建筑用保温材料现状及发展趋势

核心提示：目前，世界平均建筑能耗占总能耗３７％，我国建筑能耗约占全国总 能耗的２５％，建筑节能是节能减排的重点领域，墙体保温是建筑节能的重要组成部 分，而绝热节能材料是构成墙体保温系统的重要基础。随着我国建筑节能的推进，新 建建筑９５％以上已设计采用了围护结构保温系统。 ０１我国建筑保温材料发展现状 目前，世界平均建筑能耗占总能耗３７％，我国建筑能耗约占全国总能耗的２５ ％，建筑节能是节能减排的重点领域，墙体保温是建筑节能的重要组成部分，而绝热 节能材料是构成墙体保温系统的重要基础。随着我国建筑节能的推进，新建建筑９５ ％以上已设计采用了围护结构保温系统。高效绝热建材是节能的重要措施，是未来超 低能耗建筑技术的关键，将广泛应用于单体建筑、民用建筑、公共建筑、多层建筑和 高层建筑领域，最终共同构建节能环保可持续的世界。住房和城乡建设部发布了《近 零能耗建筑技术标准》《绿色建筑评价标准》《居住建筑节能设计标准》等国标，明 确要求居住建筑节能率达到８０％以上，且全由围护结构节能承担。上海市“十三五 ”明确提出到２０２０年建筑能耗比２０１５年下降２０．５％的目标，高效绝热建 材成为能否完成目标的关键所在，显然，采用绿色环保高效保温材料是建筑保温方案 的最佳选择。 近年来，建筑外保温材料在既有建筑节能改造和新节能型建筑中发挥了重要作用 。然而，部分建筑外墙因使用易燃的有机保温材料导致建筑火灾频发，引发诸多社会 安全问题。最近几年针对外墙保温材料的各种规范修订逐步升级，《建筑设计防火规 范》ＧＢ ５００１６－２０１４（２０１８年版）、《促进绿色建材生产和应用行 动方案》等，都对建材的阻燃性、环保性做出了要求。一般设计要求，人员密集场所 的商用公共建筑，超过一定高度的住宅楼，其外墙外保温材料的燃烧性能应为Ａ级。 常见的Ａ级建筑保温材料如图１所示。 我国在建筑行业的节能保温方面起步较晚，在众多技术方面虽然已有提高，但相 比于其他发达国家仍有显著差距。因此，我国未来建筑绝热节能材料的发展要在适应 本国建筑的基础上，引进国外的先进技术和节能保温材料，研发出适合我国国情的建 筑保温材料，提高我国建筑保温性能。未来，我国建筑绝热节能材料必须要适应各地 的建筑行情，提高外墙保温技术，积极开发新型保温材料，以此来降低能耗，提高建 筑寿命。 ０２建筑保温材料选择的原则 建筑能耗的高低与其自身的保温性能有着较为密切的关联，保温性能好的建筑能 耗要明显低于保温性能差的建筑。为此，在建筑设计中，应当合理选择保温材料，以 此来实现节能降耗的目标。建筑保温工程设计人员在选择建筑材料时，除必须考虑满 足建筑节能要求和墙体保温系统性能及节能效果持久性能的要求外，同时还应考虑使 用的目的、使用部位、施工方法、性能指标等各种因素，以满足各类工程需要。选择 时可参考以下内容： １）足够的强度； ２）足够的化学稳定性；抗冻性，可以抵御低温的侵袭；抗风化能力； ３）阻燃、不燃性能，满足建筑防火要求； ４）吸水率低或不吸水； ５）较长的使用寿命； ６）良好施工性、施工过程不会破坏或降低保温性能； ７）无毒无害，性价比高、环境友好的绿色建材。 ０３新型建筑绝热材料及发展方向 所谓新型建筑绝热材料，主要是指采用对生态环境无破坏的材料制作的材料，以 此来确保人与自然以及建筑和谐相处。