新型保溫粘膠材料在建筑節(jié)能中的優(yōu)勢及應(yīng)用現(xiàn)狀綜合評(píng)價(jià)

王濤

摘要：為了進(jìn)一步促進(jìn)建筑節(jié)能保溫的發(fā)展，研究了新型保溫材料在建筑中的應(yīng)用。介紹了新型保溫粘膠材料及其在建筑節(jié)能保溫中應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，對(duì)新型保溫粘膠材料的制備和應(yīng)用趨勢進(jìn)行了探討，針對(duì)性提出了新型保溫材料在建筑節(jié)能保溫中的評(píng)價(jià)方法并進(jìn)行了應(yīng)用，評(píng)價(jià)方法采用9個(gè)參數(shù)和4個(gè)子項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，所提出的評(píng)價(jià)方法可以對(duì)不同部位的節(jié)能保溫性能做出量化評(píng)價(jià)，也可以進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以及對(duì)材料應(yīng)用進(jìn)行對(duì)比選擇，也可為相似研究提供參考。

關(guān)鍵詞：新型保溫材料；建筑節(jié)能；粘膠；評(píng)價(jià)方法

中圖分類號(hào)：TU55+1；TQ328文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2023）05-0091-04

Comprehensiveevaluationof advantagesandapplication statusof newthermalinsulationmaterialsinenergy-savingandthermalinsulationof building

WANG Tao

（Shaanxi Construction Engineering Group Co.，LTD.，Xi'an 710003，China）

Abstract： In order to further promote the development of building energy conservation and thermal insulation.，the application of new thermal insulation materials in buildings was studied. The research status of new thermal insula? tion materials and their application in building energy-saving thermal insulation were introduced，the preparation and application trend of new thermal insulation adhesive materials were discussed，and the evaluation method of new thermal insulation materials in building energy-saving and thermal insulation was proposed and applied. The evaluation method was comprehensively evaluated by 9 parameters and 4 sub-indexes. The results showed that the proposed evaluation method could quantitatively evaluate the energy-saving and heat preservation performance of different parts，carry out comprehensive evaluation，compare and select material applications，and also provide ref? erence for similar research.

Keywords： New thermal insulation materials，Energy-saving，Thermal insulation，Viscose，Evaluation methods

目前國家正大力推進(jìn)低碳、零碳甚至負(fù)碳社會(huì)的建設(shè)，節(jié)能減排是國家可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略舉措。隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展而來的能源消耗和環(huán)境污染等“碳問題”不能忽視，要始終堅(jiān)持綠色發(fā)展理念，堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國策。在此背景下，近年來新型保溫材料的研究快速發(fā)展，新型保溫材料除了在傳統(tǒng)的保溫性能方面有所提升外，更重要的是在綠色發(fā)展理念方面的創(chuàng)新。

1 新型保溫粘膠材料及其在建筑中應(yīng)用概述

1.1 新型保溫材料的分類及特性

新型保溫材料的主要包含隔熱性能強(qiáng)和環(huán)境友好、可回收利用及適用性等特點(diǎn)[1]。即與普通保溫材料相比，新型保溫材料的隔熱性能明顯提高；環(huán)境友好特點(diǎn)主要體現(xiàn)在新型保溫材料的制作和應(yīng)用貼合自然環(huán)境，對(duì)人體有害的物質(zhì)含量嚴(yán)格控制在綠色材料理念的規(guī)定范圍內(nèi)；可回收利用性主要體現(xiàn)在原材料多為可再生材料；適用性主要體現(xiàn)在新型保溫材料具備實(shí)用性質(zhì)，可為使用位置帶來功能改善，同時(shí)適宜人居健康生活。

按照材料類型，新型保溫材料可分為巖棉制品、橡塑制品、聚氨酯制品、酚醛制品、納米氣凝膠制品、改良混凝土或磚塊制品、新型玻璃制品等。按照在建筑中的應(yīng)用位置，新型保溫材料可分為應(yīng)用于墻體的保溫材料、應(yīng)用于門窗的保溫材料、應(yīng)用于樓板的保溫材料、應(yīng)用于屋頂?shù)谋夭牧系?。新型保溫材料除了要具備可靠的保溫性能以外，還應(yīng)具備如耐高溫、阻燃、抗腐蝕、抗沖擊等安全特性以及如經(jīng)濟(jì)性、抗老化、抗凍抗?jié)B等使用特性，更應(yīng)具有無毒無害，環(huán)境友好和材料可回收利用的適應(yīng)于綠色發(fā)展理念的特性[1]。

