡胶为宜,劣质的密封条将过早老化失效,会给用户带来极大的不便和经济上的损失。玻璃的镶嵌除采用密封压条外,往往采用玻璃胶或两者相结合使用。玻璃幕墙,尤其是隐框玻璃幕墙,更多采用硅酮结构胶,但应特别注意密封胶与玻璃以及所接触配套材料的相容性,否则将导致密封失败,甚至产生严重的安全隐患。

除窗和幕墙本身的密闭之外,不可忽视窗和墙体接触部位的密封与防水,长期以来,在居住建筑中,一直采用水泥砂浆来堵塞窗框与墙体接缝的做法是错误的,砂浆的干缩,必然造成缝隙的空气渗透。尤其是水泥砂浆遇水碱性将对铝合金框材产生腐蚀作用,加速窗户的损坏。正确的方法应该是在框与墙接触的缝隙中填入高效的保温材料(例如发泡聚氨酯等),然后再在窗户的两边与墙的交界处,用密封胶封闭,防止雨水侵入。户门和阳台门应选用填充聚苯板或岩棉板的门,并与防火、防水要求相结合。

提高门窗及幕墙结构与围护结构的一体化节能技术水平,改善墙体总体节能效果。重点解决门窗、幕墙锚固及填充技术和利用太阳能、空气动力节能技术。大型公共建筑新近出现一种称之为“双层皮”的幕墙结构形式,即在外窗或幕墙外面再设一层玻璃幕墙,一般是外层为单玻,内层为中空玻璃,两层间的距离20 cm～60 cm不等。每层楼内,外层玻璃的上、下端均设有可调节的通风口。冬季有阳光照射时,可以打开外层幕墙下端和内层窗上端的通风口,使两层玻璃之间被阳光加热的空气进入室内,减少采暖能耗。而夏日则可将外层上、下端的通风口都打开,使两层墙之间的空气层,在阳光照射下形成很好的向上流通的气流,把热空气散发掉,降低内层窗外表面的温度,从而减少室内的降温空调负荷。如果在双层幕墙之间加设可调节的遮阳百叶,其增加舒适度和节能效果就更加显著了。

3结束语

总之,建筑节能工程施工中采用了大量新材料、新技术、新工艺,这给建筑施工技术创新带来深刻的影响。以上仅对外墙外保温、新型节能门窗等新技术应用例证,从中已经看到施工技术与传统施工技术的不同,本人认为建筑节能工程的实施将带来建筑围护结构施工的巨大变化,部分施工工艺及标准随之也应做适当改变。

近年来,建筑工程领域不断出现的新技术和新工艺给传统的建筑施工技术带来了较大的冲击,这一系列新技术的出现,不但解决了过去传统施工技术无法实现的技术瓶颈,推广和引导了新的施工设备和施工工艺的出现,而且新的施工技术使得施工效率得到了空前的提高。随着社会的不断发展进步,将会出现更多的新技术、新设备和新材料,要勇于创新,大胆应用,并结合现代化科学管理,在建设工程施工生产中不断取得好成绩。同时,为不断推进建筑业技术进步,加大建筑业推广先进适用新技术的力度,对建筑业新技术内容也应加以调整和补充,不断适应新的生产力发展要求,实现企业的可持续发展。

参考文献 田佳峰、费祝辉.浅谈建筑工程施工新技术的应用[J].中国新技术新产品,2009(04)

薛平、李建立、孙国林、韩晋民.储能调温新材料在建筑节能领域的应用研究[J].新材料产业,2008(02)徐春华.建筑节能暖通新工艺浅析[J].科技致富向导,2008(20)

陈炯廉.浅议建筑节能施工新技术[J].山西建筑,2008(32)

第二篇：新材料在建筑节能中的应用及质量问题探析

新材料在建筑节能中的应用及质量问题探

析

摘要：建筑节能是现代人们所关注的重点问题，要想做好建筑节能，建筑节能材料是必不可少的，所以，建筑节能材料不断发展，有很多新型材料出现。本文主要谈谈新材料在建筑节能中的应用及其发展趋势。

关键词：建筑节能；新材料；应用发展

中图分类号：TE08文献标识码： A

前言

我国建筑行业发展的热火朝天，但是由于我国资源紧缺、环境污染等现状，大力发展新型的合成材料、绿色环保建筑材料是大势所趋。推广与发展建筑节能新材料可以说是建筑行业发展的新思路。所以，要加大建筑节能材料的力度，同时将自然自然资源利用起来，比如太阳能、地热等丰富的资源，使建筑物能隔音、防尘、保温，又能达到使用舒适效果。采用先进的建筑科学技术、节能新工艺、优化建筑结构设计，运用新型建筑材料，充分利用各种自然能源，通过各种手段，把建筑能耗降下来，改变人居与自然的和谐生态环境，创造健康、舒适的工作及建筑生活空间，促进我国建筑事业的良性发展。

一、建筑节能的重要性

建筑节能是社会经济发展的需要：随着我国社会生产水平的不断提高。人们的环保意识也在不断地提高，环保生活也和“高品质的生活”紧密联系起来，提高人民生活水平的必然要求是建筑节能，我国建筑业自身发展的需要也是建筑节能。建筑节能通过提高建筑的采暖功能以及节能照明功能，能够提高住宅建筑的舒适性。从而提高我国建筑建设的水平，建筑节能有利于缓解能源危机和改善环境。节能材料的使用，能够在一定程度上缓解目前我国甚至全球面临的能源危机。

二、当代绿色节能建筑新材料的类型

（一）抑菌建筑材料

传统的建筑材料在长时间使用以后，会产生大量的细菌，威胁人类的健康。新型的抑菌建筑材料主要是由抑制细菌生长的抗菌成分制成，能够抑制细菌的产生，以达到卫生与安全的目的。抑菌建筑材料的使用寿命与其抗菌年限是相同的，在发达国家得到了很好的发展。抑菌建筑材料必将成为新型的建筑环保节能材料的重要组成部分。

（二）绿色植物建筑材料

当前世界各国对于环境保护非常重视，建筑材料的选择也要坚持环保的理念，绿色植物建材被广泛地应用到建筑领域中。例如，出现了大豆纤维麦秸建筑材料，这种建筑材料由大豆植物的蛋白纤维制成，具有较好的柔韧性，并且使用寿命比较长，除了作为建筑材料还可以用于发电，是环保节能的绿色建筑材料。