而今，新型建筑绝热材料已经成为行业发展中 的重要方向。 淘汰行业落后产能，提升建筑绝热节能材料行业整体技术水平和产品质量，将是 今后的重点发展方向。越来越多建筑绝热节能材料的企业将通过工艺设计提升、精细 化管理的名号举措，为节能行业提供高品质产品，向部品化、集成化转变，也将从单 一的材料供应商转变为系统供应商、服务商。建筑绝热保温材料在向多元化、系统化 、科学化、节能结构一体化、装饰及防火、施工便利化、安全环保、生命周期长的方 向发展，多功能复合保温材料、轻质化保温材料、保温装饰一体化材料、绿色环保保 温材料、防潮防水保温材料、真空绝热材料、相变材料和纳米孔保温材料等新型绝热 材料逐渐在建筑市场崭露头角。 １）保温材料多功能复合化 面对建筑材料性能越来越高的标准，目前使用的建筑绝热节能材料在工程应用中 或多或少存在不足之处，无法同时满足保温隔热、防水、防火等要求。未来建筑墙体 保温材料的发展应能同时满足两种应用需求：其一，应具有常规保温功能，这是建筑 墙体保温材料必须具备的基本功能；其二，具备防水性高、防火等级高、密度低、环 保等优点，即需具备综合功能。为了克服建筑绝热节能材料性能的不足，企业纷纷研 制轻质多功能复合保温材料，实现有／无机材料复合互补，实现材料／构造科学复合 多功能化，使保温／防火／装饰复合达到一体化，促使建筑保温材料产品向多功能复 合型发展。 总之，单一的有机材料或者无机材料较难完全满足市场的需求，可以将具有不同 功能特点的保温材料经一定工艺复合，提升产品性能，以此来适应建筑节能新形势对 我国外墙保温材料的新要求。 ２）保温材料轻质化 在同种材质下，保温隔热材料的密度越小，隔热效果越好。材料轻质化不会增加 建筑围护结构的额外负担，降低了因结构负荷过大而造成开裂、渗漏的风险。 ３）保温装饰一体化 保温装饰一体化板也叫节能保温装饰一体板，是指将保温材料与多种造型、多种 颜色的金属装饰板材或无机预涂装饰板在工厂进行有机复合，实现产品的预制化、标 准化、组合多样化、生产工厂化、施工装配化，达到保温与装饰功能于一体的目的。 保温装饰一体化板是由粘结层、保温装饰成品板、锚固件、密封材料等组成。施工方 案众多，不仅适用于新建筑的外墙保温与装饰，也适用于旧建筑的节能和装饰改造； 既适用于各类公共建筑，也适用于住宅建筑的外墙外保温；既适用于北方寒冷地区的 建筑，也适用于南方炎热地区建筑。 保温装饰一体化是建筑保温材料行业的未来发展方向之一，有很大的发展潜力和 市场前景。 ４）保温材料绿色环保化 近年来，粉煤灰、废旧泡沫塑料等废弃物回收再利用，在保温隔热领域得到了广 泛推广。随着对这些降解难度大、处置成本高的废弃物的大力开发，资源得到了有效 运用，环保又节能。近年来，对废弃物的处理及回收再利用上国家加大了扶持力度， 尽量减少对天然矿物质的需求，采用废弃物为生产原料，成为未来保温材料的发展方 向之一。如有机质发泡保温制品不再使用氟里昂、丙烷而是利用水为发泡剂；继续完 善、开发日用废塑料制品为主要原料的建筑隔热保温制品，液态渣的矿棉生产技术等 ；开发以植物纤维为主要原料的纤维质保温材料；发展无石棉硅酸钙隔热保温制品。 ５）绝热保温材料的防潮防水性能 防潮防水性能是绝热保温材料重要发展方向。材料吸水率是选用绝热材料时考量 的一个重要指标，常温下水的导热系数是空气的２３．１倍。