建筑节能环保型房屋工程的保温材料选择研究

李 季

（中煤科工重庆设计研究院（集团）有限公司，重庆 400042）

建筑材料毫无疑问占据了整个房屋建筑工程里最为基础和重要的一环，房屋的建筑施工设计、建筑结构和经济效益的考量等建筑科学都需要考虑建筑材料的选择问题［1］。随着国家对文明环保绿色和谐发展的推进，在建筑行业里也需要做到节能环保的新要求，新型环保节能建筑材料开始越来越广泛地应用到建筑工程中。保温材料的使用需要考虑到保温材料的各种性能指标和各种保温材料所具有的不同理化性质，从而确保保温材料的合理选择。

1 环保节能建筑材料

建筑材料一般指在建筑工程中所使用到的各种材料。早期的建筑材料主要是木材、砖石、钢筋混凝土等，称为传统建筑材料［3］，现在仍被广泛使用的传统建筑材料仅有钢筋混凝土，以钢筋为框架现浇混凝土施工是主流的施工技术，而其他传统建筑材料如木材等，在生产和加工过程和施工过程中会产生大量的能源消耗和环境污染物，开始慢慢被新型建筑材料所取代。节能环保建筑材料的发展和进步是绿色发展和可持续发展理念下的必然结果。节能环保建筑材料是在满足基本的建筑工程的目标下，同时具有节能环保特点的新型建筑材料，得到建筑行业各个领域越来越多的关注和认同。

2 建筑工程保温体系要求和保温材料的 性能指标

2.1 建筑工程保温体系要求

目前主流的外墙保温技术分两种：外墙内保温和外保温。两者相较，内保温施工简单，成本低廉，可设计性强，但热桥问题始终是内保温体系中难以解决的重点，外保温系统的技术较为成熟，虽然成本较高，但保温效果和维护保养便捷。根据国标GB 50016-2006、GB 50045-95，建筑工程中对各部分保温体系要求见表1。

表1 建筑工程保温体系要求Table 1 Building engineering insulation system requirements

2.2 保温材料性能指标

2.2.1 导热系数

导热系数（热导率）是保温材料对热量传递的有效程度，反映了材料的对温度的传递能力，保温材料的导热系数关系式［4］：φ=-λ·S·(Δt/Δx)，其中，φ为热流量，λ为导热系数，S为传热面积，Δt为温差，Δx为厚度。

材料本身的性质如密度等是决定导热系数大小的本征影响因素，除此之外，材料的内部结构对导热系数的影响也较大。除材料的物理化学性质和结构之外，材料的导热系数还由许多因素决定，如材料工作环境因素如温度、湿度和气压等相关。一般而言，保温层的厚度也和材料的导热系数成反比关系。从施工角度而言，保温材料的热导率一定程度上反映了建筑的保温效果。对于保温材料而言，导热系数需要在0.12W/m2·K以下，而当导热系数低于0.05W/m2·K时，称之为高效保温材料。

2.2.2 容重

容重（重度）是指标准单位体积下的本征重量，在建筑工程中，一般以材料在110℃烘干处理后，松散状态下单位体积的重量［5］。容重过大时保温管道的荷重过大，容重过小时保温材料的强度指标达不到标准，因此保温材料的容重有一个最佳区间。在保温材料处于最佳区间，且保温材料的导热系数较小时具有较好的保温效果。但在实际的工程施工时，考虑到结构部件的自身的重量，保温材料的载重和施工过程中的能源消耗问题，在保温材料的保温效果相似的情况下，容重较小的保温材料是优先的选用对象。

2.2.3 最高使用温度

通常来说，由于建筑工程中保温材料所处环境，服役温度远远高于房屋内的温度，且在建筑工程施工过程中，保温材料需要经受高低温交替、风吹雨淋、暴晒等外力的作用。符合建筑工程的设计需求下，所能承受的最高温度环境称为材料的最高使用温度［6］。值得注意的是，是保温材料的服役过程中，如果环境温度较高甚至超出了材料的最高使用温度，需要及时停止该类材料的使用，防止整个建筑工程保温系统的崩溃破坏。

现代机械制造工艺的内涵随着机械制造行业的发展，已经从传统的单纯的制造加工转变为从设计到制造加工到测试到投入使用再到后期的保养维修等一系列过程的总称。房贵如老先生曾经为“现代机械制造工艺”做过这样一个定义：现代机械制造工艺是传统工艺与计算机、自动化等高新技术相结合的结果。现代机械制造工艺是以传统的机械制造工艺为前提并进行改进创新，并应用计算机等高新技术提高设计、生产等过程的效率，而形成的一个综合技术工艺。

2.2.4 含水率

保温材料表现出对水的吸收性质，即吸水性，吸水性的程度以材料的吸水率表征。当保温材料吸收水情况下，一但遇冷，材料内部吸收的水蒸气冷凝成液态水或固态冰，由于水的导热系数远高于保温材料，保温材料吸收的水分会导致其导热系数大幅度提高，且由于水形态变化时的体积变化很大，当保温材料吸水率较大时可能会引起材料的开裂，对保温性结构造成破坏［7］。在建筑工程应用中，为了防止保温材料对水的吸收，会在保温层中添加部分憎水剂如矿棉板、珍珠岩等。

2.2.5 线膨胀系数

当材料受热时，由于温度升高导致分子间运动变强，宏观上的表现就是材料的受热膨胀［8］。材料的膨胀特性一般由线膨胀系数来表征。线膨胀系数越大，表明材料在受热时分子运动更剧烈，内部应力更高。当内应力大过临界值时可能导致保温材料的结构破坏，影响保温体系。在建筑施工过程中，往往会在建筑材料中设计膨胀缝来减少夏季温度过高导致的膨胀开裂。