（三）碳素纤维建筑材料

碳素纤维建筑材料是由碳纤维以及与之相关基体树脂组合制成的合成材料，这种建筑材料的很多力学性能非常优秀，甚至可以与金属相比较，并且具有耐高温，耐腐蚀，膨胀系数小等优点，凭借其优秀性能被广泛应用到很多领域。此外，碳纤维建筑材料还具有自我清洁功能，直接体现了环保与节能的建筑理念。

（四）防水密封材料

（1）防水卷材有高聚物改性沥青卷材和合成高分子防水卷材等，工程上以高聚物改性沥青卷材为主。它有效地改善了沥青耐高温的性能，增加了低温的弹性，改善了施工方法，扩大了卷材应用的温度范围，与此同时，也提高了沥青的强度，延度和卷材的耐老化能力。

将使用寿命相应延长，而合成高分子卷材强度高，延伸率大，有很好的高低温性能，弹性、耐久性，且都有自重轻的优点，可采用单层冷黏法施工，改善了施工环境，提高了工程质量。

（2）防水涂料。在应用前是可流动或黏稠的液体，经现场涂刷后固化形成无接缝的防水层，与防水卷材相比有防水性能好，黏结强度高、温度适应性良好、施工速度快、易于维修等特点。

三、新材料在建筑节能中的应用

（一）新型节能墙体的应用

近些年来在实践过程中，可以用作承重墙的墙体材料的主要有两种，其分别是混凝土空心砌块和粘土多孔砖。但是它们无法满足人们对节能、保温的需求，为了满足人们对于节能新材料的需求，引进了大量的有机保温的材料，比如：硬泡聚氨酯、模塑聚苯乙烯泡沫板等。在建筑围护的节能结构中广泛的运用有机保温材料，其原因是有机保温材料与传统的墙体材料相比具有更好的保温性能。因此它们得到了广泛的使用，并形成一种有机材料和无机材料的复合墙体。在建筑施工时，对其工艺的要求就更高了。由无机和有机材料复合而成的保温墙体具有许多优点，比如：这种墙体可以满足人们最基本的承重以及隔声的要求，还具有隔热和保温的功能。因为其要求有机材料与无机材料相互组合并成为一个整体，可以在自然环境中共同作用，进而对建筑施工工艺的要求有了新的提升。

墙体的保温工程所面临的最关键的技术问题是其防裂性。当抗裂防护层、保温层裂开之后，其墙体的保温性能将会发生极大的变化。一旦发生这种情况，不仅无法满足节能的需要，还会涉及到墙体的安全性问题。有很多因素影响着抗裂，由增强网和抹面砂浆共同组成的抗裂防护层在整个抗裂系统中起着关键性的作用。要想有效地确保抗裂防护层的抗裂性要求，就要使情况最坏时的基层变形与自身变形之和，远远地小于抹面砂浆柔韧极限的拉伸变形。在抹面砂浆中复合的增强网有极其重要的作用，比如：它可以使抗裂防护层拉伸的强调有效地增加，也可以使可能会产生的较大的裂缝分散为多个小裂缝，进而使其抗裂作用更加明显。

（二）节能屋面的应用

屋面也是热量损耗的重要通道之一，一般情况下，屋面的节能保温是通过将容量低、导热系数小，吸水率低并且有一定硬度的保温材料铺设在防水层和屋面之间实现的，因此，可选择的保温材料有很多，可以使用加气混凝土块、膨胀水泥板块、水泥聚苯板、聚苯板、挤塑板等板块状材料。还可以使用膨胀珍珠岩、陶粒、浮石、炉渣等散料加入水泥进行现场浇筑。再者，还可以采用膨胀珍珠岩、玻璃棉、岩棉等松散料装进袋中，铺在屋面或者吊顶上部。最后，还可以采用硬质聚酯泡沫塑料和粉煤灰、水泥为主的泡沫混凝土等材料进行现场泡发浇筑。

（三）节能门窗的应用

门窗的节能在整个建筑节能中起着极大的作用，其主要是因为门窗负责着建筑物内外的能量交换。建筑门窗在节能上，要提高框扇与玻璃热工性能，并尽量运用中空玻璃同时保证其密闭性，还要重视玻璃与边框接缝、门窗框扇在搭接处的严密度。节能门窗的发展，促进现代建筑工程质量效率的提升，在此环节中!门窗建材是建筑物热传导、热传递的重要组成部分。它也是建筑耗能比较大的部分!在此过程中，对节能门窗的有效使用，能够有效提高建筑业的节能水平。

四、绿色建筑节能新材料发展趋势

绿色建筑节能材料的研究与探索主要是以低碳建筑材料、太阳能建筑材料、天然材质的建筑材料、无污染与无公害的建筑材料为主要发展的方向。并且，像如信息技术、智能技术以及纳米技术等先进的科学技术也将参与新型建筑材料在建筑领域的使用。绿色建筑节能新材料是在传统建筑材料的基础上研发和产生的新型建筑材料。因此，绿色建筑节能新材料

首先要具有时代特征，符合现代节能建筑的发展要求。其次要环保节能，符合当代环境保护的要求，有利于社会的持续健康发展。总而言之，新型建筑材料要保证具备环保、绿色、安全、卫生、创新、节能等特点，并且能够有效降低建筑物的能耗，提高能源的利用效率，提高人们居住环境舒适性。

五、结语

总而言之，建筑节能新材料在今后的建筑行业应用逐渐广泛毫无疑问。所以，要全面认识当代绿色建筑节能材料的主要类型，明确其应用的现状，并且要不断开发与探索绿色建筑节能新材料，明确绿色建筑节能新材料的发展趋势，以扩大绿色建筑节能材料的应用范围，降低能耗，提高资源的利用效率，促进社会的持续健康发展。随着建筑行业的持续火热地发展，新型材料会层出不穷，建筑业的发展也一定会推动建筑材料业的发展，新型建筑材料将会更节能、更环保。

参考文献：

[1]DIN V 4108-10-2004, 建筑物中隔热和节能.热绝缘材料的应用要求.第10部分:工厂制产品[S].[2]GB 50411-2007, 建筑节能工程施工质量验收规范[S].

