空調、采暖絕熱材料應用與發(fā)展

任熠

云南吉成園林設計有限公司 云南昆明 650228

隨著社會的發(fā)展，空調、采暖設備成為了人們生活的必需品，它能提供適宜的冷暖舒適度，改善室內(nèi)居住環(huán)境，然而能源緊缺、環(huán)境污染等生態(tài)問題也隨之而來。為了節(jié)約能源，走能源、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展道路，絕熱給建筑帶來了顯著的節(jié)能收益，本文就空調、采暖絕熱材料的應用與發(fā)展進行分析論述[1]。

1 絕熱與節(jié)能

1.1 建筑能耗

我國現(xiàn)有建筑面積約為400億m2，絕大部分為高能耗建筑，且每年新建建筑高達20億m2。隨著人民生活水平的提高，城市建設的高速發(fā)展，建筑能耗已達我國能源總消耗量的32%。如此龐大的建筑能耗，給國民經(jīng)濟帶來了沉重的負擔，因此建筑節(jié)能推進已刻不容緩，建筑節(jié)能發(fā)展將直接關系到低碳經(jīng)濟建設與能源可持續(xù)發(fā)展。

1.2 絕熱重要性

絕熱是保溫與保冷的統(tǒng)稱，是為了減少建筑、設備或管道與周圍環(huán)境的熱交換而進行的絕熱工程。隨著建筑絕熱材料的發(fā)展，建筑節(jié)能取得了實質性的突破，絕熱材料的運用對營造適宜的熱環(huán)境和節(jié)約能源起到了關鍵作用。據(jù)統(tǒng)計，通過改善圍護結構的熱工性能，提高設備能效，全年供暖、通風、空氣調節(jié)和照明的總能耗將減少約20%-23%。

2.3 空調、采暖絕熱

在建筑能耗中，空調、采暖能耗約占60%，合理使用冷（熱）源、提高能源利用率是建筑節(jié)能的關鍵所在，除了采用高能效的制冷（熱）設備、設計優(yōu)秀的輸配系統(tǒng)外，還應重視設備及管道的絕熱，前者是從源頭減少能源的消耗，后者則是最大限度的提高能源利用率[2]。

絕熱材料的使用效益：首先是維持冷（熱）媒設計參數(shù)，滿足使用需求；其次是節(jié)約能源，減少無效冷熱損失，提高能源輸送效率；再次是改善工作環(huán)境，保護操作人員安全。絕熱材料已經(jīng)成為了空調、采暖系統(tǒng)綠色運行的堅實后盾。

2 絕熱材料

2.1 分類

絕熱材料按成分、密度、溫度可分為以下幾類：

（1）按材料成分可分為：有機材料和無機材料，保溫工程常用無機絕熱材料，保冷工程常用有機絕熱材料；

（2）按材料密度可分為：硬質絕熱材料（密度≤220kg/m3），半硬質絕熱材料（密度≤200kg/m3），軟質絕熱材料（密度≤150kg/m3）；

（3）按使用溫度可分為：高溫絕熱材料（使用溫度700℃以上），中溫絕熱材料（使用溫度100℃-700℃），低溫絕熱材料（使用溫度100℃以下）。

2.2 選用原則

2.2.1 保溫材料選用原則

（1）保溫材料的工作介質溫度不得高于材料最高允許使用溫度，在平均溫度350℃時，其導熱系數(shù)不得大于0.10W/（m·K）；

（2）應優(yōu)先選用密度小、導熱系數(shù)小、抗壓強度高、易于施工的保溫材料制品；

（3）綜合比較后可選用經(jīng)濟效益高的復合型保溫材料制品。

2.2.2 保冷材料選用原則

（1）保冷材料的工作介質溫度不得低于材料最低允許使用溫度，在平均溫度25℃時，其導熱系數(shù)不得大于0.064W/（m·K）；

（2）應優(yōu)先選用密度小、導熱系數(shù)小、吸濕率低、防火性能好、易于施工的保冷材料制品；

（3）綜合比較后可選用經(jīng)濟效益高的復合型保冷材料制品。

2.3 空調、采暖常用絕熱材料，見表1

2.4 材料特點

（1）巖（礦渣）棉制品用于管道、設備保溫，具有較好的保溫、隔熱、吸聲性。其導熱系數(shù)小、價格低、不燃燒、化學穩(wěn)定性好、便于施工，但強度較低，耐水性較差，當用于潮濕環(huán)境時，應采用憎水性材料，且?guī)r（礦渣）棉刺激皮膚，施工時應做好職業(yè)健康保護[1]。

（2）玻璃棉制品用于管道、設備保溫與保冷，既能保溫也能保冷。其導熱系數(shù)小、質輕、耐腐蝕、不燃燒、吸水率小、機械強度高、化學穩(wěn)定性好，且吸聲性能優(yōu)異。玻璃棉的耐高溫性不及巖（礦渣）棉，價格高于巖（礦渣）棉，對皮膚稍有刺激，手感略好。

（3）硅酸鋁棉制品用于管道、設備保溫，具有優(yōu)異的耐高溫能力，特別適合高溫保溫使用。其導熱系數(shù)小、耐腐蝕、不燃燒、化學穩(wěn)定性好、抗拉強度高、吸聲性能好，但價格較高。