2.2.6 防火性

建筑材料的防火性能是建筑工程中极其重要的指标，关系到住户和施工工人的人身安全，保温材料也需要拥有出色的防火性能，增加失火逃生的概率［9］。

3 保温材料种类与选择

3.1 硬泡聚氨酯保温材料

聚氨酯保温材料是以异氰酸酯和多元醇类为原料，加入催化剂、添加剂等经过复杂化学反应得到的硬质泡沫材料。目前，聚氨酯材料主要运用于保温体系，其次运用于结构材料中。对聚氨酯材料的施工技术被划为新型节能技术的范围，在实际的工程运用当中，聚氨酯保温材料具有稳定的保温、抗裂和耐磨缓冲作用［10］。同时以施工角度来看，聚氨酯材料的施工过程简单快速，且具有一定的美学价值，兼容许多不同的建筑风格，维护和更换也十分便捷，聚氨酯所具有的阻燃特性也成为了建筑工程中保温材料的优先选择项。然而，现阶段聚氨酯保温材料的生产过程仍然较为繁琐，高昂的造价限制了聚氨酯材料的广泛应用。

3.2 聚苯颗粒保温料浆材料

聚苯乙烯作为现在主要的热塑性塑料大量应用于日常生活中，通过对废弃的聚苯乙烯塑料进行回收和再加工，将其加工成微颗粒作为原料与其他粉料按比例混合配置成聚苯颗粒保温浆，缓解废弃塑料污染问题的同时提供了不菲的商业价值。且聚苯颗粒保温浆的施工极为简单，保温效果也较好。

具体建筑工程中，保温层的抗裂、抗渗问题是使用聚苯颗粒保温料浆为主体的保温体系所具有的主要问题［11］。聚苯颗粒保温砂浆极易受到水的影响，当材料受潮或暴晒时，砂浆容易产生内应力从而失效，所以聚苯颗粒保温料浆施工过程不可添加添加剂，且需要严格控制砂浆和水的混合比例及抹涂时间。平时的运输和保存过程都需要注意水分的影响，应注意防潮、防雨、防曝晒，以防止砂浆涂层的失效或开裂。

3.3 聚苯乙烯泡沫塑料

聚苯乙烯泡沫塑料是将聚苯乙烯树脂加热发泡处理，经过膨胀和挤塑的方式制备而成的轻质材料［12］。聚苯乙烯泡沫塑料不易吸水，耐酸碱，拥有一定的柔性，且有加工方便、价格低廉的特点，受到建筑市场的青睐。在建筑工程的保温体系中，聚苯乙烯泡沫塑料常用于外墙保温。

3.4 聚氨酯泡沫塑料

聚氨酯泡沫塑料是以异氰酸酯和多元醇类为原料经过聚合发泡处理制备得到的高分子聚合物，按泡沫塑料的硬度可分为软质、半硬质和硬质三类，其中软质居多，而硬质主要运用于绝热领域［13］。聚氨酯的化学性质较为稳定，不与典型的有机溶剂如酒精、油脂类互溶，耐磨易加工。但国内对聚氨酯泡沫塑料的生产技术仍处于较低水平，阻碍了其在建筑工程中的大量应用。

3.5 玻璃棉

玻璃棉是通过高温将硅砂、石灰石等矿物熔融，再经过特殊处理拉成纤维状的玻璃纤维，在其成型的过程中，按照不同的设计需求可以制成不同种类的制品如板、管等［14］。由于玻璃棉制品属于无机非金属材料，拥有良好的隔绝温度和隔绝震动的特性，且玻璃棉的多孔结构也使得其拥有优良的隔音效果，但也导致了玻璃棉吸水率较大，玻璃棉材料受潮后各项性能都有明显的下降，使用寿命较短。

3.6 新型玻璃材料

玻璃的主要成分是二氧化硅等氧化物或硅酸、碳酸盐复盐，玻璃材料在上个世纪初就已经开始应用于日常生活中，以其美观、通透的特点作为商品的展示柜等应用于建筑工程中，随着玻璃工业的发展，新型的玻璃材料如中空玻璃、吸热玻璃等作为功能性的建筑材料出现在房屋工程中。由于玻璃的化学成分和陶瓷类似，玻璃的导热系数和陶瓷相当，远远低于各种金属材料。但玻璃属于非晶体，受温度影响很大，其热膨胀系数较大。

市场上常见玻璃的参数见表2。其中低辐射镀膜玻璃的传热系数最小，保温隔热能力最佳。

表2 常见玻璃的参数信息Table 2 Parameter information of common glass in the market

除了上述几种高分子保温材料之外，还有岩棉、砂加气混凝土等新型无机非金属保温材料，一般无机保温材料都是不可燃的，服役寿命长，相较高分子保温材料而言，无机保温材料的强度高，但生产流程繁琐，成本较高。对几种高分子保温材料的保温性能进行比较，聚氨酯材料的导热系数最低，耐高温，而聚苯乙烯耐湿性表现最好。

4 结语

随着我国对绿色发展、环境友好、节能减排等理念的提倡，建筑行业也在慢慢发展和改变，在满足基础功能前提下更注重环保节能。对建筑保温材料而言，由于不同建筑的功能需求不同，所以需要有更为细致的选择，同时也要加强对新型环保材料的开发，为现代化环境友好型建筑工程提供有力的保证。