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高性能聚苯乙烯隔热节能墙体材料的开发 摘要 随着能源短缺的日益严重，如何节能降耗成为整个社会共同关注的话题。在建 筑领域，国家强制性要求建筑物要达到一定的节能标准，这就对建筑材料提出了更 高的要求。作为墙体的隔热保温材料，通常包括砌块、发泡聚苯乙烯等，而后者在 外墙应用最多。通常采用的发泡聚苯乙烯在6 l o c m 才能达到节能6 5 的要求，随着 厚度的增加，隔热效果增加。但是由于其外层需要涂覆其它材料，内表面需要粘接 在墙上，导致其厚度大，容易变形，影响施工质量。 本研究采用涂敷法，一步法和二步法向发泡聚苯乙烯中添加具有很强的红外吸 收与阻隔能力的填料，将建筑物内部发射的红外线反射回去，降低能量的损失，从 而达到节能的效果。创新点有：首次提出选用具有红外吸收与阻隔性能的无机非金 属填料水滑石和硫酸镁增加发泡聚苯乙烯泡沫板( e p s 板) 保温隔热性能；使用智 能数字式巡回检测温度测试仪，定时跟踪测定保温材料表面温度的变化情况，设计 了一种表征保温材料保温性能的方法；利用维恩公式和国家标准，计算得到了建筑 物室内物体发出的红外波长的理论范围。 研究结果表明，通过向发泡聚苯乙烯中添加具有红外吸收与阻隔性能的水滑石 和硫酸镁，e p s 板的导热系数、压缩强度有所降低，但是仍能达到国家标准，而其综 合的保温性能却大大提高。 关键词：建筑节能；保温性能；导热系数；水滑石；红外吸收阻隔性能 i i 北京工商大学硕士学位论文 a b s t r a c t a st h es h o r t a g eo fe n e r g yi sb e c o m i n gi n c r e a s i n g l ys e r i o u s ，h o wt os a v e e n e r g yh a sb e e nap r o b l e mt h a ta l lt h ep e o p l eh a v et op a yc l o s ea t t e n t i o nt o i nt h ec o n s t r u c t i o nf i e l d ，e n e r g y - s a v i n gs t a n d a r d sr e g u l a t e db yt h es t a t eh a v e t ob em e t w h i c hm a k es t i l lg r e a t e rd e m a n do nt h eb u i l d i n gm a t e r i a l s t h e h e a t - - i n s u l a t i o na n dh e a t c o n s e r v a t i o nm a t e r i a l sa p p l i e di nt h ew a l l su s u a l l y i n c l u d eb l o c k , e x p a n d a b l ep o l y s t y r e n e ( e p s ) a n ds oo n ，i nw h i c ht h el a t t e r a r ei n t e n s i v e l yu s e d t h et h i c k n e s so fe p su s u a l l yc o m e st o6 1 0 e mt o s a t i s f yt h er e q u e s to f6 5 e n e r g y - s a v i n gs t a n d a r d s ，t h em o r ei n c r e a s eo ft h e t h i c k n e s s ，t h em o r ee f f e c to ft h eh e a ti n s u l a t i o ne f f e c t h o w e v e r , t h eh e a t i n s u l a t i o nm a t e r i a l sh a v et ob ec o a t e dw i t ho t h e rm a t e r i a l sa n d 山e i ri n n e r s u r f a c e sh a v et ob ea d h e r e dt ot h ew a l l s ，b o t ho fw h i c hw i l ll e a dt om o r e t h i c k n e s so ft h eb u i l d i n gm a t e r i a l s ，t h e n c et ot h e i rt e n d e n c yt od e f o r m a t i o n a n dt h e r e f o r et ot h eq u a l i t yo ft h ep r o j e c t s c o a t i n g ，o n e - s t e pa n dt w o s t e pm e t h o d sa r eu s e di n t h es t u d yt oa d d