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能源与材料 建筑节能及硬质聚氨酯泡沫塑料在建筑节能方面的应用 赵金剑，20064668，建筑学院7月1日,公共建筑节能设计标准公布实施，该标准规定开工项目不节能不能施工，并将对相关责任单位罚款50万元。一向沉寂的节能建筑市场迎来了期盼已久的春天。 我国第一部有关公共建筑节能设计的综合性国家标准公共建筑节能设计标准已于7月1日正式实施。此前不久，建设部颁布了关于新建居住建筑严格执行节能设计标准的通知，通知要求城市新建建筑均应严格执行建筑节能设计标准的有关强制性规定，违规单位或个人将受到重罚。2004年4月，国务院办公厅发出关于开展资源节约活动的通知，全面推进能源、原材料、水、土地等资源的节约利用，用3年左右时间向建设资源节约型社会迈出实质性步伐。 这一系列措施预示着，我国建筑业正走向节能时代，敏感的企业为之欢呼雀跃，建筑节能市场蕴含着无限商机。 眼下，我国正处于房屋建筑的高峰时期，建筑速度之快，规模之大，可谓前所未有。2003年，我国城乡建筑竣工面积达20.3亿平方米(其中城镇12.7亿平方米)，超过所有发达国家年建成建筑面积的总和。但令人忧虑的是，在新竣工的建筑中，节能建筑面积不到1亿平方米，尚不足竣工建筑的5%。至今，在我国城乡既有建筑约400亿平方米中(其中城市约140亿平方米)，只有3.2亿平方米房屋是节能建筑，不到全国既有建筑的1%。 我国是一个能源短缺的国家，但我国单位建筑面积能耗目前却是发达国家的2至3倍。与发达国家相比，我国建筑钢材消耗高出10%至25%，每拌和1立方米混凝土要多消耗水泥80公斤；卫生洁具的耗水量高出30%以上，而污水回用率仅为发达国家的25%。此外，在我国人均耕地只有世界人均耕地1/3的情况下，实心黏土砖每年毁田12万亩。更令人担忧的是，我国建筑能耗的总量正呈逐年上升趋势，在能源总消费量中所占的比例从上世纪70年代末的10%，已上升到近年的27.45%。目前，我国正处于工业化和城镇化快速发展阶段，以现在的建设速度，预计到2020年，全国高耗能建筑的面积将达到700亿平方米，仅空调夏季高峰负荷将相当于10个三峡电站满负荷能力。这些建筑在接下来几十年至上百年的使用时间里，采暖、空调、通风、炊事、照明、热水供应等方面都要不断消耗大量能源。建设部研究表明，我国建筑耗能比例最终将上升至35%左右。专家表示，若能把日益增加的建筑能耗减少一半，进而逐步达到发达国家的能耗水平，就可大大减少煤矿、电站等能源设施建设的规模。如果我国城镇建筑全部达到节能标准，到2020年每年就可节省3.35亿吨标准煤、减少8000万千瓦时空调高峰负荷，相当于每年节省电力建设投资约1万亿元。 建筑节能需要新技术 政府对节能建筑的强力推进，使得节能建筑材料形成了一个巨大的市场。许多企业看到了其中的商机，纷纷进军这一新兴市场。来自法国和德国的节能材料，也已进入了中国。 节能专家认为，墙体节能材料市场空间虽然巨大，但真正大规模产业化生产的企业却不多。其中，如何提高墙体与保温板之间、保温板与饰面层之间的粘结、抗裂性能成为技术难点。 外墙外保温是建筑外墙涂层要求最为严格的应用。尤其当气候比较潮湿时，砂浆与隔热材料之间的粘接很难达到25年的寿命期。国内企业目前还没有有效的解决方案，大部分生产厂家依靠进口。而国外企业开发的胶乳粉虽具有很好的粘接和防水性能，对冻融现象具有更好的耐受能力，能改善整个系统的耐冲击性和耐穿透性，但价格十分昂贵，令人望而却步。更重要的是，专家认为，国外节能建筑材料来到中国后，遇到了“水土不服”的问题。在上海，潮湿多雨的黄梅天使得来自德国的建筑材料粘合度大大降低。 建筑节能材料专家、上海英硕聚合物材料有限公司总工程师乌力吉对记者说，如果采用国外的技术和产品，无疑会加大成本和支出，从而影响节能建筑的大面积推广。而国内建筑节能墙体现有的小型砌块、加气、粉煤灰砌块保温节能多乳性墙体材料，抹灰容易开裂，造成墙体渗漏，尚无好的解决办法，严重阻碍着墙体改革进程。开发具有我国自主知识产权的建筑节能技术和产品，在与国外产品性能相同的情况下，降低价格，就成为节能市场的急需。 