第三篇：聚氨酯在建筑节能保温材料中应用

聚氨酯在建筑节能保温材料中应用

上海市聚氨酯产业发展促进中心总工程师 黄茂松研究员 内容摘要：

本文论述了建筑节能在国家能源政策中的地位与作用。介绍了PU硬泡保温材料应用于建筑节能的优点以及和其它有机保温材料和无机保温材料优缺点比较。介绍了TVCC火灾灾情，分析了其内因及其吸取的教训。讨论了PU硬泡和聚苯乙烯泡沫燃烧机理，从理论上阐明了两种保温材料烧燃机理的不同点，讨论了聚苯乙烯快速燃烧的原因。介绍了PU硬泡的防火性能标准，提出了需建立防火安全性能测试方法依据。讨论了建筑节能采用无机保温材料将给国家带来巨大损失的后果。

一、PU硬泡材料在外墙保温建筑节能中应用前景

（一）建筑节能是我国不可动摇的既定国策

在全球金融危机影响下，我国国民经济能否保持持续稳定的高速发展，能源问题已成为一个突出的矛盾，我国目前是世界上最大的建筑市场，我国既有建筑面积400亿m2，每年新增建筑量20亿m2，而目前我国新建筑中95%以上仍是高能耗建筑，建筑能耗已经达到全社会能耗的27%。若不采取节能措施，到2020年将有50%全国能源消耗在建筑上。据有关部门统计，我国建筑围护结构保温性能普遍较低，外墙和窗口的热导率系数为同等发达国家的3-4倍，外墙单位建筑面积耗能要高出4-5倍，我国建筑单位面积总热量为气候条件接近的发达国家高出2-5倍。由此表明我国建筑节能的潜能很大，根据建设部建筑节能的总体目标：到2010年全国城镇新建建筑实现节能50%，对既有建筑节能改造大城市完成25%，中等城市完成15%，小城市完成10%。到2020年北方和沿海经济发达地区新建筑实现节能65%。由此表明建筑节能已成为影响我国能源可持续发展战略决策的关键因素，也是我国持久的不可动摇的国策。

据有关资料报导，欧美等发达国家和建筑保温材料中约有49%采用PU材料，但在我国目前还不到10%。EPS/XPS在欧州和美国建筑节能保温材料中占有率<10%，在中国占80%。据国际板材制造商协会公布的资料表明，PU和PIR（聚异氰尿酸酯）板材在发达国家占建筑节能板材总消费量的73.8%，EPS/XPS只占20.6%。其中有机泡沫塑料板材达到了建筑节能材料消费量的94.4%。

中国塑料加工协会PU专业委员会高级顾问孟扬教授作过粗略计算，按照中国的建筑市场每年新增建筑面积20亿m2,按65%节能标准计算，年需PU保温材料为100万t/a。对400亿m2建筑能耗既有建筑每年也以20亿m2节能改造计算，每年也需100万t/aPU保温材料。

由此可见我国的建筑节能将给我国PU硬泡市场带来巨大市场空间。

（二）PU硬泡与其它保温材料优缺点比较

1、PU硬泡保温材料的主要优点（1）保温性能优越

导热系数可达到0.017-0.025w/m.k是目前有机和无机保温材料导热系收最低的一种材料。在达到同样隔热效果条件下，其使用的保温层厚度最小。计算表明：在达到同样隔热效果条件下，50毫米厚的PU硬泡，相当于80毫米厚的EPS/XPS；90毫米厚的矿物棉和760毫米厚的混凝土结构。（2）力学性能优良

喷涂PU硬泡与基层墙体表面粘结牢固，能在较宽温度范围和较高湿度条件下抵御承受风力、自重及撞击等各种负载时，PU保温层与基层不合产生起鼓而分离。尺寸稳定性小于1%，延伸率大于5%，具有一定的韧性，不易产生开裂。现象耐冲击性能优良，与其它保温材料相比具有较强的抵抗外力的能力。强度是PU硬泡最重要的力学性指标，它的大小直接决定着外墙饰面系统抗风压、抗冲击、抗应变能力，是评估外墙保温系统使用安全性能最重要、最直接的性能指标。

（3）防水性能良好

PU硬泡呈闭孔结构，闭孔率高达95%以上，具有优良的防水、隔汽性能。能阻隔水及水蒸汽渗透，使墙体保持一个良好的稳定的绝热状态，这是目前其它保温材料很难实现的。

2、PU硬泡同EPS、XPS外保温材料相比具有以下优点：

（1）保温性：PU硬泡保温性能明显优于EPX、XPS。（2）密封性：EPS和XPS有缝有空腔结构，外界空气很容易通过缝隙，空腔流通，影响保温性能。（3）抗风揭性：PU硬泡在密度35kg/m3下，抗拉强度为0.3Mpa，完全可以承受高层建筑外墙由于风的负压荷载能力。而EPS抗拉强度在干燥状况下，仅为0.1Mpa，浸水后的抗拉强度则更低，所以一般EPS不能用于高层建筑。（4）抗裂性：PU硬泡力学性能优良，尺寸变化率<1%，有一定韧性，故抗裂性好。而EPS、XPS一般要求存放40天后才能用于施工，而实际应用很难做到，因而EPS保温工程易出现裂缝，墙体透湿和返水现象。（5）防水性：PU硬泡闭孔率达95%，自结皮闭孔率100%。而EPS和XPS为空腔粘贴，水、结露水易透过裂缝及空腔渗入室内。（6）环保性：PU发泡剂可用无氟与半氟发泡，而XPS、EPS较难做到，大都采用氟利昂发泡，破坏臭氧层，造成污染大气层。（7）阻燃性：PU硬泡离火自熄碳化，EPS和XPS遇火高温下产生熔滴，易产生二次燃烧。

3、无机保温材料应用的缺点：

岩棉、玻璃棉和膨胀珍珠岩等无机保温材料存在以下缺点：（1）导热系数大（0.065~0.090w/m.k），保温性能差；（2）密度大：保温层厚度大，占地面积大；（3）材料力学性能差：材料本身呈松散结构，成型板块时需用乳化沥青做粘合剂，抗撞击强度和受压强度等整体力学性能均较差。（4）吸湿性大：此类保温材料在使用过程中易吸湿，致使导热系数大幅升高，保温性能变得更差。（5）环保性能差：此类材料含有大量有害物质，在施工和应用中对人体有害。玻璃棉遇潮后释放有毒气体，一些发达国家已禁止使用此类材料作保温材料。