f i l l e r s ，w i t hs t r o n gi n f r a r e da b s o r p t i o na n db l o c k i n ga b i l i t y , t oe p s s oa st o r e f l e c tt h ei n f r a r e df r o mt h eb u i l d i n g sb a c k , r e d u c et h ee n e r g yl o s s e sa n d a c h i e v et h ee n e r g y - s a v i n gp u r p o s e t h ec r e a t i v i t yo ft h es t u d yi s ：o r i g i n a t e t h ea d d i n go fw a t e rt a l ca n dm a g n e s i u ms u l f a t e ，ak i n do fi n o r g a n i ca n d n o n - m e t a l l i cf d l e rw i t hi n f r a r e da b s o r p t i o na n db l o c k i n g ，t ot h ee p st o e n h a n c ei t sh e a t - c o n s e r v a t i o na n dh e a t - - i n s u l a t i o n p r o p e r t i e s ；c r e a t e a 高性能聚苯乙烯隔热节能墙体材料的开发 m e t h o dt oc h a r a c t e r i z et h eh e a t - - c o n s e r v a t i o np r o p e r t yo fh e a t c o n s e r v a t i o n m a t e r i a l st h r o u g ht r a c k i n gt h es u r f a c et e m p e r a t u r eo ft h eh e a t c o n s e r v a t i o n m a t e r i a l sb ys m a r td i g i t a lc i r c u i td e t e c t i n gt e m p e r a t u r et e s t e r ；t h et h e o r e t i c a l r a n g eo fi n f r a r e dw a v e l e n g t he m i t t e db yt h eo b j e c t si nt h eb u i l d i n g si s c a l c u l a t e dw i t ht h ew a y n ef o r m u l aa n ds t a t es t a n d a r d s t h ec o n c l u s i o n sa r em a d et h a tt h ea d d i n go fw a t e rt a l ea n dm a g n e s i u m s u l f a t ew i t hs t r o n gi n f r a r e db l o c k i n ga b i l i t yt oe p sr e s u l ti nt h em i l d d e c r e a s eo fe p s st h e r m a lc o n d u c t i v i t ya n dc o m p r e s s i v es t r e n g t hw h i c h ， h o w e v e r , s t i l lm e e tt h es t a t es t a n d a r d , w h i l ei t so v e r a l lh e a t - c o n s e r v a t i o n i m p r o v e sg r e a t l y k e yw o r d s ：c o n s t r u c t i o ne n e r g ys a v i n g ；h e a t - c o n s e r v a t i o np r o p e r t y ； t h e r m a lc o n d u c t i v i t y ；w a t e rt a l e ；i n f r a r e da b s o r p t i o na n d b l o c k i n ga b i l i t y 北京工商大学学位论文原创性声明 本入郑重声明：所呈交的学位论文是本入在导师指导下进行的研究工作所 取得的研究成果。除了文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果完全由本人承担。 