外墻保溫用無機(jī)保溫材料的應(yīng)用

外墻保溫用無機(jī)保溫材料的應(yīng)用

1無機(jī)保溫系統(tǒng)外包溫是住宅節(jié)水工程的重要因素之一。實(shí)現(xiàn)外包溫的基本方法是使用環(huán)保材料。保溫材料可分為有機(jī)和無機(jī)兩類,常用的有機(jī)保溫材料主要是聚苯泡沫板,占據(jù)了保溫材料市場(chǎng)80%的份額。巖棉、玻璃棉、泡沫混凝土、保溫砂漿等無機(jī)保溫材料具有極佳的溫度穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,阻止冷熱橋產(chǎn)生,防火阻燃安全性好,熱工性能好,防霉效果好,適用范圍廣,綠色環(huán)保無公害等特點(diǎn)。隨著低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,中國建筑節(jié)能的要求也越來越高,無機(jī)保溫材料的應(yīng)用將越來越廣泛。2一般介紹與性能的比較2.1建筑外墻保溫板巖棉板是一種優(yōu)質(zhì)的保溫材料。在國外,尤其是歐洲的建筑市場(chǎng)大量使用了巖棉制品,北歐人均消耗量在20kg以上,美國人均消耗量為5.10kg。由于防火安全問題,在美國巖礦棉占70%,在德國超過22m高的建筑外保溫幾乎全部采用巖棉保溫材料。但在我國,巖棉板作為建筑保溫材料的使用率還較低,主要應(yīng)用于能源、石油化工、船舶工業(yè)和公共建筑的絕熱、防火、隔聲等方面,而在民用建筑中應(yīng)用得很少,特別是外墻外保溫中的應(yīng)用近幾年才開展起來。巖棉板作為建筑外墻保溫材料具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)良好的保溫隔熱、隔聲及吸聲性能;(2)與傳統(tǒng)的無機(jī)砂漿類保溫材料相比,具有密度小、導(dǎo)熱系數(shù)低的特點(diǎn);(3)不燃燒、無毒、防火、適用范圍廣、化學(xué)性能穩(wěn)定、使用周期長等。存在的問題:(1)國內(nèi)巖棉制品相對(duì)于國外巖棉制品酸度系數(shù)有待提高。目前我國幾乎所有企業(yè)生產(chǎn)的巖棉酸度系數(shù)都在1.6以下,而國外用于外墻外保溫的巖棉酸度系數(shù)一般在1.8以上。提高酸度系數(shù),在有效改善巖棉制品耐水性能的同時(shí),還能提高保溫板力學(xué)強(qiáng)度。(2)如果操作不當(dāng),巖棉還會(huì)危害呼吸系統(tǒng)并對(duì)皮膚造成損傷,所以施工時(shí)應(yīng)做好相應(yīng)防護(hù)工作。2.2新型保溫材料玻璃棉板是一種高效的無機(jī)保溫材料,與有機(jī)聚苯乙烯、聚氨酯等泡沫保溫材料相比,遇火不燃(A級(jí)),不具備火焰點(diǎn)火性和傳播性,且具有容重輕、導(dǎo)熱系數(shù)低、防火無毒、化學(xué)性能穩(wěn)定、使用周期長等突出優(yōu)點(diǎn),是一種理想的保溫材料。但是在具體應(yīng)用過程中,玻璃棉板也存在著一些問題:(1)玻璃棉板吸濕性比較嚴(yán)重,容易導(dǎo)致下垂脫落;(2)抗拉強(qiáng)度較低,會(huì)從墻面剝離等。目前一些玻璃棉板廠家為了改善產(chǎn)品性能,在生產(chǎn)流程中添加了打褶工序,如圖1所示。普通玻璃棉纖維間為層狀結(jié)構(gòu),結(jié)合力小,容易撕裂;打褶玻璃棉纖維間形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),經(jīng)檢測(cè),打褶玻璃棉可以有效提高保溫板的抗拉強(qiáng)度,還可以降低導(dǎo)熱系數(shù)。2.3無機(jī)材料的質(zhì)無機(jī)保溫砂漿是由?；⒅榛蚺蛎浾渲閹r等輕集料為骨料,水泥為膠凝材料,添加可分散膠粉等外加劑均勻混合而成。?；⒅楹团蛎浾渲閹r是一種經(jīng)特種高溫工藝生產(chǎn)的球狀礦物質(zhì),是一種耐高溫輕質(zhì)絕熱的無機(jī)材料。其容重輕,具有防火、保溫、隔熱等優(yōu)良性能。無機(jī)保溫砂漿具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)能滿足國家防火等級(jí)要求;(2)粘結(jié)性能好,不易形成保溫盲區(qū),防止了負(fù)風(fēng)壓對(duì)高層建筑保溫層的破壞;(3)耐老化、防水、不易空鼓、開裂、強(qiáng)度高,抗沖擊性好也是其優(yōu)點(diǎn)。