二、PU硬泡外墙保温材料防火安全性能解析

（一）国内近年来发生的两次火灾案例分析

1、深圳龙岗区火灾案例

2008年9月20日深圳龙岗区文化俱乐部大厅里。演员表演节目用烟火道具枪向天花板打烟火，火花点然天花板，点燃未经阻燃处理的PU材料，引起火灾，烧伤59名，其中48名为烟雾吸入性损伤，由此在社会上对PU材料产生了负面影响，当地公安部为此作出规定，一律不准在当地使用PU泡沫作为室内装饰材料。此次火灾根本原因，采用的PU泡沫塑料，未经阻燃消烟处理，易起火，起火后产生大量浓烟，引起人员伤亡。

2、中央电视台新址北配楼电视文化中心（简称TVCC）火灾案例

2009年2月9日晚TVCC发生大火，燃烧持续时间6小时，过火而积达10万平方米，7人受伤，其中一名消防人员牺牲。TVCC共有30层，高159米，建筑面积103648平方米。主体结构为钢筋混凝土结构，外立面装修材料南北侧为玻璃幕墙；东面立面为钛锌板幕墙，幕墙外层表面保温材料为XPS（聚苯乙烯挤塑板）内层表皮保温材料为防火棉，外层表皮防水材料为三元乙丙防水膜。初步查明火灾系违规燃放烟花爆竹引燃保温材料所致。火灾沿保温材料面上下左右多个方向迅速蔓延到整个大楼。中央电视台2月13日通报专家组对火灾现场进行勘察的初步结果，称这次火灾系新中国成立以来建筑物燃烧最快的一例。

TVCC火灾案例原因分析：建筑部幕墙门窗标准化技术专家组组长龙文志教授，对此次火灾原因、教训和对策作了精辟分析。龙教授观点概括如下：

（1）火灾的内因是采用了防火性能差的XPS（聚苯乙烯挤塑板）复合板：该复合板材采用由德国进口的2毫米厚钛锌板作屋架幕墙。采用直立锁边结构的铝镁锰合金板（板厚小于1毫米）作层面防水层。钛锌板熔点4180C左右，燃放烟火的礼炮及礼花弹其燃烧温度高达17000C。燃烧的礼花一旦落在钛锌合金板上面，熔融的钛合金向下流淌，引燃下层XPS保温材料，从而形成XPS大面积闷烧，使连结一起的钛锌板产生“烟囱”效应，进而火焰迅速蔓延和积累，最终引发TVCC整体轰燃而产生轰爆效应。

（2）深刻吸取教训，防止此类案例重演：龙教授认为此次火灾燃放烟火只是外因，该建筑幕墙及屋面的XPS保温材料造就了火灾隐患存在必然性。龙文志教授特别指出：“这次不出现火灾可能在今后别的大楼使用过程中也要出现火灾，而那时的危害性要比现在严重上百倍”。TVCC火灾案例要从中深刻吸取其教训，XPS材料由于温度超过800C产生熔滴，引发燃烧后极易诱发二次燃烧，且具有极快的火焰传插速度。由此，公共建筑和超高层建筑采用此类保温材料必须慎之又慎。在美国有20多个州禁止使用聚苯乙烯泡沫用于建筑保温；在英国，18米以上建筑不允许使用EPS板薄抹灰外墙保温系统；在德国，22米以上建筑不充许使用EPS板薄材灰外墙保温体系。在欧洲许多夹心板材厂不再生产防火性能差的EPS板，许多保险公司已禁止给EPS板作保温建筑保险。同样在韩国和澳洲等地的建筑保温市场EPS和XPS泡沫也被禁止使用。

（3）建立符合中国国情的建筑外墙屋面保温防火节能体系：近年来重大恶性建筑火灾和外墙屋面火灾事故频频发生，不能机械地套用国外一些方法。龙教授认为建筑火灾和外墙防火要结合我国的实际情况出发，做到安全与节能，防火与保温并重。建立符合中国国情的建筑幕墙屋面保温防火节能体系。针对中国新时期防火、消防工作规律，突破制约外墙层面防火的关键技术，形成具有强制力的、科学性的技术标准和工程规范。

（二）PU硬泡外墙保温材料防火安全性能最新技术进展

1、上海精洽科贸公司杨宗琨教授的重大科技成果

杨教授积20多年PU硬泡防火安全性能研究经验，研制成氧指数高、火焰传播性小、烟雾小、毒性小、耐燃性好、抗火焰贯穿力强的难燃PU硬泡。其核心技术是发明了经化学结构改性的无卤阻燃聚醚多元醇，即在易燃的氨基甲酸酯分子结构中，引入了耐高温、难燃、低发烟、低毒性的环状结构化合物（异氰脲酸脂环、哑唑烷酮、芳香族环、碳化亚二胺结构）并选择了先进的无卤、膨胀性阻燃技术。研制成的板材经国家建筑工程材料监督检验中心上海建材及构件质量监督站检测，氧指数为32.7，烟密度等级SDR为61，达到了B1难燃等级。该项成果需尽快推动其实现产业化和市场化。

2、南京四环研究所朱吕民教授的重大科技成果：朱教授也研制成了一种无卤阻燃聚醚，并成功地应用于PU软泡和硬泡，已实现产业化和市场化。

亨斯迈上海研发中心与山东一家公司联合研制成了环保型双面彩钢PU夹心板，达到B1等级。韩国一山上海有限公司也研制成了PU难燃PU硬泡，经四川消防所检测达到了B1级难燃等级。

3、江苏化工研究所研制成了阻燃PU硬泡和松香油聚酯多元醇；南京康塑德公司已实现了芳香族聚酯多元醇系列化；广州朗腾PU公司已研制了阻燃PU硬泡组合料。此外跨国公司HUMTSMAN、BASF、Bayer也有多个品种的阻燃级PU硬泡。

4、我国阻燃剂、抑烟剂已有空前发展，为我国阻燃PU硬泡研发和生产基定了坚实基础。

5、中国科大、北京理工大、四川大学在高分子阻燃和火灾科学研究方面已取得了令人瞩目的成果。

（三）对PU硬泡保温材料防火安全性能的讨论

1、PU硬泡与聚苯乙烯泡沫燃烧机理分析（1）PU硬泡的燃烧机理

PU硬泡是一种交联热固性材料，燃烧机理以凝聚相燃烧为主要控制区。其燃烧过程：点火→凝聚相发生热分解反应→凝聚相表面形成碳化层→凝聚相热分解产物进入气相燃烧区→气相反应区完成燃烧反应释放大量热量。