学位论文作者签名：纽茎日期：叩7 年彩月日 北京工商大学学位论文授权使用声明 本人完全了解j 匕京工商大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生 在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京工商大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借 阅i 学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复 制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 学位论交电子敝同意提交后，可子涵当年口一年口二年后在学校图 书馆网站上发布，供校内师生浏览。 7 ，、 学位论文作者签名：型燧名：数慨壤月日 _ 导乳 北京工商大学硕士学位论文 1 1 建筑节能 第一章绪论 节约能源和资源，越来越引起世界各国的重视，其广泛涉及到建筑、石油化工、 轻工、航空、运输等各个领域，许多发达国家对建筑节能的认识已经上升到更高的 境界。因为在建筑商节能不仅节省能源、节约开支、改善室内热环境，而且可以减 少环境污染和温室效应，保持生态平衡和可持续发展，所以节约能源和资源的工作 越来越受到全世界共同关心和高度重视。 改革开放以来，我国的建筑业取得了突飞猛进的发展，城乡居民的居住条件， 得到了前所未有的改善。写字楼和商场宽敞明亮、舒适、豪华，给人们带来快乐和 自豪。但我们不能没有危机感，因为随着我国经济的发展和人民生活水平不断提高， 工作环境和生活条件进一步改善，需要大量的建筑材料，要消耗大量的不可再生资 源和能源。特别是保温隔热不良的建筑物，将大大增加能耗，由于建筑耗能的增加， 房主还要长期支付那些能源利用效率低的建筑物所造成的浪费能源的资金。同时， 北方冬季供热采暖环境也造成一定污染，南方夏季空调降温造成电力供应的紧张。 随着全球工业化的飞速发展，可供人类开采利用的资源逐渐缩小；能源过渡消 耗，不仅背离了我国可持续发展的战略，也破坏了人类生存环境。由此可见，中国 建筑节能形势严峻，任务繁重。 2 0 0 6 年1 月1 日，国家建设部颁发的民用建筑节能管理规定正式施行，其 中新型节能墙体和屋面的保温、隔热技术与材料为国家鼓励和发展的建筑节能技术 和产品。我国建设部为到2 0 2 0 年节能省地型建筑的总目标是：第一步，2 0 1 0 年全 国新建建筑全部实行节能省地标准，既有建筑节能节水改造逐步开展，使全国城镇 建筑总能耗基本实现节能5 0 。第二步，到2 0 2 0 年，北方和沿海经济发达地区，要 率先实现建筑节能6 5 以及全面实现节地、节水、节材的目标。i l 】 2 0 0 6 年初，为加强对能源法起草工作的领导，动员各方面力量共同做好起 草工作，国务院已批准成立跨部门的能源法起草组。我国能源战略和能源政策 无疑对企业的发展产生着巨大的影响。【2 j 2 0 0 6 年3 月1 4 号，。建筑节能工程”被列入国家“十一五”规划纲要，纲要第 高性能聚苯乙烯隔热节能墙体材料的开发 六篇第二十二章第一节中明确规定：严格执行建筑节能设计标准，推动既有建筑节 能改造，推广新型墙体材料和节能产品等。【习 建筑建材业是耗能大户，建筑物在使用过程中的能耗占总能耗的3 0 4 0 ，同 时排放出大量的c 0 2 、n o 。、悬浮颗粒物和其它污染物。因此，在这一领域内降低 能耗，提高能源利用率显得尤为重要。为此，发达国家多次下调其节能标准。表1 1 为我国与发达国家建筑节能标准中规定的维护结构传热系数。法国现行标准在第三 个节能2 5 的标准的基础上，再节能8 ；又如英国标准在能源危机前，外墙传热 系数为1 6 w m 2 ，经过三次修订标准后，现己降至0 4 5 w m 2 ，丹麦经过四 次修订标准后，现己降至0 3 0 w m 2 和0 2 0 w m 2 。而我国节能标准为5 0 的标准( 北京地区外墙传热系数只到0 8 2 w m 2 ) 。【4 5 l 随着人们生活水平的提高，对室内环境的舒适程度要求越来越高，相应的建 筑能耗( 包括空调采暖能耗) 也随之增加，造成能源消耗严重。在热的舒适度、能耗、 环境三者中找到合理的平衡点已成为建筑设计及建筑节能领域工作者的永恒主题。 表1 1 我国与发达国家建筑节能标准中规定的维护结构传热系数单位驯( m 2 k ) 国别外墙外窗屋顶 中国( 北京)o 8 2 4 0 0o 6 0 中国( 哈尔滨)0 4 0 2 5 0 o 3 0 德国 0 5 01 5 00 2 2 0 3 2 ( 内保温) 美国 2 0 40 1 9 0 4 5 ( 外保温) 日本0 4 2 2 3 30 2 3 法国0 4 02 0 0o 3 0 在当今的二十一世纪，降低建筑能耗，创造健康舒适的生活和工作环境，提高 建筑的舒适性、安全性和可靠性已成为建筑及建材行业发展的必然趋势，必将产生 巨大的社会效益和经济效益。同时，建筑及建材工业是国民经济的重要支柱产业之 一，特别是近几年建筑及建材工业的发展已经成为拉动我国经济发展的产业之一， 在未来1 0 年将得到迅猛发展。尤其北京申奥成功对首都、首都周边地区乃至全国的 2 北京工商大学硕士学位论文 城建和建筑行业产生了深远影响，也为新型节能及功能建材技术发展提供了新契机。 1 2 建筑绝热保温材料 国家建设部颁发的民用建筑节能管理规定中第二条规定：本规定所称民用 建筑，是指居住建筑和公共建筑。