無機(jī)保溫砂漿也有其缺點(diǎn):(1)保溫層較厚,要達(dá)到要求的保溫層厚度要至少分兩次施工才可以,而兩道施工中間要等水分排干,施工工期較長;(2)無機(jī)保溫砂漿保溫性能相對(duì)其他保溫材料而言較差。2.4作為a級(jí)不燃材料我國關(guān)于泡沫混凝土的研究起步較早,從20世紀(jì)90年代起即大規(guī)模用于地暖、屋面等現(xiàn)澆保溫領(lǐng)域,但在外墻外保溫體系中的應(yīng)用一直很少。近年來,由于建筑易燃外保溫材料引發(fā)的火災(zāi)已呈多發(fā)勢(shì)頭,泡沫混凝土作為A級(jí)不燃保溫材料得到了大量的應(yīng)用。泡沫混凝土保溫板用作建筑外墻保溫材料有以下優(yōu)點(diǎn):(1)A級(jí)防火;(2)性價(jià)比高,經(jīng)濟(jì)適用,在A級(jí)不燃的保溫材料中成本最低;(3)與建筑主體墻材相容性、親和力好,施工方便;(4)耐久性好,可與建筑同壽命。但因?yàn)槭芗夹g(shù)條件所限,泡沫混凝土密度及導(dǎo)熱系數(shù)與有機(jī)保溫材料相比仍是較大。密度一般在250kg/m3以上,導(dǎo)熱系數(shù)不低于0.06W/(m·K),吸水率高,產(chǎn)品需要做防水處理。2.5分散劑復(fù)合涂層的制備無機(jī)纖維噴涂技術(shù)是在20世紀(jì)80年代初期的構(gòu)筑工業(yè)爐窯輕質(zhì)隔熱耐火爐襯的機(jī)械化施工技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。該技術(shù)采用細(xì)纖維粒狀棉和粘結(jié)劑通過專用的纖維噴涂設(shè)備噴涂于建筑物基體表面,形成防火保溫纖維層,再在表面進(jìn)行保護(hù)層及裝飾層的施工。這種外部混合方式能使無機(jī)纖維棉以片狀粘附在受噴涂的表面上,并使纖維噴涂層呈三維網(wǎng)絡(luò)狀,形成堅(jiān)固均勻的整體結(jié)構(gòu)。無機(jī)纖維噴涂具有強(qiáng)度高、韌性好、整體性好、吸音、隔音、導(dǎo)熱系數(shù)低、高強(qiáng)結(jié)構(gòu)和可解決復(fù)雜異形面的特點(diǎn),并且方法簡(jiǎn)便,施工速度快,氣密性好,特別適用于對(duì)復(fù)雜,異形墻部位的施工,能獲得優(yōu)良的綜合節(jié)能效果。由于纖維本身為無機(jī)物,防火,不發(fā)煙,不放出毒性氣體,是綠色環(huán)保的復(fù)雜結(jié)構(gòu)建筑的首選。2.6真空預(yù)熱充放電真空區(qū)真空絕熱板是基于真空絕熱原理而制成的一種新型高效絕熱材料,英文名稱為VacuumInsulationPanel(VIP),是近年來開發(fā)和研究的一種新型高效絕熱材料,通過最大限度提高板內(nèi)真空度并充填以芯層無機(jī)絕熱材料而實(shí)現(xiàn)隔絕熱傳導(dǎo),從而達(dá)到保溫、節(jié)能等較為理想的絕熱效果和目的。VIP主要由三部分構(gòu)成:芯材、表面隔膜、吸氣劑。芯材主要起兩個(gè)作用:一是絕熱,二是起到支撐板壁面的作用。芯材一般選擇多孔介質(zhì)材料,如粉狀二氧化硅、氣凝膠、玻璃纖維等材料。表面隔膜的主要作用是提高對(duì)外界環(huán)境氣體向板內(nèi)部真空環(huán)境的抗?jié)B透能力。吸氣劑吸收從外界滲透到板內(nèi)和板內(nèi)組件所釋放的氣體,從而維持板內(nèi)的真空度。相比于傳統(tǒng)的聚氨酯泡沫或玻璃纖維等絕熱材料,建筑用真空絕熱板導(dǎo)熱系數(shù)低于0.01W/(m·K),保溫效果相當(dāng)于常規(guī)聚苯板的4倍,擠塑板的3倍,聚氨酯的2.5倍,而其厚度僅為普通絕熱材料的1/7。保溫施工方便,可以像瓷磚一樣直接粘貼在建筑外墻表面,大大縮短了工期、節(jié)約了成本。目前真空絕熱板主要存在的問題:(1)施工時(shí)無法現(xiàn)場(chǎng)裁切,一旦裁切,真空腔就漏氣,失去保溫效果;(2)真空度無法長期保持,直接影響真空隔熱板的主要技術(shù)指標(biāo)導(dǎo)熱系數(shù)的變化,進(jìn)而影響真空隔熱板的保溫性能;(3)板與板之間容易形成縫隙,產(chǎn)生熱橋現(xiàn)象,造成整體保溫效果下降。2.7無機(jī)材料的性能幾種無機(jī)保溫材料性能比較見表1。