1.2 新型保溫粘膠材料的研究現(xiàn)狀

在新型保溫材料的研究方面，Berardi 等對(duì)高性能建筑用超級(jí)保溫材料的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，研究主要為5個(gè)方向：新材料發(fā)展、耐久性和老化、新測量技術(shù)、應(yīng)用相關(guān)方面和經(jīng)濟(jì)問題[2]。試驗(yàn)并分析了新型保溫材料幾個(gè)主要物理力學(xué)性能的變化情況，研究了新型保溫材料的耐久性試驗(yàn)方法及耐久性指標(biāo)的確立[3]。認(rèn)為采用高效新型保溫材料替代傳統(tǒng)的保溫材料，不但可以降低工程施工成本，而且還可以提高管道熱穩(wěn)定性，減少能源消耗[4]。指出傳統(tǒng)保溫材料存在的弊端，使用新型保溫材料能夠有效提高供熱管網(wǎng)管線的工作環(huán)境，降低其熱能散失，減少管路的危害和故障率[5]。結(jié)合供熱管道實(shí)例應(yīng)用，研究分析表明采用新型保溫材料是改善管網(wǎng)運(yùn)行條件和減少熱損失的有力措施[6]公開了的實(shí)用新型保溫材料，不僅具有很好的隔音效果，同時(shí)具有很好的保溫效果[7]。分析了高溫管道保溫現(xiàn)狀，詳細(xì)介紹了復(fù)合硅酸鹽和纖維類傳統(tǒng)保溫材料，同時(shí)介紹了兩類應(yīng)用趨廣的新型CAS鋁鎂質(zhì)保溫材料和納米保溫材料的物理組成、絕熱性能及平均使用壽命，并給出了5條保溫材料基本選用原則[8]。將目前涌現(xiàn)的幾種浮法玻璃熔窯用新型保溫材料與傳統(tǒng)保溫材料進(jìn)行比較，對(duì)比分析證明采用新型保溫材料可在節(jié)能和經(jīng)濟(jì)方面取得效果[9]。介紹了建筑用絕緣材料熱物理性能的實(shí)驗(yàn)測定，建立了一種新的實(shí)驗(yàn)裝置，以分析確定熱導(dǎo)率，熱擴(kuò)散率[10]。通過選取不同的配料制備成復(fù)合保溫材料，以壓縮強(qiáng)度以及導(dǎo)熱系數(shù)為表征依據(jù)，并通過單一變量法對(duì)制備的材料進(jìn)行了保溫阻燃性能的研究[11]。為了改善裝配式建筑墻板的缺陷，進(jìn)行了適用于裝配式建筑墻板用的無機(jī)保溫材料的開發(fā)和研究[12]。

1.3 新型保溫粘膠材料在建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀

將新型保溫材料應(yīng)用于建筑節(jié)能保溫中是一大趨勢，如收集有關(guān)建筑物保溫的最新發(fā)展，并討論使用適當(dāng)?shù)谋夭牧系纳芷谠u(píng)估及減少排放的可能性[13]。主要講述了FTC保溫材料在建筑節(jié)能中的使用情況[14]。選取了4種不同密度的巖棉板進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果表明巖棉板吸濕率、吸水率、高溫后質(zhì)量損失率隨著密度的增大而降低，干燥狀態(tài)下巖棉板導(dǎo)熱系數(shù)隨著密度增大而提高；吸水狀態(tài)下巖棉板導(dǎo)熱系數(shù)隨著密度增大而降低[15]。提出應(yīng)用綠色節(jié)能材料進(jìn)行建筑項(xiàng)目施工，可以保障項(xiàng)目環(huán)保性能，通過合理優(yōu)化外墻性，可為居民提供更加舒適的居住環(huán)境[16]。對(duì)建筑節(jié)能保溫領(lǐng)域聚氨酯硬泡材料進(jìn)行了研究分析[17]。考慮到木結(jié)構(gòu)建筑的特點(diǎn)，采用真空保溫板技術(shù)代替普通保溫[18]。從制備的硅基氣凝膠建料所具有的穩(wěn)定性以及耐溫性等方面論述了其大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的可行性[19]。介紹了低碳經(jīng)濟(jì)下建筑行業(yè)房屋建筑材料對(duì)建筑節(jié)能的影響，提出在低碳經(jīng)濟(jì)背景下建筑節(jié)能的要求和必然性[20]。