据此，英硕公司在进行了详细的市场调查后，决定攻克外墙外保温节能技术中产品粘结性、抗裂性差这一难题，并获得上海市建委、科委的重视和支持。公司技术人员经过1年的努力及多次反复试验、测试，依托原有的“活性硅改性”技术，结合界面处理技术，使无机硅酸盐材料的防水、抗渗、粘结强度等性能得到很大改善，在吸收欧美各国先进保温节能技术的基础上，对无机保温材料及无机凝胶材料进行系统的研究，成功研发出高效外墙外保温材料活性硅聚合物改性外墙外保温材料，从而解决了目前市场上产品粘接性能的局限性，达到国际同类产品先进水平。其产品已应用于上海世博动迁、上海金融数据中心等多项重点工程。筑节能是人类社会发展的必然趋势，是中国改革和发展的迫切要求，也是21世纪中国建筑事业发展的一个重点和热点。温家宝总理在政府工作报告中指出，要大力提倡节约能源、资源的生产方式和消费方式，在全社会形成节约意识和风气，加快建设节约型社会。在研究经济工作的高层会议上，中央领导再次强调要大力发展“节能省地型”住宅。由此可见，建筑节能工作在当前我国建设节约型社会中已经是举足轻重、刻不容缓。一、我国建筑能耗的现状 据国家有关资料显示，我国化石能源资源中90以上是煤炭，人均储量为世界平均水平的1/2，人均石油储量为世界平均水平的11，天然气仅为4.5；煤炭消耗量占世界总量的40，石油消费仅次法国，位居世界第二，中国对海外能源的依赖程度达50以上。在土地资源方面，我国人均耕地只有世界人均耕地的1/3，水资源仅是世界人均占有量的1/4；而建筑用实心粘土砖每年要毁田12万亩。目前，能源的紧张形势在我国已十分严峻，可能会威胁国家的稳定和安全。在资源如此紧张的形势下，住宅建筑能耗却占了全国能耗的32。我国既有的近400亿平方米的建筑基本上是高耗能建筑，单位面积采暖能耗相当于气候条件相近发达国家的2-3倍。目前我国每年新建建筑近20亿平方米，超过所有发达国家建设量的总和，但95以上仍是高能耗建筑。预测在未来的15年即到2020年，我国还将建成约200亿平方米建筑。如果再不采取节能措施、不推行建筑节能材料，2020年建筑能耗将达到11亿吨标准煤，相当于目前建筑所消耗能源的三倍。据专家测算，如果国家从现在起就下决心狠抓建筑节能工作，对新建建筑全面强制实施建筑节能设计和应用，并对已有建筑有步骤地推行节能性改造，到2020年，我国建筑能耗可减少3.35亿吨标准煤，空调高峰负荷可减少约8000万千瓦时（相当于4.5个三峡电站的满负荷出力，减少电力建设投资约6000亿元），能源紧张状况和污染压力必将大为缓解。但如果继续放任自流，错过当前这段大好机遇，不采取坚决有效的措施，则将长期大大加重国家能源负担，对我国经济社会的可持续发展产生严重制约，对能源安全和大气环境造成重大威胁。严峻的现实表明，国家要持续发展，必须加大建筑节能的工作研究，以有效的措施，制定相应的法规，推而广之。二、我国建筑节能的进展我国的建筑节能工作始于1986年颁布的北方地区居住建筑节能设计标准，节能目标是30；1996年将这一节能目标提高到50；2000年建筑节能管理办法颁布；2002年夏热冬冷地区（过渡地区）的建筑节能规划出台；2004年夏热冬暖地区（南方地区）的建筑节能标准颁布。经过十多年的努力，建筑节能工作有所推进，也取得了一定成绩。但是，目前我国的建筑节能工作受传统观念等诸多因素影响，实施起来还存在许多困难和问题。国家虽然早已颁布新建建筑必须实行节能50的强制性设计标准，但在实施标准的9年里，能达到此目标的只占同期建筑总量的不足10。我国建筑节能工作的进展情况，无论是政府部门还是行业专家都认为任重道远，尚需努力。三、我国建筑节能的症结我国的建筑节能工作为什么会出现“雷声大、雨点小”的尴尬局面？究竟是什么阻碍我国建筑节能发展的步伐？笔者认为，可归结以下几点：1、建筑节能意识薄弱。人们没有充分认识建筑节能工作在创建人类和谐社会中是多么重要、多么紧迫，同时对建筑节能的基本知识也缺乏深刻的了解。例如，人们在购房时，很多人不懂得也不关心建筑能耗的高低。这样，人这个主体没有了对房屋这个客体的节能需求，更没有对房屋节能性能的选择和监督，导致相当一部分缺乏社会责任，守法意识淡薄的开发商、供应商钻了空子，同时也逃避政府的监督。