本规定所称民用建筑节能，是指民用建筑在规划、 设计、建造和使用过程中，通过采用新型墙体材料，执行建筑节能标准，加强建筑 物用能设备的运行管理，合理设计建筑围护结构的热工性能，提高采暖、制冷、照 明、通风、给排水和通道系统的运行效率，以及利用可再生能源，在保证建筑物使 用功能和室内热环境质量的前提下，降低建筑能源消耗，合理、有效地利用能源的 活动。【6 】建筑绝热材料品种繁多，用途广泛，比较常用的有以下几种类型：阴 1 泡沫塑料 泡沫塑料是以气体为填料的复合塑料，主要品种有聚氨酯树脂泡沫、聚苯乙烯 树脂泡沫、聚乙烯树脂泡沫、聚氯乙烯树脂泡沫、酚醛树脂泡沫、氮尿素泡沫，还 有环氧树脂泡沫、聚碳酸酯泡沫等，他们具有质轻、绝热、保温、隔热、隔音、比 强度高、导热系数低、吸湿性小、缓冲防震等特点。 泡沫塑料的物理力学性能主要取决于聚合物基料的性能、生产配方、泡沫密度、 泡体结构、成型条件等因素。按应用目的可相应组合成各种类型的材料进行施工、 如喷涂施工成型、浇注施工成型或通过一次或二次至成各种类型多种规格的复合板 材、无面板材和管、壳：又有模塑成型、挤塑成型等制品。 近4 0 多年来，泡沫塑料生产工业在发达国家发展很快，特别是在美国、欧洲、 日本等国家，生产量和品种都在迅速增加，他们对泡沫塑料的原料合成、制品成型、 成型工艺、设备配套等，从研制到应用领域都达到系列化和工业化的规模。 我国虽然起步较晚，但近2 0 年来发展很快，科技人员从科研、生产、节能的推 广应用、测评等方面做了大量的工作，特别是用量较大的卷纸树脂泡沫和聚苯乙烯 树脂泡沫，在原料生产技术上，形成了大规模自动化生产，能够保证工程上的应用。 在泡沫合成技术上，己从实验室的研制阶段转化到正常工业化生产。 泡沫塑料在建筑业的冷库保温、钢丝网架夹芯板、外墙外保温、屋面保温、热 力供暖管道保温等己广泛使用，已是建筑节能的主题材料，在建筑业的节能上占有 很大的比例份额。 3 高性能聚苯乙烯隔热节能墙体材料的开发 2 干胶海绵 是以固态胶或固态胶与树脂等共混为主分别配以各种辅料，经混炼( 密炼) 、 硫化连续式挤出、加热发泡、冷却分切而成海绵胶，统称为干橡胶。该类材料是高 档次绝热( 冷) 保温材料。通常又将这类干胶海绵产品简称之为橡胶( 塑) 泡沫或 橡胶( 塑) 海绵。 3 绝热玻璃 在现代建筑工程中，玻璃不仅是采光和装饰材料，也正在向控制光线、调整热 量、保温隔热、节约能源等方面发展，已成为功能型绝热保温材料，如中空玻璃、 热反射玻璃、吸热玻璃和专用于绝热保温工程的泡沫玻璃等。 ( 1 ) 泡沫玻璃 又称多孔玻璃。泡沫玻璃是以碎玻璃( 磨细玻璃粉) 为主要原料，在高温下掺 入少量能产生大量气泡的发泡剂( 如闭孔用炭黑，开孔用碳酸钙) ，混合后装袋， 在高温下熔融发泡，再经冷却后形成具有封闭气孔或开气孔的泡沫玻璃制品，最后 再经切割等工序制成壳、砖、块、板等。按其不同工艺和基础原料，可分为普通泡 沫玻璃、石英泡沫玻璃、熔岩泡沫玻璃等，也可生产多种色彩独立闭孔的保温隔热 泡沫玻璃和通孔的吸声泡沫玻璃。 由于这种无机绝热材料具有防潮、防火、防腐的作用，加之玻璃材料具有长期 使用性能不劣化的优点，使其在绝热、深冷、地下、露天、易燃、易潮以及由化学 侵蚀等苛刻环境下应用备受用户欢迎。 ( 2 ) 中空玻璃 又称密封隔热玻璃，它是一种能够满足现代建筑物对保温要求的极为理想的材 料。它由两片或多片玻璃通过填充干燥剂的铝框或塑胶条隔开，周边密封而成。在 玻璃之间可充入干燥气体也可充入惰性气体，玻璃边部密封可以采用密封胶或结构 胶。中空玻璃不但具有单层玻璃的采光性能，而且具有保温、隔热、隔声性能以及 防结露，还改善了居住环境，达到安全、美观等效果。 ( 3 ) 热反射膜玻璃 主要指阳光控制膜玻璃和透明反射热膜玻璃等，该类玻璃具有较高的热反射性， 而又能保持良好的透光性，是镀膜类建筑玻璃中的一个品种。 4 北京工商大学硕士学位论文 镀膜玻璃是利用不同的镀膜工艺在玻璃表面镀制一层薄膜，从而改善表面性能， 改善玻璃对光和热辐射的透过性以及对光的反射性能。镀膜玻璃可分为阳光控制膜、 低辐射膜、防紫外线、导电膜和镜面膜等类型。通常，热反射膜玻璃与吸热玻璃( 低 辐射玻璃) 的区分可用下式表示：s = a b 。式中a 为玻璃整个光通过量的吸收系数， b 为玻璃整个光通量的反射系数。s 1 时称为吸热玻璃，当s 1 时称之为热反射玻 璃。 ( 4 ) 低辐射玻璃与吸热玻璃 低辐射玻璃也称l o w - e 玻璃。其主要特点是对可见光具有良好的透过性，同时 能阻挠红外辐射。主要功能是减少室内的能量以热辐射的形式向室外散射，保持室 内温度，降低采暖费用，并且有较高的可见光透过率，其通透性与普通玻璃不相上 下。达到降低室内的热能消耗，具有可见光透过率高，太阳能辐射率低等特点。 吸热玻璃是指加入某些成分后，使该类玻璃能吸收大量红外线辐射，对红外线 的透射率很低，可减少阳光进入室内的热量，尤其在夏季，有利于降低室内温度， 达到节约能耗的目的。 4 无机纤维状高温材料 主要是指以无机矿物为主体成分的纤维材料，如矿物棉( 岩棉、玻璃棉、矿渣 棉) 、硅酸铝棉及它们的制品。