绝热材料吸水后会大大 降低其绝热性能，也会加速对金属的腐蚀，是十分有害的。保温材料的空隙结构分为 连通型、封闭型、半封闭型等几种，除少数有机泡沫塑料的空隙多数为封闭型外，其 他保温材料不管空隙结构如何，其材质本身都吸水，加上连通空隙的渗透吸水，故整 体吸水率较高，因此对建筑保温材料的防水防潮要求十分严格。 ６）高性能绝热材料的创新研发 研制绿色环保高效长寿命的绝热材料是另一重要发展方向。绝热材料在建筑中的 应用类型及设计选用应符合ＧＢ／Ｔ １７３６９－１９９８《建筑绝热材料的应用 类型和基本要求》的规定。选用时除应考虑材料的导热系数（导热系数不大于０．１ ７５Ｗ／（ｍ·Ｋ））外，还应考虑材料的吸水率、燃烧性能、强度等指标。目前， 用于建筑的高效绝热材料可分为纳米孔材料、相变材料、真空材料和反辐射材料四类 。 （１）真空绝热材料 建筑用真空绝热板（Ｓｕｐｅｒ－Ｓｌｉｍ Ｔｈｉｎｓｕｌａｔｅ Ｐａｎｅ ｌ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｂｏａｒｄ， ＳＴＰ板）是近年来发展起来的一种新 型高效真空绝热材料，由填充芯材（如破璃纤维、气相二氧化硅和聚氨酯等）、气体 阻隔膜和吸气剂组成。通过提高板内真空度来降低空气引起的热传递，使其导热系数 可以达到 ０．００２Ｗ／（ｍ·Ｋ）以下，为传统保温材料导热系数的 １／１０ ，厚度仅为传统保温材料的 １／７～１／１０，从而达到保温节能、节省空间的目 的。 与传统建筑用保温材料相比，真空绝热板具有一定优势。但是作为一种新型保温 隔热材料，真空绝热板在建筑上的应用还存在一些问题。真空绝热板应用的前提条件 是要保证其真空度未被破坏，但作为建筑物保温隔热材料应用时，其力学性能差，表 面易破损，需要进一步优化其力学结构。在建筑上应用时，其与墙体粘结的材料为铝 箔玻璃纤维布，这种布耐酸耐碱但是非常光滑不容易与墙体粘结，再好的粘结砂浆与 之结合都留有安全隐患，而产品的布边本身也是真空范围不得钉锚，所以特有的锚固 技术随之诞生，增加了产品的安全系数，同时为重量大的饰面比如石材、面砖等能够 上墙提供了可行的技术保障。ＳＴＰ使用寿命测试大多是在实验室进行，具体在建筑 上应用时的寿命时间尚未得到实践验证，其使用寿命应小于建筑物的使用寿命。相对 于传统的建筑用保温材料，真空绝热板不能任意裁剪，切割，否则会破坏其真空度， 需要按照现场施工要求预先订制。真空绝热板的造价偏高，材料成本和制作成本都比 普通的保温材料要高，这限制了其在建筑领域大规模地使用。 ＳＴＰ保温板适用于新建、扩建民用及公用建筑外墙与屋面的保温工程，尤其特 别适用于既有建筑的节能改造工程。 （２）相变保温材料ＰＣＭ 相变材料是在某一特定的温度下，能够从一种状态到另一种状态转变的物质，物 质的分子迅速由有序向无序转变，同时伴随着吸热或放热现象。在建筑节能领域，正 是通过与相变材料的复合，增加建筑物的温度调节能力，达到节能、保温和舒适的目 的。 建筑用相变材料主要包括无机ＰＣＭ、有机ＰＣＭ和复合ＰＣＭ三类。其中，无 机类ＰＣＭ主要有结晶水合盐类、熔融盐知类、金属或合金类等；有机类ＰＣＭ主要 包括石蜡、醋酸和其他有机物；近年来，复合相变储热材料应运而生，它既能有效克 服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺点，又可以改善相变材料的应用效果 以及拓展其应用范围。