加之一些地区的主管部门没有真正树立起科学的发展观，为追求“政绩”，只注重建筑数量和规模，放松或放弃了自身的监督管理职能。2、缺乏行之有效的新技术、新材料和新管理模式的推广交流平台。近年来，我国建设规模和总量增长比较快，但科技投入没能同步跟进，建筑的科技进步是滞后的，对建筑发展的贡献率一直不高；我们不少的所谓“创新”，实际上是在建筑的概念炒作和表皮包装上下了不少功夫，着力点没放在内在品质的提高上，甚至生搬硬套、东拼西凑一些概念性的东西，缺乏技术支撑，结果浪费资源、污染环境的状况没有根本性改变，治标不治本。3、法律、法规、政策措施不完善。建筑节能涉及国家和政府多个部门，也涉及到自然科学和应用科学的各个领域，如设计标准、建筑材料、供水供电等。单靠哪一个部门都很难实施，应有相应的职能部门牵头，加大协调力度，制定行之有效的强制各方利益主体必须积极参与节能的法律法规和行政监管体系，并组成强有力的政府权威的综合监管机构。四、对建筑节能发展的思考当前，大力推进建筑节能工作已迫在眉睫，我国政府制定了相关政策和规定，我们要抓住有利契机，把建筑节能工作与推进住宅产业现代化紧密地结合起来，在全面建设小康社会新的历史时期，真正落实科学发展观，以人为本，努力构建和谐社会，着手在节能观念、节能技术和节能政策三个方面做好文章。（一）全面落实和体现科学发展观推进建筑节能发展，其要义是在工程建设和产品使用中，树立和坚持科学发展观，统领建筑产业链条，统一各业思想，树立正确的节能观念。1、树立以人为本的观念。建筑节能不是片面的节约，而是全面地提升建筑的基本品质。不要误以为建筑节能就要降低建筑标准和使用水平，防止简单地将节能建筑理解为“低标准”和“简易房”。当今社会，科学技术发展日新月异，社会越是发展，节能意识越要加强。要增强21世纪能源紧迫感，要充分认识到建筑节能是一种开发理念和政策取向。开展建筑节能不能主张资源的过度占用与浪费，但也不是以降低综合性能和牺牲舒适度为代价来换取资源的节约，其最终产品必须是不仅质量优良，而且要充分体现和满足以人为本的和谐理念，造福人民，回归自然，与社会发展水平相适应的人性化建筑。2树立全面节约的观念。建筑节能工作不仅仅是能源的节省，而是在建筑这一宏观平台上，创造一种节约型的发展模式，树立科学的、系统的、全面的节约观念。一是建筑节能不仅限于能源的节约，还涉及到占用和消耗的其它资源，如水、建材等；二是作为主体能源的化石类能源是不可再生资源，要充分利用高科技手段，研究消耗规律和利用效率，产生更大的节约效能；三是全面节约的概念不仅是节约和少用，还应重视使用能源对环境和人类的污染。3树立全寿命成本的观念。建筑的全寿命成本，是指建筑从初期建造至运行使用直至建筑报废全过程所使用的综合成本。包括初期建造成本和消费期的消耗、维护运行成本。当前，大多数人由于缺乏全寿命成本的概念，往往只关注购房时的总价，而没有计算分摊在每个“使用年”上的费用。其实，在漫长的消费过程中，运行成本是不可忽视的重大能源消耗。节能后的建筑并未提高综合成本，反而总体上降低了综合成本。（二）不断推进和加快技术创新开展建筑节能，就是要依靠科技进步，坚持技术创新，迅速提升建筑品质和性能，谋求可持续发展，杜绝和减少浪费。1、减少资源消耗。高效率地利用资源，建筑的建造和消费、材料的生产和使用，要选择节约资源的技术新路线，减少资源的耗用量，尽量不用或少用不可再生资源。2、提高材料性能。高性能的材料产品，是高效率利用资源的前提，建筑结构材料要有足够的强度和耐久性，围护结构要有良好的保温隔热性能，防水、隔声、涂料、管道等专用功能性材料，都要具有相应的高性能。3、减轻环境污染。杜绝使用污染性材料，坚决有效的控制有害物质排放，并尽可能地利用清洁能源。4、延长生命周期。发挥材料潜能，延长使用年限，既可节省资源，降低建设成本，又会减轻环境负荷。5、加大回收利用。尽量减少废弃和排放，使资源的投入和回收利用形成良性循环，最大限度地减少最终废弃物。（三）建立健全法制标准体系和激励机制目前我国对建筑节能的监督和管理仍没有摆脱“立法腿长，执法腿短”的窘境，扶持建筑技术创新、鼓励开发资源节约型项目的倾斜政策尚未全面建立。