该类材料在历史上是生产和应用较早、使用量较大 的一类保温材料，特别是美国和日本等国因炼铁工业发达，矿渣排放量大，以生产 矿渣棉产品为主。东北欧诸国玄武岩、辉绿岩等矿石蕴藏丰富，故大量生产岩棉制 品。 我国先后从美国、日本、澳大利亚等国家引进十余条岩棉保温板和岩棉保温管 生产线，目前已发展有矿渣棉、岩棉制品厂百余家，年产量仅次于美国和前苏联。 因今年生产技术水平的提高，该类产品的生产技术和产品质量得到明显的改善，并 按应用目的，可制成棉、毡、缝毡、贴面板、板、带、管壳、绳、粒状棉等制品及 钢丝网夹芯板等通用形状的绝热保温、吸声材料，按特殊应用也可与铝箔等材料复 合成型系列产品。由于该类产品具有耐温、不燃、吸声等特点，广泛用于建筑和工 业装备、管道、容器及各种窑炉的绝热、防火、吸声、抗震及其他各个领域的绝热 保温、吸声工程。 5 高性能聚苯乙烯隔热节能墙体材料的开发 玻璃棉制品主要用于建筑业，工业发达国家玻璃制品在建筑商的用量占玻璃棉 产量的8 0 以上，在日本甚至到达9 0 。 硅酸铝纤维制品是2 0 世纪年代初发展起来的一种纤维状的轻质耐火材料， 该类材料宜用在冶金、建材、机械、石油、化工、船舶以及宇航和原子能等尖端科 学技术。 5 无机多孔状保温材料 是指具有绝热保温性能的低密度非金属颗粒状、粉末或短纤维状材料为基料制 成的硬质或软质绝热保温材料。这些材料主要包括膨胀珍珠岩及其制品、膨胀蛭石 及其制品、微孔硅酸钙制品、泡沫混凝土制品、泡沫石棉制品、培烧硅藻土制品、 轻质烧结黏土制品等。 6 硅酸盐复合保温( 膏) 涂料 硅酸盐复合保温膏是一种无机浆体保温涂料。它综合了涂料和保温材料的双重 特点，将其涂抹在要求保温的设备和管道表面，干燥后形成一定强度和弹性的多微 孔保温涂料。这种涂料形成保温层的整体性好，热导率较低，保温效果好。特别是 用于各行业设备保温、保冷工程等，尤其是用于异型管道、阀门、球体、旋转体和 塔罐炉窑绝热节能保温，操作简单，直接涂抹成型，不需任何辅助材料包捆缠扎。 该类产品符合环保要求，无尘、无毒、无污染、无刺激、不腐蚀设备。 7 反射隔热保温外防护层 工程保温效果主要取决于保温材料的质量性能，但外防护层材料性能对保温节 能材料的绝热保温效果又很大的影响。尤其对纤维、无机多孔保温材料更加重要， 一旦水分透入，导热系数会成倍增加，造成大量散热损失。 根据材料的性质、重要程度来科学选择防护层类别和档次，例如铝皮用于超细 玻璃棉( 布) 保护层时，玻璃棉吸水变成碱对铝皮产生析氢而腐蚀铝皮，同时大量 氯离子的存在，还会加速腐蚀反应进行，降低使用寿命，浪费了材料。正确选择防 护层，不仅外表美观，也保证了保温的效果，同时由于自身的反射作用大大延长了 防护的使用寿命。 优选的防护层材料不仅应有良好的防水、保温、热反射等性能，还应该具有成 本低，施工方便，使用寿命长，阻燃等功能。主要包括：铝塑节能保温外防护层、 6 北京工商大学硕士学位论文 阻燃夹筋滤波、铝- 玻璃钢外护复合材料、铝箔保温隔热纸板、反射型保温隔热卷材、 玻璃棉岩制品复合材料等。 8 轻质保温砌块 具有自重轻、施工快、保温效果好等特点。特别是利用粉煤灰等工业废渣生产 的砌块，不但降低了产品成本，使废物得到有效利用，并且减少了对环境的污染。 随着框架结构建筑的普遍采用，使其共同构成外保温复合夹芯墙体，轻体保温砌块 的生产与应用得到迅猛发展。 9 建筑构造绝热保温系统 轻质保温墙体及屋面材料是新型绝热保温材料中具有代表性的一个大类。轻质 板材是在施工现场安装成复合墙体或在工厂预制成复合墙板，块类绝热保温材料与 板材有共同特点，具有减少自重、施工速度快、安装效率高、应用效果好等优点。 特别是近年来采用了新材料、生产新技术及施工新方法，轻质板、块材料得到了广 泛应用和稳定发展。 ( 1 ) 复合保温青( 浆) 外墙外保温系统 墙体保温膏( 浆) 材料，是近几年常用于建筑业保温材料的单独一类。通过实 际应用，不断总结材料合成技术和施工应用技术，己成为一套成熟、完整的外墙外 保温系统应用技术。目前，较常用的有：聚苯颗粒保温浆料、硅酸盐保温膏类和现 浇聚苯复合材料等。由于该类产品施工方便，价格低，能够达到保温设计标准要求， 广泛用于采暖地区工业与民用的新、老建筑外墙外保温、外墙内保温以及屋面保温 工程。 硅酸盐复合墙体材料是将多种硅酸盐及其它材料按照一定比例在工厂制成膏 ( 浆) 类材料，根据各自产品合成的技术路线和产品物性指标区别，有的出场产品 直接应用，有的产品在工厂预混，出厂到工地后再加入一定比例材料混合后，方可 采用抹灰工艺进行施工。 聚苯颗粒保温浆料是以聚苯颗粒( 或经回收废品粉碎的聚苯颗粒) 为轻骨架， 用有机、无机胶凝材料、助剂干伴复合而成的保温材料，分别包装，现场应用时加 入水搅拌混合，施工后形成无缝隙的保温隔热层。 保温施工完成后，还可以按设计具体要求进行饰面施工，进一步达到保温装饰 效果。 7 高性能聚苯乙烯隔热节能墙体材料的开发 ( 2 ) 外墙内保温和装饰系统 是近几年开发和应用的一种新的施工方法，曾经大面积推广和应用，通过实践 证明，在建筑结构上取得了一定的保温效果。尤其在外墙外保温施工方法因特殊情 况而无法实现时，更适合选用外墙内保温的施工方法。外墙内保温的施工方法占用 室内使用面积，且墙体不可避免存在“冷桥”现象，这是其最大的缺点，在某种程 度上影响了发展，在应用时可按照地区、环境等具体情况来选择，如能避免出现。