建筑用保溫材料現狀及發展趨勢

01我國建筑保溫材料發展現狀

     目前，世界平均建筑能耗占總能耗37%，我國建筑能耗約占全國總能耗的25%，建筑節能是節能減排的重點領域，墻體保溫是建筑節能的重要組成部分，而絕熱節能材料是構成墻體保溫系統的重要基礎。隨著我國建筑節能的推進，新建建筑95%以上已設計采用了圍護結構保溫系統。高效絕熱建材是節能的重要措施，是未來超低能耗建筑技術的關鍵，將廣泛應用于單體建筑、民用建筑、公共建筑、多層建筑和高層建筑領域，最終共同構建節能環�？沙掷m的世界。住房和城鄉建設部發布了《近零能耗建筑技術標準》《綠色建筑評價標準》《居住建筑節能設計標準》等國標，明確要求居住建筑節能率達到80%以上，且全由圍護結構節能承擔。上海市“十三五”明確提出到2020年建筑能耗比2015年下降20.5%的目標，高效絕熱建材成為能否完成目標的關鍵所在，顯然，采用綠色環保高效保溫材料是建筑保溫方案的最佳選擇。

      近年來，建筑外保溫材料在既有建筑節能改造和新節能型建筑中發揮了重要作用。然而，部分建筑外墻因使用易燃的有機保溫材料導致建筑火災頻發，引發諸多社會安全問題。最近幾年針對外墻保溫材料的各種規范修訂逐步升級，《建筑設計防火規范》GB 50016-2014（2018年版）、《促進綠色建材生產和應用行動方案》等，都對建材的阻燃性、環保性做出了要求。一般設計要求，人員密集場所的商用公共建筑，超過一定高度的住宅樓，其外墻外保溫材料的燃燒性能應為A級。常見的A級建筑保溫材料如圖1所示。

      我國在建筑行業的節能保溫方面起步較晚，在眾多技術方面雖然已有提高，但相比于其他發達國家仍有顯著差距。因此，我國未來建筑絕熱節能材料的發展要在適應本國建筑的基礎上，引進國外的先進技術和節能保溫材料，研發出適合我國國情的建筑保溫材料，提高我國建筑保溫性能。未來，我國建筑絕熱節能材料必須要適應各地的建筑行情，提高外墻保溫技術，積極開發新型保溫材料，以此來降低能耗，提高建筑壽命。

      02建筑保溫材料選擇的原則

    建筑能耗的高低與其自身的保溫性能有著較為密切的關聯，保溫性能好的建筑能耗要明顯低于保溫性能差的建筑。為此，在建筑設計中，應當合理選擇保溫材料，以此來實現節能降耗的目標。建筑保溫工程設計人員在選擇建筑材料時，除必須考慮滿足建筑節能要求和墻體保溫系統性能及節能效果持久性能的要求外，同時還應考慮使用的目的、使用部位、施工方法、性能指標等各種因素，以滿足各類工程需要。選擇時可參考以下內容：

1）足夠的強度；

2）足夠的化學穩定性；抗凍性，可以抵御低溫的侵襲；抗風化能力；

3）阻燃、不燃性能，滿足建筑防火要求；

4）吸水率低或不吸水；

5）較長的使用壽命；

6）良好施工性、施工過程不會破壞或降低保溫性能；

7）無毒無害，性價比高、環境友好的綠色建材。

      03新型建筑絕熱材料及發展方向

      所謂新型建筑絕熱材料，主要是指采用對生態環境無破壞的材料制作的材料，以此來確保人與自然以及建筑和諧相處。而今，新型建筑絕熱材料已經成為行業發展中的重要方向。

      淘汰行業落后產能，提升建筑絕熱節能材料行業整體技術水平和產品質量，將是今后的重點發展方向。越來越多建筑絕熱節能材料的企業將通過工藝設計提升、精細化管理的名號舉措，為節能行業提供高品質產品，向部品化、集成化轉變，也將從單一的材料供應商轉變為系統供應商、服務商。建筑絕熱保溫材料在向多元化、系統化、科學化、節能結構一體化、裝飾及防火、施工便利化、安全環保、生命周期長的方向發展，多功能復合保溫材料、輕質化保溫材料、保溫裝飾一體化材料、綠色環保保溫材料、防潮防水保溫材料、真空絕熱材料、相變材料和納米孔保溫材料等新型絕熱材料逐漸在建筑市場嶄露頭角。

    1）保溫材料多功能復合化

     面對建筑材料性能越來越高的標準，目前使用的建筑絕熱節能材料在工程應用中或多或少存在不足之處，無法同時滿足保溫隔熱、防水、防火等要求。未來建筑墻體保溫材料的發展應能同時滿足兩種應用需求：其一，應具有常規保溫功能，這是建筑墻體保溫材料必須具備的基本功能；其二，具備防水性高、防火等級高、密度低、環保等優點，即需具備綜合功能。為了克服建筑絕熱節能材料性能的不足，企業紛紛研制輕質多功能復合保溫材料，實現有/無機材料復合互補，實現材料/構造科學復合多功能化，使保溫/防火/裝飾復合達到一體化，促使建筑保溫材料產品向多功能復合型發展。