建筑节能工作之所以进展缓慢，与法制体系的乏力和激励政策的缺位不无关系。当前，非常有必要抓紧研究和制定推进建筑节能的产业政策。1、强制性地执行现有的法规和节能标准，并期待政府加快相关标准规范的制定，逐步形成完善的法规标准体系，建立起强有力的约束机制。 2、加快政策支持和技术服务体系的建设。可借鉴一些国家的成功经验，对提前实现或实施高于国家规定节能标准的，对于超额完成节能改造任务的给予政策扶持和经济上的奖励；加大政府对建筑节能相关技术和产品的研究开发的支持力度；建立国家建筑节能产品认证和节能建筑标识制度。3、加大推进城镇供热体制改革力度，全面实现供热的量化、市场化和货币化。要像用水、用电一样实行谁用热谁付费，自主调节室温，按量计费的管理体制。4、建立一整套经济激励制度，唤起全民的节能意识，比如对节能建筑的收费和税收给予优惠政策，利用经济手段与提高节能意识双管齐下，使全民认识到建筑节能是利在当代，功在千秋的伟业。目前中国有广泛的市场的建筑外墙保温材料，硬质聚氨酯泡沫塑料，如果他能够广泛使用，性能不断提升，中国的冬季采暖，夏季制冷将大大节约能源，它是建筑节能的很好材料。硬质聚氨酯泡沫塑料，简称聚氨酯硬泡，它在聚氨酯制品中的用量仅次于聚氨酯软泡。聚氨酯硬泡多为闭孔结构，具有绝热效果好、重量轻、比强度大、施工方便等优良特性，同时还具有隔音、防震、电绝缘、耐热、耐寒、耐溶剂等特点，广泛用于冰箱、冰柜的箱体绝热层、冷库、冷藏车等绝热材料，建筑物、储罐及管道保温材料，少量用于非绝热场合，如仿木材、包装材料等。一般而言，较低密度的聚氨酯硬泡主要用作隔热（保温）材料，较高密度的聚氨酯硬泡可用作结构材料（仿木材）。聚氨酯硬泡一般为室温发泡，成型工艺比较简单。按施工机械化程度可分为手工发泡及机械发泡；按发泡时的压力可分为高压发泡及低压发泡；按成型方式可分为浇注发泡及喷涂发泡。硬质聚氨酯泡沫塑料是以异氰酸酯( MDI) 和多元醇( polyol) 两组份液体为主要原料, 在发泡剂、催化剂、改性剂、阻燃剂、抗老化剂等多种助剂的作用下, 通过专用设备按照特定比例均匀混合、高压喷涂、现场无氟发泡形成的高分子聚合物新型防水保温材料。它拥有连续致密的表层及闭孔率高达95% 以上的互联壁高强度蜂窝结构, 是集防水、保温、隔热、隔汽、防腐等多种功能于一体的新型节能材料。硬质聚氨酯泡沫塑料在欧美发达国家已经使用三十多年,应用相当普及,已经显示出较聚苯乙烯板、胶粉聚苯颗粒砂浆等其他保温体系更为巨大的优势和更广泛的适用性。我国建设部也非常重视硬质聚氨酯泡沫塑料在建筑节能领的应用, 为此专门成立了建设部聚氨酯建筑节能应用推广工作组。2005 年10 月10 日建设部在北京召开了“聚氨酯墙体节能应用技术国际交流会”。2 主要性能特点2.1 卓越的保温隔热性能硬质聚氨酯泡沫塑料是一种高性能的高分子热固型保温材料, 其导热系数低于0.025W/ mk, 远低于其它传统的保温材料。由于采用现场喷涂施工, 能形成连续的保温层, 即使节点等复杂部位也不会有“热节”和“冷桥”现象。2.2 优异的防水性能硬质聚氨酯泡沫塑料连续自结的表皮和能达到95% 以上的高强度互联壁闭孔, 具有理想的不透水性和良好的水蒸气渗透阻, 采用现场直接喷涂技术, 可以在建筑外墙和屋面形成一层无接缝的连续防水层, 在异型施工中更具有鲜明的优点, 能有效避免雨水渗漏。2.3 理想的强度硬质聚氨酯泡沫塑料的强度取决于它的原料、配方、密度、结构及成型工艺, 在其它因素相对不变时, 密度决定着强度, 硬质聚氨酯泡沫塑料密度大于55kg/m3 时, 其抗压强度大于400 KPa 。2.4 良好的阻燃性能硬质聚氨酯泡沫塑料离明火自熄, 完全能满足公建和住宅防水保温材料阻燃性能要求。2.5 超长的耐老化和耐久性能与聚苯乙烯等有机材料相比, 硬质聚氨酯泡沫塑料耐老化性能更加优异, 化学性能更加稳定。低温-50不脆, 高温+150不流淌, 不粘连, 具有良好的热稳定性, 可在120下长期使用; 且耐弱酸、弱碱等化学物质侵蚀。材料空隙结构稳定, 吸水率低、耐冻融。其综合使用寿命长,30 年内几乎无变化。2.