1.4 新型保溫粘膠材料在建筑中應(yīng)用的發(fā)展趨勢

新型保溫材料兼顧保溫和綠色低碳特性，將其應(yīng)用于建筑中能改善建筑節(jié)能保溫功能。根據(jù)以上研究進(jìn)展可知，研究趨勢一方面是新型材料的制備或是改性研究，上述文獻(xiàn)提到了納米材料，鋁鎂質(zhì)材料等，通過混合不同材料制備出復(fù)合材料，此外是對(duì)如何提高材料的各項(xiàng)性能如耐久性，導(dǎo)熱性等進(jìn)行研究。另一方面是在建筑中的應(yīng)用，主要是對(duì)建筑墻體應(yīng)用保溫材料進(jìn)行研究，包括各類板材、發(fā)泡材料應(yīng)用于墻體。

基于上述研究，可以看到粘膠在保溫材料中的應(yīng)用具備較大研究空間，傳統(tǒng)粘膠的作用主要是讓物質(zhì)相連相接，在玻璃窗、墻體中、地面防水等均有應(yīng)用，新型粘膠材料可通過對(duì)粘膠進(jìn)行化學(xué)或物理改性，可使粘膠具備保溫等各項(xiàng)優(yōu)勢特性，并且其具備方便施工的特點(diǎn)，優(yōu)勢明顯。此外，對(duì)建筑如窗戶、地面，樓板，玻璃幕墻等其它影響保溫的區(qū)域進(jìn)行節(jié)能保溫性能的研究也有一定意義。

2 新型保溫粘膠材料的探討

2.1 新型保溫粘膠材料的制備

在實(shí)際應(yīng)用前，粘膠一般為流體狀態(tài)，通過往原始粘膠中添加改性材料，使粘膠不僅具備保溫性能，還能兼顧其他優(yōu)點(diǎn)，并且仍然為流體狀態(tài)，是新型保溫粘膠材料的一個(gè)制備方向。一方面是制備時(shí)與特定材料結(jié)合，將粘膠進(jìn)行內(nèi)部改性，如將阻熱納米材料直接與粘膠混合，內(nèi)部不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，僅通過納米結(jié)構(gòu)與粘膠內(nèi)部分子的物理結(jié)合改變特性，從而實(shí)現(xiàn)保溫性和耐久可靠性。另一方面是在即將涂刷粘膠前，加入特定材料，與粘膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在粘膠內(nèi)部生成阻熱新物質(zhì)，且該物質(zhì)在一定時(shí)間范圍內(nèi)，隨時(shí)間的增長其強(qiáng)度和韌性也會(huì)隨之快速增長。

2.2 新型保溫粘膠材料的應(yīng)用

新型保溫粘膠可應(yīng)用方向較多，例如多數(shù)常見的鋼化玻璃即通過粘膠相連，若改變玻璃夾層粘膠性質(zhì)，使其保溫性能提高，同時(shí)又具有一定柔韌性，在冬季既能強(qiáng)化保溫效果，降低內(nèi)部熱源的耗散，同時(shí)又提高了玻璃的抗性，不易受沖擊碎裂。此外，新型保溫粘膠還可應(yīng)用于墻面或地面防水保溫，通過對(duì)粘膠改性，使粘膠不但具備保溫性能，同時(shí)在涂刷完成后能逐步形成整膜，還具備防水性能，將其涂刷至室內(nèi)淋浴間、室外浴池等位置，可實(shí)現(xiàn)保溫和防水等多重作用。另外也可將其應(yīng)用于外墻或屋頂防水保溫，直接將改性后的粘膠涂刷至外墻或屋頂，一是可以降低房屋吸收的熱量，使房屋冬暖夏涼，節(jié)省空調(diào)能耗；二是增強(qiáng)了建筑抵御雨水的能力，可有效阻止墻體雨水滲透。

3 新型保溫粘膠材料在建筑中的應(yīng)用部位

3.1 建筑保溫的關(guān)鍵部位

在建筑的各個(gè)部分均可以應(yīng)用保溫材料，應(yīng)用部位主要為墻體、樓板、屋頂和門窗，如圖1所示。

從圖1可以看出，從保溫角度若僅以各部位的面積來考慮，常規(guī)建筑物中墻體（包括玻璃幕墻）占比最大，其次便是屋頂和樓板，最后為門窗。不同部位的面積不同，因此對(duì)于保溫材料的應(yīng)用需進(jìn)行綜合考慮，兼顧適用性能與經(jīng)濟(jì)性能。故提出新型保溫材料在建筑節(jié)能保溫中的評(píng)價(jià)方法，有助于判斷保溫材料在不同部位的應(yīng)用程度。