3sio氣凝膠介紹氣凝膠是指由無機(jī)粒子或高聚物分子構(gòu)成的一種具有納米孔洞和3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的固體材料。氣凝膠具有孔徑小(10nm~100nm)、低密度(5kg/m3~30kg/m3)、高比表面積(600m2/g~1000m2/g)和高孔隙率(80%~99%)等特點(diǎn),有效降低了熱量在材料中的傳播效率,使得氣凝膠的導(dǎo)熱系數(shù)可低至0.010W/(m·K)。比較常見的SiO2氣凝膠就是一種典型的防火、輕質(zhì)、高效隔熱材料,已經(jīng)在航空航天、能源、化工等領(lǐng)域中得到了廣范應(yīng)用。近幾年,有關(guān)企業(yè)針對(duì)建筑節(jié)能市場(chǎng)的需求,開展了氣凝膠復(fù)合巖棉板、氣凝膠隔熱毯、氣凝膠隔熱涂料、氣凝膠玻璃窗等方面的研究和推廣應(yīng)用。3.1氣凝膠復(fù)合巖棉保溫板世界上最大的巖棉保溫隔熱產(chǎn)品生產(chǎn)商丹麥洛科威公司利用美國卡博特公司提供的氣凝膠成研制了氣凝膠復(fù)合巖棉保溫板并已在工程中得到應(yīng)用。該產(chǎn)品90%體積由氣凝膠構(gòu)成,將普通巖棉板的導(dǎo)熱系數(shù)由0.040W/(m·K)降至0.019W/(m·K),在達(dá)到相同保溫效果情況下,巖棉板厚度可減少50%。3.2超低導(dǎo)熱系數(shù)保溫隔熱材料氣凝膠隔熱毯是以纖維氈為基材與SiO2氣凝膠復(fù)合,經(jīng)表面修飾和超臨界或常壓干燥工藝制成的超低導(dǎo)熱系數(shù)保溫隔熱材料。該材料既保留了氣凝膠獨(dú)特的納米孔結(jié)構(gòu)及超低的導(dǎo)熱系數(shù),又大幅度提高了氣凝膠的機(jī)械強(qiáng)度,擴(kuò)展了其在保溫隔熱領(lǐng)域的應(yīng)用。氣凝膠隔熱毯常溫下導(dǎo)熱系數(shù)小于0.020W/(m·K),同時(shí)還具有優(yōu)越的隔音吸聲性能,是作為建筑保溫材料的良好選擇。3.3水性透明隔膜涂料的制備氣凝膠涂料是利用氣凝膠獨(dú)特的納米孔結(jié)構(gòu)和對(duì)太陽光譜的選擇特性,以SiO2氣凝膠為主要填料,利用合適的穩(wěn)定劑將其分散均勻制成漿料,選用水性丙烯酸樹脂為成膜物,將二者與其他助劑混合制得的水性透明隔熱涂料,應(yīng)用于建筑物和玻璃的表面,可以有效屏蔽紅外熱輻射和阻隔紫外線。3.5玻璃的保溫隔熱性能傳統(tǒng)建筑中,通過窗的傳熱量占建筑總能耗20%以上;節(jié)能建筑中,墻體采用保溫材料熱阻增大以后,窗的熱損失占建筑總能耗的比例更大。導(dǎo)致門窗能量損失的原因是門窗與周圍環(huán)境進(jìn)行的熱交換。其過程包括:通過玻璃進(jìn)入建筑的太陽輻射的熱量;通過玻璃的傳熱損失;通過窗格與窗框的熱損失;窗洞口熱橋造成的熱損失;縫隙冷風(fēng)滲透造成的熱損失。玻璃保溫隔熱的原理在于如何控制通過玻璃傳遞到室內(nèi)的熱能。其主要方式有兩種,一是由于玻璃的透明性質(zhì)造成太陽能入射與溫度場(chǎng)高溫區(qū)向低溫區(qū)的熱輻射;另一種是玻璃作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料通過熱傳導(dǎo)形成的熱流。想要有效提高玻璃的保溫隔熱性能,可以在雙層玻璃間填充透明的保溫材料,以減低玻璃層間的熱能傳遞。由于SiO2氣凝膠材料具有很小的孔結(jié)構(gòu),其氣孔徑為10nm~20nm,要比可見光的波長要小得多,所以有很好的透光性,而空氣中的主要成分氮?dú)夂脱鯕馄骄杂沙叹?0nm左右,而氣凝膠的孔徑小于這一尺寸,因此氣凝膠孔內(nèi)沒有空氣對(duì)流?；谝陨显?選取SiO2氣凝膠作為填充材料制作的氣凝膠節(jié)能玻璃,較傳統(tǒng)的節(jié)能玻璃具有更好的保溫隔熱性能。3.6氣凝膠材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)氣凝膠材料受其制備工藝復(fù)雜、技術(shù)含量較高等因素影響,產(chǎn)量一直得不到提高。目前,雖然已經(jīng)有部分產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化,但是相對(duì)于具有巨大潛力的建筑節(jié)能市場(chǎng)而言,氣凝膠材料目前的產(chǎn)能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要。氣凝膠材料的產(chǎn)業(yè)化是其在建筑