PU硬泡燃烧机理特点是在凝聚相表面形成一个碳化层，此碳化层可有效起到阻碍燃气气相反应区热量和高温反应产物向固相的传递，对热量传递起到屏蔽作用，从而起到降低火焰的传播速率。因此对PU硬泡采取的阻燃措施，主要是降低凝聚相分解反应速率，提高碳化层的致密性和厚度，以及采用PIR（聚异氰尿酸酯结构）泡沫和化学或物理膨胀型阻燃剂以及具有阻燃分子结构的PU硬泡，均能起到提高表面碳化层的阻燃效果。

（2）聚苯乙烯（EPS/XPS）泡沫的燃烧机理

聚苯乙烯泡沫是一种热塑性材料，其燃烧机理主要以气相燃烧为主要控制区，无阻燃剂条件下，一般表面不形成碳化层。其燃烧过程：点火→固相发生热分解反应→固相分解产物直接进入气相区→气相区完成燃烧反应释放大量热量。由于聚苯乙烯燃烧过程中燃烧表面无碳化层结构，所以聚苯乙烯热释放速率一般要比PU硬泡要大。聚苯乙烯燃烧的另一个特点就是，在燃烧过程中会产生熔滴，熔滴易扩大燃烧面，导致二次燃烧，这也是聚苯乙烯火焰传递速率快的一个重要原因。TVCC火灾实情，验证了聚苯乙烯存在快速传递火焰速率的致命缺点。

2、关于PU防火安全性能阻燃等级标准

（1）GB8624-1997《建筑材料燃烧性能分级方法》规定用氧指数（着火性）、垂直（水平）燃烧法（火焰传播性）和烟密度三项指标作为衡量材料的阻燃性能标准。

按照GB8624-1977标准，PU硬泡B1级阻燃指标是：1）氧指数大于32%。2）平均燃烧时间30秒，平均燃烧高度小于250毫米。3）烟密度SDR<75。

（2）GB8624-2006标准采用燃烧热释放速率、燃烧热释放量、燃烧烟密度和燃烧产物毒性四项指标作为材料阻燃性能分级标准。把建材燃烧性能分级为A1、A2、B、C、D、E、F共7级。其中A1、A2级PU硬泡难以达到，建材用PU主要分B、C、D三种级别。

GB8624-2006 B级和C级对应于8624-1997 B1级 GB8624-2006 D级和C级对应于8624-1997 B2级

新标准申引入了SBI测试（建筑材料或制品单体燃烧实验GB/T20264）。SBI测试和以往阻燃测试最大区别是不再单独测试泡沫的阻燃能力，而是测试包括面层在内的整体燃烧与热释放速率。

（3）GB862-2006标准中增加了燃烧产物毒性一项。GB8624-2006比欧美国家对PU硬泡达到的标准要高得多，欧美国家只要达到其中二项就可以了，而我国必须四个指标全部要达到标准。这是根据中国国情出发必须制定严格的防火性能标准。

3、关于安全防火性能的测试方法

PU硬泡保温材料安全防火性能测试方法应涵盖三个方面内容：

1）建立性能化、标准化、科学试验方法：主要建在国家级、省市级消防和质量研究单位。主要任务：制定标准、质量监督、产品等级判断和防火性能研究。2）建立真实火灾模拟试验方法：主要建在国家级研究和高校单位，如国家级火灾重点实验室。主任任务：模拟材料的真实火灾下燃烧特征。与材料的防火安全性能建立相关关系，是判断防火安全性能的终裁手段。

3）建立简易、易以推广的常规测试方法：主要针对大量产品生产单位使用。作为检验产品防火安全性能的常规检测方法。

以上三种试验方法均需具有与材料真实火灾燃烧性能有较好的相关性。

4、关于PU硬泡毒性气体问题

目前国内对PU硬泡产生一种误解，认为PU硬泡燃烧后必定产生大量毒性气体，由此提出此种材料不能作为建筑的内保温和外保温材料，这种见解带有一定的偏面性。PU泡沫燃烧产物毒性气体的成分不是不可以改变的，更不是必然的，这主要取决于PU泡沫的结构，以及采取何种阻燃剂和抑烟剂，通过科学的研究方法，完全可以研制成燃烧产物烟密度小，毒性低的PU泡沫产品。在中国PU工业协会2008年第十四次年会上，日本三村成利作了“日本聚氨工业协会就火灾问题的对策——有关PU泡沫的火灾安全”报告，在报告中日本PU工业协会系统地对PU泡沫燃烧气体毒性组份组成及对老鼠作了毒性试验。得出的结论是：PU泡沫燃烧产物毒性气体组成与木材燃烧产物相近。相信日本PU工业协会是以一种负责任的态度公布其研究结果。国内相关单位应认真对待此研究结论，切勿轻易否定。

5、将建筑节能有机保温材料一律拒之门外 据悉最近国家有关部门试图作出规定：公共建筑和超高层建筑一律不准使用有机保温材料，提倡采用无机保温材料。这种片面规定，值得国家能源部和建设部深思。此种规定一旦实施将会带来以下恶果：

（1）国家建筑节能任务将付之东流：若建筑节能采用无机保温材料则无法完成50%和65%节能目标。也无法完成未来国家节能减排的艰巨任务。将会造成对国家经济和能源巨大损失。根据建筑体系围护结构传热系数的要求，要实现节能率65%，墙传热系数必须达到0.4~0.6，要达到此要求，无机保温材料难以达到必然被淘汰。

（2）采用无机保温材料是历史倒退：欧美经济发达国家建筑节能材料发展历史是无机保温材料→聚苯乙烯有机保温材料→PU有机保温材料。正由于有机保温材料在建筑节能等方面比无机材料具有综合优势，而被这些经济发达国家广泛采用。若采取这种因噎废食作法，片面认为有机保温材料防火安全性能达不到要求干脆一律加以否决，这种做法是建筑保温材料发展史上一种倒退。