      總之，單一的有機材料或者無機材料較難完全滿足市場的需求，可以將具有不同功能特點的保溫材料經一定工藝復合，提升產品性能，以此來適應建筑節能新形勢對我國外墻保溫材料的新要求。

     2）保溫材料輕質化

      在同種材質下，保溫隔熱材料的密度越小，隔熱效果越好。材料輕質化不會增加建筑圍護結構的額外負擔，降低了因結構負荷過大而造成開裂、滲漏的風險。

      3）保溫裝飾一體化

      保溫裝飾一體化板也叫節能保溫裝飾一體板，是指將保溫材料與多種造型、多種顏色的金屬裝飾板材或無機預涂裝飾板在工廠進行有機復合，實現產品的預制化、標準化、組合多樣化、生產工廠化、施工裝配化，達到保溫與裝飾功能于一體的目的。保溫裝飾一體化板是由粘結層、保溫裝飾成品板、錨固件、密封材料等組成。施工方案眾多，不僅適用于新建筑的外墻保溫與裝飾，也適用于舊建筑的節能和裝飾改造；既適用于各類公共建筑，也適用于住宅建筑的外墻外保溫；既適用于北方寒冷地區的建筑，也適用于南方炎熱地區建筑。

      保溫裝飾一體化是建筑保溫材料行業的未來發展方向之一，有很大的發展潛力和市場前景。

      4）保溫材料綠色環�；�

      近年來，粉煤灰、廢舊泡沫塑料等廢棄物回收再利用，在保溫隔熱領域得到了廣泛推廣。隨著對這些降解難度大、處置成本高的廢棄物的大力開發，資源得到了有效運用，環保又節能。近年來，對廢棄物的處理及回收再利用上國家加大了扶持力度，盡量減少對天然礦物質的需求，采用廢棄物為生產原料，成為未來保溫材料的發展方向之一。如有機質發泡保溫制品不再使用氟里昂、丙烷而是利用水為發泡劑；繼續完善、開發日用廢塑料制品為主要原料的建筑隔熱保溫制品，液態渣的礦棉生產技術等；開發以植物纖維為主要原料的纖維質保溫材料；發展無石棉硅酸鈣隔熱保溫制品。

      5）絕熱保溫材料的防潮防水性能

      防潮防水性能是絕熱保溫材料重要發展方向。材料吸水率是選用絕熱材料時考量的一個重要指標，常溫下水的導熱系數是空氣的23.1倍。絕熱材料吸水后會大大降低其絕熱性能，也會加速對金屬的腐蝕，是十分有害的。保溫材料的空隙結構分為連通型、封閉型、半封閉型等幾種，除少數有機泡沫塑料的空隙多數為封閉型外，其他保溫材料不管空隙結構如何，其材質本身都吸水，加上連通空隙的滲透吸水，故整體吸水率較高，因此對建筑保溫材料的防水防潮要求十分嚴格。

      6）高性能絕熱材料的創新研發

      研制綠色環保高效長壽命的絕熱材料是另一重要發展方向。絕熱材料在建筑中的應用類型及設計選用應符合GB/T 17369-1998《建筑絕熱材料的應用類型和基本要求》的規定。選用時除應考慮材料的導熱系數（導熱系數不大于0.175W/（m·K））外，還應考慮材料的吸水率、燃燒性能、強度等指標。目前，用于建筑的高效絕熱材料可分為納米孔材料、相變材料、真空材料和反輻射材料四類。

   （1）真空絕熱材料

     建筑用真空絕熱板（Super-Slim Thinsulate Panel insulation board, STP板）是近年來發展起來的一種新型高效真空絕熱材料，由填充芯材（如破璃纖維、氣相二氧化硅和聚氨酯等）、氣體阻隔膜和吸氣劑組成。通過提高板內真空度來降低空氣引起的熱傳遞，使其導熱系數可以達到 0.002W/（m·K）以下，為傳統保溫材料導熱系數的 1/10，厚度僅為傳統保溫材料的 1/7~1/10，從而達到保溫節能、節省空間的目的。

      與傳統建筑用保溫材料相比，真空絕熱板具有一定優勢。但是作為一種新型保溫隔熱材料，真空絕熱板在建筑上的應用還存在一些問題。真空絕熱板應用的前提條件是要保證其真空度未被破壞，但作為建筑物保溫隔熱材料應用時，其力學性能差，表面易破損，需要進一步優化其力學結構。在建筑上應用時，其與墻體粘結的材料為鋁箔玻璃纖維布，這種布耐酸耐堿但是非常光滑不容易與墻體粘結，再好的粘結砂漿與之結合都留有安全隱患，而產品的布邊本身也是真空范圍不得釘錨，所以特有的錨固技術隨之誕生，增加了產品的安全系數，同時為重量大的飾面比如石材、面磚等能夠上墻提供了可行的技術保障。STP使用壽命測試大多是在實驗室進行，具體在建筑上應用時的壽命時間尚未得到實踐驗證，其使用壽命應小于建筑物的使用壽命。相對于傳統的建筑用保溫材料，真空絕熱板不能任意裁剪，切割，否則會破壞其真空度，需要按照現場施工要求預先訂制。真空絕熱板的造價偏高，材料成本和制作成本都比普通的保溫材料要高，這限制了其在建筑領域大規模地使用。