3.2 新型保溫粘膠材料在建筑節(jié)能中的評(píng)價(jià)方法

選用保溫面積（A）、部位權(quán)重系數(shù)（K）、經(jīng)濟(jì)性系數(shù)（E）、節(jié)能指標(biāo)（P）、保溫指標(biāo)（w）、附加功能指標(biāo)（F）、便利性系數(shù)（7）、材料環(huán)保指標(biāo)（H）和材料價(jià)值系數(shù)（N）計(jì)9個(gè)參數(shù)，對(duì)新型保溫材料在建筑節(jié)能保溫中的應(yīng)用進(jìn)行評(píng)價(jià)。保溫面積表示將建筑中涉及性能的各個(gè)部位以面積來表征，A 即為該部位保溫面積占總保溫部位面積的比值；部位權(quán)重系數(shù)表示該部位材料變化對(duì)保溫性能的影響程度，K值越大，影響程度越大；經(jīng)濟(jì)性系數(shù)表示該部位材料變化帶來的功能提升與成本的比值，E 越大，經(jīng)濟(jì)性越好；節(jié)能指標(biāo)表示該部位材料更換后所帶來的節(jié)能效果，P越大，節(jié)能性越好；保溫指標(biāo)表示該部位材料更換后所帶來的保溫效果，w越大，保溫性越好。附加功能指標(biāo)表示該部位材料更換后所帶來的除了節(jié)能保溫以外的附加功能效果，如更換新型節(jié)能保溫幕墻后，幕墻還能兼顧鏡面的作用，F(xiàn) 越大，附加功能越多；便利性系數(shù)表示進(jìn)行該部位材料更換所需付出的勞動(dòng)難度，7越小，便利性越好；材料環(huán)保指標(biāo)表示材料的環(huán)保性，如是否采用無害環(huán)保原料制備，是否可降解，是否環(huán)境友好等，H 越大，環(huán)保性越好；材料價(jià)值系數(shù)表示材料性能的綜合價(jià)值，主要表征材料的阻燃，抗老化、抗凍抗?jié)B抗腐蝕等內(nèi)在特性，N越大，材料綜合價(jià)值越大。

根據(jù)以上參數(shù)的定義，以0作為新型保溫材料在建筑節(jié)能保溫中應(yīng)用的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，以定性的方式進(jìn)行分析，其關(guān)系圖如圖2所示。實(shí)際應(yīng)用中多有經(jīng)驗(yàn)因素，故而引入 a 、β、y 和δ對(duì)計(jì)算值進(jìn)行結(jié)合經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際的修正；此外，A、K、N、7、E、N、H均有最大值和最小值，即P、w、F、H存在計(jì)算值范圍，因此最終以各項(xiàng)指標(biāo)的百分比值作為0指標(biāo)的來源。

從圖2可以看出，節(jié)能指標(biāo)中一是指花費(fèi)越少的勞動(dòng)實(shí)現(xiàn)越多的保溫性能就越節(jié)能（過程中節(jié)能和材料使用過程中節(jié)能）；二是指花費(fèi)越少的經(jīng)濟(jì)代價(jià)實(shí)現(xiàn)越多的其他功能就越節(jié)能。保溫指標(biāo)主要指保溫性能的優(yōu)異；附加功能主要指材料是否具備更加全面的功能；材料環(huán)保指標(biāo)主要為制作材質(zhì)和工藝中對(duì)環(huán)境的危害性。將上述4個(gè)指標(biāo)的比例相加，即為綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.3評(píng)價(jià)驗(yàn)證參數(shù)結(jié)果

根據(jù)上述評(píng)價(jià)方法，分別對(duì)某案例中窗戶和墻體部位采用材料的節(jié)能保溫指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，顯然窗戶和外墻的保溫面積、權(quán)重系數(shù)有明顯的差異，各項(xiàng)系數(shù)如表1所示。

依據(jù)上述評(píng)價(jià)辦法，通過表1所示數(shù)據(jù)計(jì)算可分別獲得4個(gè)子項(xiàng)指標(biāo)和綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，具體如表2所示。

