围护结构保温节能系统中聚氨酯的应用

一、建筑保温节能的必要性

近年来,世界经济有了很大的发展,但随之能源也出现了紧张局面.能源短缺和浪费已经成为社会经济发展的主要瓶颈之一,已经危及到社会的可持续发展.在我国,建筑能耗是能源消耗的大户.有关专家指出,目前国内建筑物能耗,占社会总能耗的比重已超过了28%(北方地区的采暖能耗超过了当地社会总能耗的40%).解决能源短缺的重要措施之一是节约能源,发展经济所需的能源要更多地依靠节能来解决,建筑节能无疑是节能系统工程的重要环节.在建筑方面,在使用过程中的能耗,主要包括采暖,通风,空调,家用电器等,其中又以采暖和空调能耗为主,特别是我国地域广阔,冬寒夏热的情况十分突出,再加上我国建筑物的保温隔热和气密性能很差,采暖系统热效率低,单位住宅建筑面积采暖能耗约为发达国家的三倍.我国建筑用能又以煤为主,现在每年采暖燃煤要排放二氧化碳达 1.9亿吨,排放二氧化硫近300万吨,研究表明采暖燃煤已经成为城镇采暖期空气污染大大超过标准的主要原因.因此建筑节能就成为社会备受关注的议题,而节能的重点就放在围护结构采暖和降温的能耗上.这样建筑围护结构的保温节能系统就日益加强。

二、墙体保温技术现状和发展趋势

目前墙体保温系统有外墙外保温系统,外墙内保温系统和夹芯保温系统,现今市面主要使用外墙外保温系统,它由粘结层,绝热层,保护层,饰面层等组成,施工形式有浇筑法,粘贴法,外挂法等.此技术的优点有适用范围广,技术含量高;保护主体结构,延长建筑物寿命;基本消除了"热桥"的现象,较好地发挥了材料的节能保温功能;有利于室温稳定;有利于室内装修,节省空间等。

在保温系统中最主要的保温层现在大多采用聚苯板或挤塑板,还有部分使用岩棉,聚苯板的导热系数一般在0.036 W/(m·K)左右,而挤塑聚苯板的导热系数一般在0.028 W/(m·K)左右,厚度按热工计算一般为40～60mm时能满足节能50%的要求.但随着建筑节能要求的提高,节能标准由节能50%提到65%,若要满足节能65%的要求,挂贴聚苯板的厚度还要加厚,由于厚度过大,板材及其外保护层的重量使保温体系易出现开裂等质量问题,体系可靠性大大降低,并且一旦开裂就会影响到保温体系的防水性,水分的入侵会造成保温材料的失效,所以要满足节能65%的要求,则必须寻找和采用新的保温材料,这样聚氨酯保温材料以其独特的性能成为新材料的首选。