        STP保溫板適用于新建、擴建民用及公用建筑外墻與屋面的保溫工程，尤其特別適用于既有建筑的節能改造工程。

   （2）相變保溫材料PCM

       相變材料是在某一特定的溫度下，能夠從一種狀態到另一種狀態轉變的物質，物質的分子迅速由有序向無序轉變，同時伴隨著吸熱或放熱現象。在建筑節能領域，正是通過與相變材料的復合，增加建筑物的溫度調節能力，達到節能、保溫和舒適的目的。

      建筑用相變材料主要包括無機PCM、有機PCM和復合PCM三類。其中，無機類PCM主要有結晶水合鹽類、熔融鹽知類、金屬或合金類等；有機類PCM主要包括石蠟、醋酸和其他有機物；近年來，復合相變儲熱材料應運而生，它既能有效克服單一的無機物或有機物相變儲熱材料存在的缺點，又可以改善相變材料的應用效果以及拓展其應用范圍。因此，研制復合相變儲熱材料已成為儲熱材料領域的熱點研究課題。但是混合相變材料也可能會帶來相變潛熱下降，或在長期的相變過程中容易變性等缺點。

      相變建筑材料也已經逐步進入了實用階段，但還是存在很多問題。相變建筑材料保溫隔熱性能的測定是一個研究難點。相變傳熱本身具有非線性的特點，同時還伴有液相流動、體積變化、相變材料與器壁間熱阻等復雜因素，使得對其熱工性能的分析變得非常困難；PCM與基體材料的相容性、長期穩定性、結合形式都會對相變儲能建筑材料的結構強度、應力變化等性能發生影響；相變儲能建筑材料的使用需要考慮相變材料的種類，相變溫度范圍，與傳統材料復合的百分比，使用區域的氣候以及使用建筑物的結構等因素。相變儲能建筑材料的熱傳遞模型，各種構件和相變系統的設計等方面，仍然需要進一步研究。

 （3） 納米孔保溫材料

     運用新的納米技術的保溫材料是研究的主要方向。目前，已經出現幾種新型保溫材料，如納米孔絕熱材料、復合絕熱材料石棉代用品、氣凝膠等。納米孔硅質保溫材料就是納米技術在保溫材料領域新的應用，組成材料內的絕大部分氣孔尺寸處于納米尺度。隨著納米技術的不斷發展，技術上的突破已為時不遠。

     氣凝膠：氣凝膠被稱為“改變世界的神奇材料”、“終極保溫絕熱材料”、“超級海綿”。

     氣凝膠氈：氣凝膠氈是以納米二氧化硅氣凝膠為主體材料，通過特殊工藝復合而成的柔性保溫隔熱氈。

   （4）反射材料——石墨聚苯板

     石墨聚苯板是膨脹聚苯板的一種，是在聚苯乙烯原材料里添加了紅外反射劑。這種物質可以反射熱輻射并將EPS的保溫性能提高30%，同時防火性能很容易地實現了B2級到B1級的跨越。

     石墨聚苯板是目前保溫材料中性價比較高的保溫產品。因為聚苯板保溫產品在保溫領域里應用廣泛，不論是歐洲還是國內，聚苯板保溫體系都具有較大的市場份額。對低于54米的住宅建筑、低于50米的公共建筑、低于24米的幕墻式建筑，該保溫材料的薄抹灰保溫系統是可選方案之一。

    05總結與建議

     建筑節能是節能減排的重點領域，墻體保溫是建筑節能的重要組成部分，而絕熱節能材料是構成墻體保溫系統的重要基礎。隨著《民用建筑節能設計標準(采暖居住建筑部分)》(JGJ26-95)、《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》(JGJ134-2001)及《民用建筑節能管理規定》的實施，建筑保溫材料將得到廣泛的應用。建筑絕熱節能材料向價值鏈高端產品升級、重點研制低能耗高效絕熱材料、改進產品質量、進行技術創新、著重解決用戶的痛點、保護資源環境等方向發展。

     應大力發展輕質高強、保溫隔熱、防火阻燃、耐久性強、綠色環保的新型保溫板材，如目前在建筑外墻使用較少的真空絕熱板、防火等級較高的纖維增強復合材料保溫板、多功能復合保溫板等。重點研制低能耗高效絕熱材料，如氣凝膠氈、石墨烯、防火隔離帶絕熱材料和保溫裝飾復合一體板等新一代的工藝技術和產品。在產品創新上走開發與復合并重的途徑。復合的目標是密度輕、導熱系數小，在不影響主要性能的前提下提高產品的強度與防水性能。在不影響最終產品質量的前提下，以保溫材料廢棄物為生產原料，發展循環經濟，生產燃料盡量采用清潔能源，實現環保達標，綠色生產。