（3）无机材料绝非理想选择：无机保温材料除防火性能占有一定优势外，本身存在环保性能差，吸湿性大，占地面积大，自重量大和含有危害人体毒性等缺点。从综合性能和综合经济效益评价无机保温材料并非建筑保温材料的理想选择。

三、几点看法

1、我国巨大的建筑节能市场是拉动我国未来PU发展的主要因素，也是国际跨国公司瞄准的重点目标市场。

建筑节能是国家不可动摇的既定国策。也是国家实现节能减排的一项重要举措。是确保我国国民经济持续平稳增长，人民生活水平不断提高，能源得到充分利用和保护地球环境的一项极为重要的政策。

2、PU硬泡具有优越的保温性能、优良的力学性能和防水性能，是实现国家建筑节能目标不可缺少的一种理想建筑保温材料。国外发达国家甘多年在建筑节能上成功应用，充分表明PU硬泡作为建筑节能保温材料，技术上是可行的，也是可靠的。

3、PU硬泡作为外墙保温材料，必须做到节能与安全，保温与防火两者并重，两者缺一不可。

PU硬泡用于建筑保温材料，其防火安全性能在技术是可以达到的。国内PU硬泡保温材料今后努力方向是：提供生产出符合建筑节能要求，防火安全性能达标，性价比优良的产品。并尽早实现产品产业化、市场化和系列化。

4、尽快建立符合中国国情的建筑外墙保温防火节能体系的评估办法。包括制订标准（符合科学性、合理性、可操作性）建立测试方法（符合客观性和可操作性），制订现场检测和监督管理办法等。

5、建筑节能保温材料采用无机保温材料，并将有机保温材料一律拒之门外的作法值得有关部门深思。此种作法不符合建筑节能保温材料的科学发展规律，极大地限制了有机保温材料的合理发展，严重阻碍了国家节能减排的国策实施，将对国家能源、建筑和经济造成巨大损失。

6、TVCC火灾案例有关专家已得出明确结论：TVCC火灾是建国以来建筑物火焰传播速度最快的案例，其内因是采用了具有快速火焰传播速度的XPS有机保温材料。TVCC火灾应引起国家相关部门深思。

目前我国已有高层建筑近10万幢，其中100米以上的超高层建筑几千幢，未来30年，估计我国新建高层建筑近10万幢。在公用建筑高层建筑和超高层建筑保温材料应用上，必须深刻吸取TVCC惨痛教训，防止类似恶性事故重演。

第四篇：玻璃钢复合材料在建筑节能中的应用

玻璃钢复合材料在建筑节能中的应用

[2009-08-05] 来源于：

当前，节能和环保已成为人类改善生存环境和社会寻求良性发展的主题，因此，推进建筑节能是我国走可持续发展之路的必然趋势，特别是采用节能环保材料对既有建筑的节能改造和新建建筑的节能选材设计是未来一段时间内降低建筑能耗的必由之路。玻璃钢复合材料凭借其优异的性能，在建筑节能方面的应用日益受到人们的青睐。

玻璃钢管道。近年来，我国新建城市供水工程所用管材多数为金属管、预应力钢筋混凝土管。由于金属管需做防腐处理，长距离的管道防腐不但增加成本，而且质量难以保证；预应力钢筋混凝土管在运行中易出现爆管、渗漏等质量问题，节能效果较差。而玻璃钢管道由内衬层、结构层和外保护层构成，管道内衬层含有丰富的树脂，耐腐蚀且内壁光滑，输送介质摩阻系数小，结构层用玻璃纤维增强，为承受全部荷载的受力层，使用安全可靠。玻璃钢管道与金属管道等其他管道相比，输送介质时运行阻力小、能耗低。当输水量相同时，所需的玻璃钢管道的管径可至少小一个等级。如用相同管径的管道输送相同的水量，玻璃钢管的用电量可比钢管、铸铁管、水泥管低30%-40%，或在相同输送能耗下输送能力提高20%以上。玻璃钢管道的质量只有相同管径、相同长度钢管1/6—1/3，铸铁管的1/9—1/7，混凝土管的1/15—1/10，因此可大大降低施工费用。玻璃钢管道的生产能耗低，分别为功能相同钢管和铸铁管的66.7%和22.3%。采用玻璃钢管可使整体工程造价降低20%-30%。河南理工大学等研发的高强双抗煤矿玻璃钢管道已在河南平顶山、山东兖州及河北邯郸等较大的煤矿企业推广使用，吨煤成本明显降低。高压玻璃钢管在大庆、胜利等油田得以广泛使用。以武汉理工大学为代表研制的纤维缠绕夹砂玻璃钢管道生产技术装备已达到目前国外同类技术装备水平。

近几年我国城市供水量逐年增加，各项费用也在逐年提高。若修建一个供水量30万t/d的水厂，一般需要2条直径1.6m以上的管道，而修建一个50万t/d的水厂，需要2条直径2m以上的管道，如果用玻璃钢管敷设，可为国家节约大量的能源。玻璃钢管在城市旧排水管道改造工程中有着独特的优越性，根据国外的经验，在要改造的旧排水管断面中可引入小于原管直径的玻璃钢管，这样既不影响排水，又不用拆除管道。目前我国城市有很多排水管道因年久失修需要改造和更换，玻璃钢管道在城市给排水管道改造中将会得到广泛的应用。玻璃钢窗框和门板。从能源流失来看，房屋建筑的能源损失中30%是通过门窗流失的，尤其是公共建筑的窗墙比高达70%，更加大了能源的损失。因此，门窗节能在整个节能建筑中起到至关重要的作用。玻璃钢窗框通过拉挤生产出空腹型材，经过切割、组装、喷涂等工序而制成。玻璃钢窗框既有钢、铝门窗的坚固性，又有一半塑钢窗的耐腐蚀、保温、节能性能，更具有自身独特的隔音、抗老化、尺寸稳定等性能，被誉为21世纪建筑窗框的绿色产品。玻璃钢窗框轻质高强，其拉伸强度为350MPa以上，弯曲强度为260MPa以上，为铝合金的2倍、塑钢的4—5倍，从而弥补了塑钢窗框强度低、易变形的缺点。玻璃钢窗框的热绝缘系数为9.96 ㎡·K/w，远大于塑钢窗框和隔热断桥铝合金窗框的热绝缘系数(分别为