三、聚氨酯保温材料在墙体保温系统中的应用优势

聚氨酯硬泡体具有一系列的优点,从而使它当之无愧的用作新型的保温材料
① 导热系数低,保温隔热效果好
由于聚氨酯发泡时闭孔率高,所以当聚氨酯硬泡密度为35-40Kg/m3时,导热系数仅为0.018-0.023W/(m·K),25mm厚的聚氨酯硬质泡沫塑料的保温效果相当于40mm厚的EPS,45mm厚的矿棉,380mm厚的混凝土或860mm厚的普通砖.在同样保温效果下,保温层厚约相当于EPS 的一半,在目前所有保温材料中导热系数最低,其热工性能优越.
② 具有良好的粘结性能
聚氨酯的发泡技术使它具有优越的粘结性能,聚氨酯硬泡体直接喷涂于墙体,系反应物料受压力作用,通过喷枪形成混合物直接发泡成型,液体物料具有流动性,渗透性,可进入到墙面基层空隙中发泡,与基层牢固地粘合并起到密封空隙的作用.其粘结强度超过聚氨酯硬泡体本身的撕裂强度,从而使硬泡层与墙面基层成为一体,不易发生脱层,聚氨酯可与很多材质的建筑外墙粘贴,包括砌块,砖石,混凝土墙,木材,金属等各种材料,还能与玻璃强力粘贴.
③ 防水性能好
聚氨酯硬泡吸水率低,抗水蒸气渗透性好,泡沫孔呈独立状态,互不连通,闭孔率达95%以上,是结构致密的微孔泡沫材料,与空气接触的表面更加致密,不易透水,属憎水材料,喷涂施工时可进入到墙面基层空隙中发泡,与基层牢固地粘合并起到密封空隙的作用,因此防水效果好,吸水率≤1%,且不会因吸潮而增大导热系数,防水性能可靠.
④ 现场喷涂或浇注施工,整体性好
聚氨酯硬泡采用喷涂或浇筑施工,施工具有连续性,独特的施工技术使整个保温层无接缝,具有整体性,通过机械化施工,墙体形成无接缝连续壳体.
⑤ 耐老化,阻燃,化学稳定性好
与聚苯乙烯等有机保温材料相比,聚氨酯的耐老化性能更加优异,化学性能稳定,抗老化强度的温度范围大,聚氨酯硬泡体在低温-50℃情况下不脆裂,在高温+150℃情况下不流淌,不粘连,可正常使用,且耐弱酸,弱碱等化学物质侵蚀,使用寿命更长.同时,硬质聚氨酯泡沫在阻燃剂的作用下,很容易达到国家阻燃标准B2级,燃烧中不出现熔融物质滴落现象,更适合现在建筑保温材料的要求.
⑥ 施工方便,施工效率高
聚氨酯保温材料既可用于新房,也可用于旧房改造,适应于任何形状结构,特别是异型层面,且维修方便,适用于各种墙体维护施工.当旧基层未发生脱层,起鼓,可以不铲除旧基层,直接在旧基层上喷涂施工,降低了工程强度和难度,节省工程造价及施工时间,现场施工可以实现标准化,工业化,操作简便,其施工效率高出其他保温施工方式几倍.
⑦耐久性好
聚氨酯性能稳定,抗老化能力强,已用工程总结和研究表明,其使用年限可达25年以上,并且不含甲醛.通常无须维修,节约的费用将是十分可观.
聚氨酯保温材料由于将防水,保温,隔热,隔音技术有机结合,使建筑物节能效果显著,并且施工简单,从而在国内外引起广泛关注.建筑节能成为硬质聚氨酯泡沫的重要应用领域之一,对其在保温领域中的应用技术,国内外的专家和建筑技术人员进行了广泛的研究.
四,国外墙体保温现状及聚氨酯在保温体系中的的应用和技术现状
在国外,建筑节能体系发展较早,美国在20世纪70年代就制定了《建筑节能设计和评价方法》,德国在1976年颁布了《建筑节能法》,加拿大也较早的实施《新建筑节能法》,依此些法规为标准,国外建筑节能体系开始发展,外墙外保温节能体系以其优越性率先发展起来,经过一段时间的发展,技术已较为完善.并在全世界范围内开始推广,现在外墙外保温技术已发展为十几种节能保温体系,如典型的外墙外保温体系,夹心保温体系,现浇混凝土外墙外保温自挂板体系等,其所用的保温材料也由原来的单一性向多样化发展.
目前,在欧洲国家广泛应用的外墙外保温系统主要有三种.其一为膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统;二是岩棉纤维平行于墙面的外墙外保温系统;其次是岩棉纤维垂直于墙面的外墙外保温系统.外墙外保温系统在欧洲的应用,最初是为了弥补墙体裂缝.通过实际应用后发现,当把这种泡沫塑料板粘贴到建筑墙面以后,的确能够有效地遮蔽墙体出现的裂缝等问题,同时又发现,这种复合的墙体材料具有良好的保温隔热性能,节约了实际应用能量的费用.经过对该类系统进行热工实验得知,建筑物采用外墙外保温系统是最直接最科学的节能方式之一. 20世纪60年代,美国从欧洲引入此项技术,并根据本国的具体气候条件和建筑体系特点进行了改进和发展.同样在70年代初的能源危机期间,由于建筑节能的要求,外墙外保温及装饰系统在美国的应用不断增加,至九十年代末,其平均年增长率达到了20～25%.至今此项技术在美国的应用也达四十多年之久,最高建筑达44层.
随着节能要求的提高和聚氨酯保温技术的发展,聚氨酯保温材料越来越引起国外保温行业的关注.并对聚氨酯在保温系统中的应用技术作了大量的研究和工程应用.