冷 桥”，那么仍然是值得推广和应用的好方法。 ( 3 ) 聚苯板外墙外保温和装饰系统 简称e i f s ( e x t e r i o ri n s u l a t i o na n df i n i s hs y s t e m ) ，该系统是由聚苯乙烯保 温板、专用胶浆、抗碱玻璃纤维网格布以及饰面层构成并附在外墙外侧的多层保温 系统。外墙外保温系统不是承重构件，对基层的稳定性不起直接作用，而是集节能、 保温、隔热、隔音、防水与装饰功能为一体的轻质、环保型非承重性外维护建筑墙 体系统，可广泛应用于商业建筑和民用住宅。 ( 4 ) 钢丝网架夹芯板保温系统 钢丝网架夹芯保温( 复合) 板自2 0 世纪年代初美国首先研制开发，之后又 在奥地利、比利时及韩国相继出现，目前，世界各国均有应用。该种类型的板大体 可分为两种结构形式：一种是结合式，这种板先将两层钢丝用之字形钢筋焊结起来， 然后再空隙中插入保温条材；另一种是整体式，这种板先将保温材料置于两层钢丝 网片之间，然后再用联系筋将两层钢丝焊结起来。两种形式均构成稳定的板空间网 架体系，整体式生产效率高，填充材料与钢丝网之间不易移位，且产品规格变化与 较灵活。 钢丝网架颜面夹芯复合板简称g y 板，具有质量轻、强度高、稳定性好、保温 性能优于等特点。 目前，我国按夹芯材料的不同，可制成不同类型、不同长度、厚度、宽度的产 品，如钢丝网架半硬质岩棉夹芯板( 简称g y 板) ，钢丝网架硬质岩棉夹芯板( 简 称y g y 板) 。 钢丝网架水泥聚苯乙烯夹芯板始于美国，是美国卡文公司( g o v i n t e ) 专利建筑 构件，在国外建筑市场上应用很广，1 9 8 6 年传入中国。这种板是在工厂把中强度镀 锌低碳钢丝焊接成三维空间骨架，中间填充聚苯板作保温芯板。 8 北京工商大学硕士学位论文 钢丝网架聚苯乙烯夹芯板( 简称g j 板) ，这类板材结构形式、生产设备、生 产工艺以及安装方法与g y 板相似，均在工厂生产成板材后，运往施工现场组装成 墙或构件物，然后在其两抹( 或喷涂) 防裂砂浆，形成完整的夹芯板墙体或屋面， 最后进行内、外表面装饰。也有在工厂上预先喷抹水泥砂浆后，再运到工地安装。 一般将这类板材统称为钢丝网架保温夹芯板。根据板的厚度、构造以及用途， 钢丝网架夹芯板又可分为隔墙板、外墙板、楼板和屋面板。 ( 5 ) 玻璃纤维增强水泥板保温系统 简称g r c ( g l a s sf i b e rr e i n f o r c e dc e m e n t ) ，由抗碱玻璃纤维和低碱度水泥 制成。g r c 材料的防火性优于金属材料，突出特点是成型方便，可以做成各种形状， 满足各种造型要求，采用不同材料的复合结构可完成不同应用目的的保温外墙板、 阳台栏板和隔墙条板，生产不仅方便，又可达到小批量生产的要求。 采用低碱度水泥、耐碱玻璃纤维、轻质填加料( 如珍珠岩、聚苯乙烯泡沫等) 和填加剂混合浇注可制成玻璃纤维增强水泥轻质多孔隔墙条板，可作为一种预制非 承重轻质多孔内隔墙条板。g r c 材料不含粗骨料，细骨料的粒径小于3 m m ，脱模 后，表面非常致密，甚至模板上的一些细部纹理构造也能在g r c 板墙的表面反映 出来 该类产品具有质量轻、强度高、防潮、防火、隔音、抗震、无湿作业和施工方 便等特点，广泛应用于各种阳台栏板及保温墙板，不但降低了建筑自重，增大了使 用面积，而且降低了建筑造价，加快施工速度。 ( 6 ) 聚氨酯硬泡喷涂外墙外保温系统 北京振利高新技术公司开发的无溶剂聚氨酯硬泡喷涂外墙外保温系统( 简称聚 氨酯外保温涂料系统) 是由聚氨酯防潮低漆层、无溶剂聚氨酯硬泡保温层、聚氨酯 界面层、胶粉聚苯颗粒保温浆料找平层、耐碱网格布抗裂砂浆保护层及涂料饰面层 组成，该系统充分考虑了影响高层建筑外墙外保温热应力、水、火或热辐射、风压 及地震等自然界影响因素，满足我国不同气候区对建筑墙体保温、隔热、饰面多样 化的要求，广泛适用于新建采暖居住建筑及既有建筑节能改造的混凝土和砌体结构 外墙。 ( 6 ) 屋面保温系统 9 高性能聚苯乙烯隔热节能墙体材料的开发 屋面保温工程是在建筑的顶面，保温与防水工程息息相关，这是屋面保温工程 的特殊性。在设计、应用屋面保温材料时曾经出现忽视防水层对保温层的影响，也 有出现忽视保温层对防水层的作用，实际保温与防水应该是相辅相成。在实际工作 中，作防水工程必须考虑保温，作保温工程必须考虑防水。 目前，推广使用最普遍的保温层是板状保温层、整体现浇保温层等。在整体现 浇保温材料中，尤其是现浇硬质喷涂保温层，在应用上有很多优点。还有水泥( 凝 胶材料) 、聚苯颗粒与防水剂为主体材料复合的、有水泥与粉煤灰为主体材料复合 的、有氯氧镁与聚苯颗粒为主体材料合成的等各种现浇保温材料，在应用效果上较 传统现浇保温材料有很大改进与提高。它们共同的特点是保温材料中含水少、吸水 率低、导热系数低、施工简便、快捷，有些保温材料兼有防水功能。 1 3 外墙外保温系统 所谓外墙外保温嗍，是指在垂直外墙的外表面上建筑保温层，该外墙用砖石或 混凝土建造。此种外保温，可用于新建墙体，也可用于既有建筑外墙的改造。该保 温层对于外墙的保温效能增加明显，其热阻值要超过l 2 k w 。