5.93、0.16 ㎡·K/w)。优质玻璃钢窗框的保温性能优于国家标准(GB8484一1987)中规定的保温性能一级指标。玻璃钢窗框尺寸稳定、隔音性好。玻璃钢型材热变形温度为200℃，线胀系数与建筑物和玻璃相当，在冷热温差变化较大环境下，不易与建筑物及玻璃之间产生缝隙，可大大提高玻璃钢窗框的密封性能。据有关部门检测，优质玻璃钢窗框型材符合GB一18584—2001《建筑材料放射性核素限量》规定的各项有害物质限量指标。

我国建筑窗框行业形成了以塑钢窗为主的产品结构体系，也是建筑窗框产量最多的国家。目前全国城镇建筑市场的窗框需求量已经达到2亿㎡，由于玻璃钢窗框特有的保温、节能等优点，目前已得到社会各界的认可和国家有关部门的重视和支持，在国内玻璃钢窗框享有品牌声誉和出口海外可数北京建工茵莱玻璃钢制品有限公司。该公司于2007年前引进了加拿大Inline公司的玻璃钢窗框技术后，一丝不苟、精益求精，达到年产10万平方米的能力，累计出口型材10多万平方米。其高性能玻璃钢窗框落户南极中山站。据茵莱公司提供数据，与金属窗户相比，一套100平方的住宿每年可节省能源费用1600元。

玻璃钢门板在轻质、保温方面优于木门板和金属门板。但从门板的经济性方面来看，作为内门用比木门板价高；作为外门板与金属门相比而不耐冲击，因此在住宅区很难得到推广应用。目前玻璃钢门板制造企业国内不到六家，以SMC模成型工艺为主，出口的形式主要为门片，出口主要厂家有山东淄博超力公司和无锡陆通公司。玻璃钢门板和窗框在国内发展的步伐不快，并不是没有市场。许多企业缺乏扎扎实实的市场调研和深入细致的推广应用工作，导致这一产品长期徘徊不前。八年前，河北近十多家玻璃钢企业投资了数十条拉挤生产线开发窗框，如今荡然无存。其主要教训是市场信息模糊炒概念，急于求成而无论证，影响了玻璃钢窗框的推广应用。

玻璃钢屋面节能。屋面的节能不只是屋面表面的黑与白(反射性)，也不限于选用某个屋面系统的问题，而应当考虑整个屋面系统，其中保温是一个重要的方面。在气候寒冷地区，往往屋面保温产生的节能效果比屋面反射率的作用更加明显。屋面反射只有在夏天有太阳的时候才能发挥作用，而保温则是一年365天始终起作用的。

屋面保温的效果关键取决于保温材料，其保温性能由R值决定；有些材料的R值会随时间而降低，因而还需要知道其长期热阻性能指标LTTR；另外，还要考虑尺寸的稳定性和强度等。过去，聚异氰脲酸酯保温材料在生产中使用的发泡剂CFC和HCFC会对大气臭氧层造成危害，根据蒙特利尔公约，美国规定，到2002年底禁止生产和进口HCFC发泡剂。如今，全美国保温材料制造商已经完成从HCFC向新一代发泡剂戊烷的转变。膨胀聚苯乙烯(EPS)和挤出聚苯乙烯(XPS)保温材料在制造过程中不会向大气散发CFC和HCFC，对环保有利，而且可以重复使用；XPS的吸水速度极低，甚至在使用了几十年以后还可以重新使用，从而费用减少，产生的废物也最少。关于玻璃棉保温材料对健康的影响，总的结论是，这种材料在制造和使用方面是安全的。把玻璃钢材料用于屋面节能仅仅开始。据河北省枣强县科技局提供信息，该局已与河北商祺公司在玻璃钢屋面节能方面开展科技合作和推广应用。其节能保温隔热技术包括抗老化SMC屋瓦和PU保温隔热层及其安装技术。商祺公司经过一年多开发，已批量投放市场。对一些旧房屋面的改造，新型屋面建筑和古建筑修缮上起到了非常好的效果。

玻璃钢复合材料在建筑节能的应用市场十分宽广，采暖通风工程中，玻璃钢已用于制造冷却塔、通风厨、送风管、排气管、栅板、防腐风机罩等；另外，玻璃钢在冷库、活动房屋、岗亭、仿古建筑、移动剧院、透微波塔楼、屏蔽房、水箱、井盖、电缆桥架等领域也得到广泛应用。随着我国城镇化进程的加快，建筑业投资越来越多，我国“十一五”规划中明确指出，从2005年起，新建采暖居住建筑应在此前国家节能要求的基础上再提高30%，建设部在节能专项规划中指出，“十一五”期间25%既有建筑要进行改造。建筑节能改造和供热系统的改造巨大工作量，带来玻璃钢的市场前景广阔，绿色环保、阻燃、节能型的新型建筑材料必将大有作为。

第五篇：相变材料在建筑节能中的应用综述

相变材料在建筑节能中的应用综述

发布时间： 2010-05-25 能源观察网 点击次数： 78

[摘要]建筑节能是实现环境文明的一条重要途径,而相变储能技术是实现建筑节能的重要措施。在对相变建筑材料的特征与制备技术的发展进行综合分析的基础上,描述相变建筑材料的应用现状,并提出相变材料在建筑节能领域中的发展前景。

[关键词]相变材料 相变储能 建筑节能 环境文明

人类社会进入21世纪,实施可持续发展战略,充分发展环保产业、建设环境文明是人们追求的新目标。居住和工作环境是人们生存和发展的基础条件,随着国际和国内对环境与能源问题的日益关注,人们更加注重对于住宅及公共建筑的采暖、通风、空调等建筑能耗问题的思考和研究。特别是现代建筑向高层发展以来,围护结构既要求建材轻质,同时又要求克服普通材料热容较小、保温储能效果较差的缺点,这样才能在保证建筑使用功能的同时又不会导致能耗的加剧增长。相变材料在满足建筑节能设计新标准的同时,还可以减轻墙体自重,使墙体变薄、增加房屋的有效使用面积;而且可以降低室内温度波动,提高房间的舒适度。因此,利用相变储能技术是建筑节能的一项重要措施。

一、相变建筑材料的特点和类型

(一)相变材料及其特点

相变材料是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。其具有独特的潜热性能,在相变化过程中,可以从环境吸收热量或向环境放出热量,从而达到热量存储和释放的目的[2]。相变材料与传统建材复合成具有储热和温度控制功能的建筑围护结构材料,可以减少室内温度波动,提高舒适度,增大室内空间,减轻建筑物自重,节省制冷和采暖费用。