因此，研制复合相变储热材料已成为储热材料领域的热点研究 课题。但是混合相变材料也可能会带来相变潜热下降，或在长期的相变过程中容易变 性等缺点。 相变建筑材料也已经逐步进入了实用阶段，但还是存在很多问题。相变建筑材料 保温隔热性能的测定是一个研究难点。相变传热本身具有非线性的特点，同时还伴有 液相流动、体积变化、相变材料与器壁间热阻等复杂因素，使得对其热工性能的分析 变得非常困难；ＰＣＭ与基体材料的相容性、长期稳定性、结合形式都会对相变储能 建筑材料的结构强度、应力变化等性能发生影响；相变储能建筑材料的使用需要考虑 相变材料的种类，相变温度范围，与传统材料复合的百分比，使用区域的气候以及使 用建筑物的结构等因素。相变储能建筑材料的热传递模型，各种构件和相变系统的设 计等方面，仍然需要进一步研究。 （３） 纳米孔保温材料 运用新的纳米技术的保温材料是研究的主要方向。目前，已经出现几种新型保温 材料，如纳米孔绝热材料、复合绝热材料石棉代用品、气凝胶等。纳米孔硅质保温材 料就是纳米技术在保温材料领域新的应用，组成材料内的绝大部分气孔尺寸处于纳米 尺度。随着纳米技术的不断发展，技术上的突破已为时不远。 气凝胶：气凝胶被称为“改变世界的神奇材料”、“终极保温绝热材料”、“超 级海绵”。 气凝胶毡：气凝胶毡是以纳米二氧化硅气凝胶为主体材料，通过特殊工艺复合而 成的柔性保温隔热毡。 （４）反射材料——石墨聚苯板 石墨聚苯板是膨胀聚苯板的一种，是在聚苯乙烯原材料里添加了红外反射剂。这 种物质可以反射热辐射并将ＥＰＳ的保温性能提高３０％，同时防火性能很容易地实 现了Ｂ２级到Ｂ１级的跨越。 石墨聚苯板是目前保温材料中性价比较高的保温产品。因为聚苯板保温产品在保 温领域里应用广泛，不论是欧洲还是国内，聚苯板保温体系都具有较大的市场份额。 对低于５４米的住宅建筑、低于５０米的公共建筑、低于２４米的幕墙式建筑，该保 温材料的薄抹灰保温系统是可选方案之一。 ０５总结与建议 建筑节能是节能减排的重点领域，墙体保温是建筑节能的重要组成部分，而绝热 节能材料是构成墙体保温系统的重要基础。随着《民用建筑节能设计标准（采暖居住 建筑部分）》（ＪＧＪ２６－９５）、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（Ｊ ＧＪ１３４－２００１）及《民用建筑节能管理规定》的实施，建筑保温材料将得到 广泛的应用。建筑绝热节能材料向价值链高端产品升级、重点研制低能耗高效绝热材 料、改进产品质量、进行技术创新、着重解决用户的痛点、保护资源环境等方向发展 。 应大力发展轻质高强、保温隔热、防火阻燃、耐久性强、绿色环保的新型保温板 材，如目前在建筑外墙使用较少的真空绝热板、防火等级较高的纤维增强复合材料保 温板、多功能复合保温板等。重点研制低能耗高效绝热材料，如气凝胶毡、石墨烯、 防火隔离带绝热材料和保温装饰复合一体板等新一代的工艺技术和产品。在产品创新 上走开发与复合并重的途径。复合的目标是密度轻、导热系数小，在不影响主要性能 的前提下提高产品的强度与防水性能。在不影响最终产品质量的前提下，以保温材料 废弃物为生产原料，发展循环经济，生产燃料尽量采用清洁能源，实现环保达标，绿 色生产。 [19] \t