（4）硅酸鈣制品用于管道、設備保溫，耐高溫能力好。其不燃燒、耐腐蝕、強度高、防潮性好、可重復利用，但導熱系數(shù)一般，為了解決無石棉問題，添加的纖維材料可能影響硅酸鈣制品的耐高溫性，破碎率增加[4]。

表1 空調、采暖常用絕熱材料性能表

（5）膨脹珍珠巖制品用于管道、設備保溫，耐高溫能力強。其不燃燒、耐腐蝕、價廉、化學穩(wěn)定性好，但導熱系數(shù)一般、吸水率高、耐水性差，產(chǎn)品吸水導致后期保溫性能降低、易開裂，宜選用憎水性膨脹珍珠巖制品。

（6）復合硅酸鹽制品用于管道、設備保溫與保冷，是一種新型復合絕熱材料。其導熱系數(shù)小、不燃燒、耐高溫、防水性好、可塑性大、便于施工、適用溫度廣，有良好的耐急熱急冷性能。

（7）柔性泡沫橡塑制品、硬質聚氨酯泡沫塑料制品用于管道、設備保溫與保冷，具有良好的絕熱效果。其導熱系數(shù)小、密度小、防潮性好、施工方便，但不耐高溫，保溫時適用于65℃以下低溫管道，且容易燃燒，選用時燃燒性必須達到B1級。

（8）泡沫玻璃制品用于管道、設備保溫與保冷，是優(yōu)良的保冷材料，特別適用于深冷。其導熱系數(shù)較小、不燃燒、吸水率小、耐酸堿（氫氟酸除外）、便于施工、適用溫度廣，但比較脆，耐磨性差，沖擊強度低，生產(chǎn)過程中會遇到氣泡結構不均或大氣泡等氣泡缺陷，影響絕熱效果，且造價略高。

（9）酚醛泡沫制品用于管道、設備保溫與保冷，具有優(yōu)異的絕熱效果。其導熱系數(shù)小、密度小、防腐抗老化、適用溫度廣，燃燒時煙氣釋放少、無滴落物，耐凍能力強，特別適合做深度保冷使用。缺點是易粉化、機械強度低、性脆、吸水率略大。

（10）聚異氰脲酸酯制品用于管道、設備保冷。其導熱系數(shù)小、密度小、抗老化、抗壓性好、防水性好、化學穩(wěn)定性好，是一種新型的深冷高分子絕熱材料。

2.5 材料發(fā)展方向

（1）發(fā)展前景。針對建筑節(jié)能與綠色建筑“十三五”規(guī)劃提出的“全面提升建筑能源利用效率，優(yōu)化建筑用能結構的指導思想，堅持從節(jié)能綠色建筑擴展到裝配式建筑、綠色建材，把節(jié)能及綠色發(fā)展理念延伸至建筑全領域、全過程及全產(chǎn)業(yè)鏈的基本原則”，絕熱材料作為建筑的節(jié)能支柱，其性能的好壞關系到建筑能源的消耗與利用率，優(yōu)質的材料將帶來顯著的節(jié)能效益，由此可見，絕熱材料有著廣闊的發(fā)展前景。

（2）憎水性。憎水性是影響絕熱材料性能的一個重要指標。常溫下水的導熱系數(shù)是空氣的23倍，絕熱材料吸水后，其絕熱性能將大幅下降，特別是在潮濕或低溫環(huán)境中使用時，憎水性直接關系到材料的絕熱效果和使用年限，憎水性差的絕熱材料經(jīng)長期使用后可能會變成“導熱材料”，同時也會加速對金屬管道和設備的腐蝕，最終喪失絕熱能力。因此，提高絕熱材料的憎水性，加強抗水滲透能力，對保證材料絕熱效果和使用年限有著重要意義。

（3）燃燒性。隨著節(jié)能建筑的推行，大量絕熱材料被使用到建筑中，而大部分有機絕熱材料的弱點就是容易燃燒，且燃燒時伴隨有滴落物，助長火勢，同時產(chǎn)生大量煙氣，這對消防安全是致命的。為了降低火災危害，保護人員安全，提高材料的燃燒性，減少燃燒產(chǎn)生的煙氣量與滴落物，是絕熱材料的一個重要發(fā)展方向[5]。

（4）綜合開發(fā)、綠色前行。隨著時代的進步，環(huán)保節(jié)能要求的不斷提高，絕熱行業(yè)迎來發(fā)展機遇的同時也面臨著嚴峻的考驗。雖然絕熱材料種類繁多，各具特色，但也存在缺陷，沒有任何一種材料是完美的。應綜合考量材料的性能，重點開發(fā)具有絕熱好、質輕、高強、防火、無毒、抗老化、施工便利等特性的優(yōu)秀絕熱材料，同時也應減少生產(chǎn)過程中的能耗與污染物排放，考慮產(chǎn)品的可回收利用性，降低碳排放，提高產(chǎn)品“綠色”含量，讓絕熱行業(yè)“綠色”前行[6]。

3 結語

在世界能源危機的今天，全球絕熱材料正朝著高效、節(jié)能、環(huán)保一體化的方向發(fā)展，遍及各行各業(yè)，絕熱材料帶來的節(jié)能收益是有目共睹的，絕熱材料的應用對建筑節(jié)能來說是一場變革，相信在不久的將來，隨著節(jié)能工作的穩(wěn)步推進和絕熱研發(fā)水平的提高，還會研制出更為理想的新型綠色絕熱材料，在能源、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的道路上，絕熱與我們一同前行。