由于系从外侧保温， 其构造必须满足水密性、抗风压以及温湿度变化的要求，不致产生裂缝，并能抵抗 外界可能产生的碰撞作用，还能与相邻部位( 如门窗洞口、穿墙管道等) 之间以及 在边角处、面层装饰等方面，均得到适当的处理。然而，必须注意，外保温层的功 能，仅限于增加外墙保温以及由此带来的相关要求，而不应指望这层保温构造对主 墙的稳定性起到作用。其主体墙，即外保温层的基底，必须满足建筑物的力学稳定 性的要求，能承受垂直载荷，风载荷，并能经受撞击而保证安全使用，还应能使被 覆盖的保温层和装饰层得以牢牢固定。外墙外保温体系大体由如下部分组成： 北京工商大学硕士学位论文 图i i 外墙外保温系统基本构造 我国于八十年代中期开始研究外保温技术、进行工程试点。国内的企业、研究 单位首先通过改良工业窑炉、管道保温技术实现建筑节能，这方面的技术有珍珠岩、 复合硅酸盐、海泡石或有机复合的各种外墙保温砂浆。这些技术自9 0 年代初期应用 于北方严寒和寒冷地区的节能建筑，后因为性能指标达不到要求，并且工程质量问 题比较多而逐渐退出北方建筑节能市场。 部分国内企业引进国外技术或对其进行改造后组织生产用于建筑物的节能，这 方面的技术有：发泡聚苯板薄抹灰外墙外保温系统；机械固定发泡聚苯板钢丝网架 外强外保温系统；国内独立研发的技术，如胶粉发泡聚苯颗粒保温浆料外墙外保温 系统；发泡聚苯板现浇混凝土外墙外保温系统。这些技术代表了技术主潮流，是发 展的方向。随着建筑节能指标提高到6 5 ，最近几年国内还研发了聚氨酯高效外保 温技术以及复合外保温技术，这些技术正在日益成熟。还有一些企业正在研发挤压 聚苯板( x p s 板) 外保温技术、岩棉外保温技术，甚至有些企业正在研究多种技术系 统上贴瓷砖的技术，这些技术还有相当多的研究工作需要完成才能可靠地应用于工 程。建设部编制的外墙外保温工程技术规程中列入了推荐的5 种外保温系统： l 聚苯板薄抹灰外墙外保温系统 以聚苯板( e p s 板) 为保温材料，玻纤网增强聚合物砂浆抹面层和饰面涂层为保 护层，采用粘贴方式固定，抹面层厚度小于6 m m 。的外墙外保温系统。 2 胶粉聚苯颗粒保温浆料外墙外保温系统 1 l 高性能聚苯乙烯隔热节能墙体材料的开发 以矿物胶凝材料和聚苯颗粒组成的保温浆料为保温材料并以现场抹灰方式固定 在基层上，以抗裂砂浆玻纤网增强抹面层和饰面层的外墙外保温系统。在此基础上 又开发了适合于粘贴面砖饰面层的外墙外保温系统。 3 现浇混凝土复合无网聚苯板外墙外保温系统 用于现浇混凝土剪力墙体系。以e p s 板为保温材料，以玻纤网增强抹面层和饰 面层作为保护层，在现场浇灌混凝土时将e p s 板置于外模板内侧，保温材料与混凝 土基层一次浇注成型的外墙外保温系统。 4 现浇混凝土复合聚苯钢丝网架板外墙外保温系统 用于现浇混凝土剪力墙体系。以e p s 单面钢丝网架板作保温材料，在现场浇灌 混凝土时，将e p s 单面钢丝网架板置于外模板内侧，保温材料与混凝土基层一次浇 注成型，钢丝网架板表面抹灰水泥抗裂砂浆并可贴面砖材料的外墙外保温系统。 5 机械固定钢丝网架聚苯板外墙外保温系统 采用锚栓或预埋钢筋机械固定方式，以腹丝非穿透型e p s 钢丝网架板为保温材 料，后锚固于基层墙面上，表面抹水泥抗裂砂浆并可以粘贴面砖材料的外墙外保温 系统。 1 4e p s 板保温性能的研究现状 聚苯乙烯泡沫塑料简称e p s ，是以聚苯乙烯树脂为主要原料、经发泡剂发泡而 制成的一种内部具有无数封闭微孔的材料。 这种材料具有表观密度小( 2 0 - 5 0 k g m 3 ) 、导热系数低( 0 0 4 w m k ) 、吸水率 小( 0 1 ) 、隔音性好、机械强度和耐冲击性能高等特点，而且尺寸精度高，结构 均匀，耐热温度7 0 8 0 ，因此，被广泛应用于建筑绝热和低温管道工程保冷。 众所周知，e p s 之所以具有较低的导热系数，很大一部分原因是由于其发泡后 微孔内含有大量的导热系数很低( 0 0 2 5 w m ) 的空气，叫因此，大部分提高聚 苯乙烯保温性能的研究工作都集中在如何提高e p s 的发泡倍率，减小泡孔的大小和 改变空隙内气体的种类等等。 谭志勇通过在可发性聚苯乙烯的合成中，添加成核剂，提高了e p $ 的发泡质量。 通过e p s 的发泡泡孔照片的研究分析，证明了成核剂具有形成大量气泡核的作用， 北京工商大学硕士学位论文 使泡孔细密均匀，发泡倍率提高，并确认了添加量在1 0 0 0 p p m 至4 0 0 0p p m 之间效 果最好。【捌 黄兆阁等采用自由挤出发泡工艺研究了两种高抗冲聚苯乙烯h i p s 低发泡的成 型配方，讨论了发泡剂d d l 、s b s 和硬脂酸钙c a ( s t ) 2 的用量对发泡制品的影响， 利用s e m 电镜和生物显微镜观察了制品的泡孔结构。结果表明，发泡剂用量为05 份，s b s 用量为1 0 份和c a ( s t ) 2 用量为3 份时，制品的泡孔比较均匀，机械性能 良好。两种h i p s 做发泡制品时效果基本一致。【1 1 i 陈国华等采用微孔物理发泡，利用气体溶解度对压力的敏感关系，快速释放压 力，更能产生微孔结构，据此获得了泡孔直径小于1 0 pm ，泡孔密度1 0 1 0 c e l l s c m 3 的微孔结构。