保溫材料在建筑節(jié)能工程中的應(yīng)用

胡景蕙 楊 戈 張 馳

河南建筑材料研究設(shè)計院有限責(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。長期以來，關(guān)于我國墻體保溫材料體系“有機(jī)”好還是“無機(jī)”好的爭辯一直未曾間斷過。從歷史發(fā)展的經(jīng)驗來看，輕質(zhì)、高效的有機(jī)保溫材料由于在保溫、價格等方面的優(yōu)勢，一直牢牢占據(jù)著市場的主導(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)的危險性和嚴(yán)重性漸漸暴露，使無機(jī)材料的防火優(yōu)勢凸顯出來。

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。從全國范圍看，有機(jī)類外墻外保溫系統(tǒng)占據(jù)了我國當(dāng)前外墻外保溫市場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、中空玻化微珠、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格等特點，能夠達(dá)到A級防火，有著廣泛的市場需求。隨著我國對于墻體材料防火安全等級規(guī)定的重視及要求，無機(jī)保溫材料的市場份額將大幅提升。

由于材料化學(xué)性質(zhì)的特點，無機(jī)體系和有機(jī)體系面對保溫節(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。

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而提供的場所。因此，它不僅需要節(jié)能，更需要安全，這就對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)點是質(zhì)輕、保溫、隔熱性好。其缺點是防火安全性差，易老化、易燃燒。燃燒時煙霧大、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。對高層建筑群進(jìn)行大規(guī)模節(jié)能建設(shè)和改造時，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大火，就已經(jīng)暴露了外墻保溫材料的易燃問題。當(dāng)時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遇火后會產(chǎn)生滴落物，滴落物會引發(fā)更嚴(yán)重的燃燒。而聚氨酯是熱固性材料，遇火會碳化。

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重要指標(biāo)，導(dǎo)熱系數(shù)越低，保溫性能越好。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，凡平均溫度不高于350℃時，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，此類保溫材料一旦含有水份，導(dǎo)熱系數(shù)會急劇上升，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，此類保溫材料一旦含有水份，導(dǎo)熱系數(shù)會急劇上升，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)。如果不對這些因素加以考慮和設(shè)計，就會出現(xiàn)大量的耐久性破壞：保溫體系可能在正常的設(shè)計壽命時間內(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，是一項長遠(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。我國制定了相關(guān)的規(guī)范，出臺了《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各地氣候區(qū)域保溫工程的綜合性能要求。因為在進(jìn)行建筑技能保溫設(shè)計時，外墻保溫不可能一刀切，應(yīng)根據(jù)各個地區(qū)的氣候條件和建筑類型，因地制宜選擇材料。

在我國北方地區(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對墻體保溫系統(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)，則可以防止火勢從窗口引燃外墻保溫引起火勢的蔓延。

有機(jī)與無機(jī)的保溫材料各有優(yōu)缺點，我國幅員遼闊，溫差變化大，外墻保溫的材料及技術(shù)體系隨時間的發(fā)展一定會出現(xiàn)多種不同的體系。根據(jù)各個地區(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。