用于建筑节能的理想相变材料[10],应该满足以下要求:

(1)相变温度正好是室内设计温度或供暖、空调系统要求控制的温度;

(2)具有足够大的相变潜热;

(3)相变时膨胀或收缩性要小;

(4)相变的可逆性好,相变过程的方向仅以温度决定,不存在过冷和降解现象;

(5)无毒性、无腐蚀性、无泄漏、防火、不污染环境;

(6)制作原料廉价易得。

事实上,能够满足上述各种条件的理想相变材料几乎是没有的。在实际应用中,主要是依据前两项条件来选择合适的相变材料,再采取适当的措施克服材料的缺点。

(二)相变建筑材料的类型

依据物质相态过程的变化,可以将相变材料分可分成固固相变材料、固液相变材料、固气相变材料和液气相变材料等四类。但固气相变材料和液气相变材料在相变过程中有大量气体存在,材料体积变化较大,在建筑领域很难应用。所以实际应用中主要为固固相变材料和固液相变材料。固固相变材料主要是通过相变前后晶格结构的改变而可逆地吸、放热。主要包括交联高密度聚乙烯、层状钙钛和多元醇。固固相变材料具有体积变化小、无毒、无腐蚀和寿命长等优点,但同时也存在着价格高、热传导性能差等缺点。固液相变材料主要是通过固液相变进行可逆的吸、放热。主要包括结晶水合盐、熔融盐或合金等无机相变材料和高级脂肪烃及高分子聚合物等有机相变材料。其优点是价钱便宜,但存在过冷和相分离现象,导致储能不理想、易泄漏、污染环境、腐蚀性大的缺点。[2]

二、相变建筑材料的节能原理与制备

(一)相变建筑材料的节能原理

相变材料在建筑节能中应用的原理为:相变材料发生相变时伴随着相变热的释放与吸收。即在热转换过程中,相变材料中的冷负荷储存在蓄能结构中,随着室外温度的降低,储存的能量一部分释放到室外,从而降低了建筑冷负荷;另一部分释放到室内,增加了晚间建筑的冷负荷。

根据上述理论,以相变储能围护结构为例,将相变材料应用到现有的建筑中,可以大大增加围护结构的储热功能,使用少量的材料就可以储存大量的热量。由于相变储能结构的储热作用,建筑物室内和室外之间的热流波动被减弱、作用时间被延迟,从而可以降低建筑物供暖、空调系统的设计负荷,达到节能的目的。

(二)相变建筑材料的制作

目前相变储能材料的制作方法主要是:

(1)直接将相变材料作为墙或地板贴面的材料的一层结构。其优点在于,便于结构的拆卸和循环利用。

(2)采用封装技术,先将相变材料充入聚乙烯小球或粉末中,然后将小球或粉末参合到建筑材料中。其中最常用的是将相变材料封闭在某种胶囊中,并将该胶囊与常规建筑材料混合(见图1)。其优点在于,可直接加工成型、不会发生过冷现象,使用安全方便。

(3)直接将熔化的相变材料渗透进多孔材料中。其优点在于,结构简单,性质更均匀,更易做成各种形状和大小的建筑材料。

三、相变建筑材料的应用

根据其相变温度不同,相变材料主要有四方面的用途[4]:低温相变材料用来储冷,如已经广泛使用相变材料进行空调储冷以及跨季节储冷。室温相变材料可以降低房屋的温度波动,从而降低空调负荷,实现建筑节能。5060℃相变材料可以用在太阳能应用领域,如可以用作被动太阳能房的储热墙或者储热地板,还可以用作主动太阳能房中的储热器,与集热器、换热器等一起构成太阳能利用系统。高温相变材料则主要用于工业余热利用。

按照相变建材在建筑中的运用形式,即根据其在建筑中所属结构,相变建筑材料主要有以下用途:以石膏板为基材的相变储能石膏板,主要做外墙的内壁材料(如相变储能天花板);用保温隔热材料为基材来制备高效节能型建筑围护结构(如相变储能墙板);与室内地板相结合,简化地暖的控制系统(如相变储能采暖地板)。

将普通建材与相变材料制成相变储能复合材料,能够减轻建材重量、大大降低房间室温波动、提高室内热舒适性和节能保温性能。今后相变建筑材料的研究将向着高效复合相变材料的方向发展。随着高分子技术的进步,相变复合材料的耐久性和经济性问题也将逐步得到解决,并最终导致其可以广泛应用于建筑节能领域。与此同时,有关相变材料对于基材结构的应力作用及其保温隔热性能的测定也将成为新的研究热点。

总之,在构建节约型社会和创建环境文明的宏观政策下,新型建筑材料将逐步取代能源消耗多、环境污染大、重质建筑材料。随着高层建筑的发展,工程上对新型轻质建筑维护结构的要求越来越高,对建筑节能也将日益重视,这些都必将极大地促进相变储能复合材料的发展。

[1]陶雅各.相变储能材料在建筑外围护结构中的应用研究,天津建设科技,2007(2).[2]赵丰东.相变储能建筑材料的应用与展望,中国建材科技,2005(4).[3]尚红波、徐玲玲、沈艳华、陈良,微胶囊相变材料在建筑节能领域的研究与应用.材料导报,2005(12).[4]周剑敏、张东、吴科如.建筑节能新技术相变储能建筑材料,房材与应用,2003(4).[5]刘超、剧霏、侯海燕、朱冬生,贮能相变材料的研究及发展趋势,材料导报,2005(11).[6]闫全、英王威、于丹,相变储能材料应用于建筑围护结构中的研究.材料导报,2005(8).[7]王智宇、林旭添、陈锋、王小山、阮华、樊先平、钱国栋,相变储能保温建筑材料的制备及性能评价.新型建筑材料,2006(11).[8]崔巍.相变蓄能材料在建筑节能中的应用,节能与环保,2007(5).[9]王岐东、董黎明、代一心、刘俊女,相变建筑节能材料的应用研究与进展.北京工商大学学报:自然科学版,2005(1).[10]张寅平、胡汉平、孔祥东,相变贮能理论和应用.中国科学技术大学出版社,1996.