研究了c 0 2 浓度、挤出压力等对泡孔密度和大小的影响。【1 2 】 1 5 建筑传热方式 传热是热量从高温区向低温区自发的流动，是一种由温度差引起的能量转移现 象。自然界里，无论在任何一种介质内部，还是在两种介质之间，只要有温度差存 在就会出现传热过程。 导热，是依靠物体内分子、原子、自由电子等微观粒子的热运动，在宏观上物 体各部分无相对位移的热传递现象。在固体、液体和气体中均可发生，但在地球重 力场的作用范围内，单纯的导热过程只会发生于密实的固体中。对于墙体导热主要 发生在材料内部。 热对流，是依靠流体分子的随机运动和流体整体的宏观运动，将热量从一处传 到另一处的现象。主要发生在液体和气体中，但在多孔性的固体绝热材料中，孔隙 内的气体也会发生对流传热。在传热和绝热工程中，对流传热须与固体壁发生接触 才能完成，因此存在流体与固体壁接触的换热现象。当流体经过物体表面时，只要 二者存在温度差，即有换热现象出现。在壁面附近，由于流体的速度很低，热量的 传递主要是通过分子的随机运动来实现，可以将其看作是导热和对流同时存在的过 程。对于墙体，热对流主要发生在墙内表面与室内空气换热和墙外表面与室外对流 换热。多孔聚合物的热导率已在多相材料和塑料泡沫中进行了广泛的研究。 热辐射，是依靠物体表面对外发射电磁波而传递热量的现象。任何物体，只要 其温度大于绝对温度o k ，都会对外辐射能量，并且不需要直接接触和传递介质，当 高性能聚苯乙烯隔热节能墙体材料的开发 辐射电磁波遇到其它物体时，将有一部分转化成热量。物体的辐射随着温度的升高 而增大，当两物体存在温差时，由于辐射力的差异，高温物体辐射给低温物体的能 量大于低温物体辐射给高温物体的能量，其结果为热量从高温物体传递给低温物体。 对于墙体，发生热辐射与发生热对流是同时进行的。 从建筑传热的角度出发，除考虑墙体所起的作用，还必须考虑居住舒适性。分 两种情况：一是冬季墙体的保温。冬季为了保持室内的温度，室内的温度必须大于 室外的温度。此时墙体的散热是在室内温度不随时间变化的条件下进行的，因而称 之为稳定传热，稳定传热对墙体材料的保温性要求高。其二，是夏季墙体的隔热。 由于室外温度随时间变化，作用于墙体通过传热而使室内温度也随之变化，故称之 为不稳定传热。为了使室内温度不升高，对于墙体材料的隔热性要求高。 热转移可分为以下组成部分： = 8 + 口+ x 一 c 式中， 为总的热导率： 。、入口、x ，和 。分别代表固体传导、气体传导、 辐射和对流。 作为第一个近似【廿1 ，通过低密度泡沫其相和固相的热传到可表示为每一组的热 导率和其体积部分的乘积。大多数硬质聚合物的热导率为0 0 7 0 2 8 w ( m k ) ， 在3 2 k g m 3 泡沫( 3 ，体积分数) 固相中相应的热导率为0 0 0 3 0 0 0 9 w ( m k ) 。 大多数多孔聚合物的数值大小主要由密度和聚合物相的组成所决定，因孔结构的改 变而引起的变化要小一些。 虽然气相中的热导率比固相中低得多，但泡沫中通过气相热转移的总量常占整 个热转移的最大部分，这是因为气体的体积很大( 在3 2 k g m 3 的泡沫中大约占9 7 ) 。 用作发泡剂的气体的热导率，卤代烃的值比0 2 和n 2 低得多，因此可用于制备低 的多孔聚合物。通常，在直径小于4 m m 的孔中检测不到对流【1 4 ，1 5 6 】由于大部分多 孔聚合物的孔直径小于4 m m ，故对流可忽略。通过多孔聚合物的热辐射转移也有人 研究【1 7 8 l 对所有多孔聚合物，总的热导率对密度的变化情况相似，在低密度时 的增加归功于辐射转移的增加，在高密度时则归功于 。的增加。 大部分材料的热导率随温度的升高而降低。当泡沫结构和气体组成不受温度影 响时，多孔材料的结构和气体组成不受温度影响时，多孔材料的 随温度的降低而 降低，当气体组成改变时，比如蒸汽冷凝， 与温度的关系更复杂。如果气体组成 1 4 北京工商大学硕士学位论文 受老化的影响，则在室内条件下的老化可改变多孔聚合物的热导率。0 2 和n 2 扩散 进入孔中含有一种氯碳氢化合物发泡剂的聚苯乙烯泡沫就是这种情况。 1 6 无机非金属矿物提高农用塑料大棚膜保温性能的研究现状 地球上接受到的来自太阳的光其波长9 8 集中在0 3 3 o | im 范围内，分为紫 外光( 0 3 0 4t tm ) 、可见光( 0 4 0 7pm ) 和红外光( o 7um 以上) 三大部分，其中白 天供农作物进行光合作用的可见光是太阳光转化为地球上的热能的主要形式。夜晚 从地球表面向大气层散发热量的主要形式即能量的9 0 是以7 2 5pm 的红外光辐 射的，其峰值为1 1 1 3 p m 用农用塑料薄膜扣成的大棚，主要是使棚内温度远高 于棚外，使农作物得以早发芽、早成熟，寒冷的季节里棚内作物也照样能够生长。 普通的不含红外光阻隔剂的聚乙烯薄膜对红外光的阻隔能力很差，不足2 5 ，因此 虽然在白天太阳光透过棚膜，将能量留在棚内转化成热能，使棚内温度升高，但在 夜间由于棚膜对红外光阻隔性差，大部分热量会以辐射形式散失到棚外。为此只能 增加棚膜的厚度，而这种增加不仅提高阻隔性有限，而且受膜的成本限制也不可无 限制地加厚。唯一的办法是将对红外光有阻隔作用的物质加到塑料薄膜中使其红外 光辐射到棚膜上时不能穿