由表2可知，墻體部位所應(yīng)用的材料節(jié)能效果稍高于窗戶部位；保溫性墻體高于窗戶，主要原因?yàn)閴w面積大；附加功能性窗戶高于墻體，主要原因?yàn)榇皯舨牧峡杉骖櫭烙^，過濾光線和吸聲等其他效果；環(huán)保性指標(biāo)為直接評(píng)價(jià)，均采用環(huán)保制作工藝，評(píng)分相同。正因二者的不同指標(biāo)均有差異，故綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)二者接近，說明在建筑中使用2種材料帶來的節(jié)能保溫綜合變化相近，結(jié)合實(shí)際工程，二者都可選用或二者均不選用，可根據(jù)4個(gè)子項(xiàng)指標(biāo)P到H的具體值進(jìn)行單個(gè)選擇。

4 結(jié)語

（1）在新型保溫材料的研究方面，回顧了相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)高性能建筑用超級(jí)保溫材料的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，分析了新材料發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)新型保溫材料的分類及特性進(jìn)行了介紹；

（2）對(duì)新型保溫粘膠材料的制備和應(yīng)用進(jìn)行了探討，可分別通過內(nèi)部改性和使用前反應(yīng)進(jìn)行制備并應(yīng)用于墻體保溫，玻璃夾層保溫等位置；

（3）對(duì)新型保溫材料在建筑中的應(yīng)用部位進(jìn)行了介紹，針對(duì)性地提出了新型保溫材料在建筑節(jié)能保溫中的評(píng)價(jià)方法，通過該方法可對(duì)不同部位采用的材料進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并包含如保溫、節(jié)能等單項(xiàng)評(píng)價(jià)，并舉例說明實(shí)際應(yīng)用，以方便分析對(duì)比；

（4）在以上研究的基礎(chǔ)上，繼續(xù)開展節(jié)能保溫智慧化研究是是未來的發(fā)展的趨勢，如隨材料植入墻體內(nèi)部的智慧保溫系統(tǒng)、可自動(dòng)調(diào)節(jié)控制散熱效果的材料等研究。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 孟永濤，秦臻，逯兆霆，等.土建工程中新型保溫材料的開發(fā)與應(yīng)用[J].合成材料老化與應(yīng)用，2022，51（2）：127-129.

[2]BERARDI D U ，SPRENGARD C. An overview of and in? troduction to current researches on super insulating materi? als for high-performance buildings[J]. Energy and Build? ings，2020（2）：214-231.

[3] 華治國.新型保溫材料耐久性研究[J].混凝土與水泥制品，2018（6）：67-69.

[4] 蔣小鈺.新型保溫材料在給水管道中的應(yīng)用與施工[J].造紙裝備及材料，2022，51（10）：167-169.

[5] 鄭先達(dá).新型保溫材料在供熱管網(wǎng)中的應(yīng)用研究[J].造紙裝備及材料，2022，51（10）：170-172.

[6] 郭姝娟，羅錚，潘彬等.新型保溫材料在供熱管網(wǎng)應(yīng)用分析[J].區(qū)域供熱，2019（2）：88-95.

[7] 張炫輝，丁楊，閆文飛，等.輕質(zhì)高彈EVA復(fù)合發(fā)泡材料的制備及其性能研究[J].中國皮革，2023，52（4）：92-95.

[8] 唐芳，劉陽平，黃建華.傳統(tǒng)保溫材料與新型保溫材料對(duì)比及選用原則[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2018（11）：6-9.

[9] 王海林，潘國治，賀建雄等.浮法玻璃熔窯用新型保溫材料及其應(yīng)用[J].玻璃搪瓷與眼鏡，2017，45（3）：44-48.

[10] 高安培，程?hào)|輝，司金龍，等.低溫下保溫材料對(duì)不同齡期混凝土強(qiáng)度的影響[J].混凝土，2023，399（1）：49-52.

[11] 馬夢娜.建筑阻燃保溫材料的制備以及性能研究[J].粘接，2022，49（1）：74-77.

[12] 張同鈺，史國慶.適用于裝配式建筑墻板用的無機(jī)保溫材料的開發(fā)研究[J].粘接，2021，46（5）：58-60.

[13]ADITYA L，MAHLIA T M I，RISMANCHI Betc. A reviewon insulation materials for energy conservation in build? ings[J]. Renewable & sustainable energy reviews，2017，73：1352-1365.

[14] 呂衛(wèi)東.解析新型保溫材料在建筑施工中的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017（22）：1374-1374.

[15] 段小芳，袁嬌嬌.不同密度建筑節(jié)能保溫巖棉板性能分析[J].揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2021，25（4）：29-32.

[16] 姜翰林綠色建筑節(jié)能保溫材料在建筑外墻中的應(yīng)用[J].中國科技投資，2022（17）：101-103.

[17] 劉彩玲，劉杰.節(jié)能保溫材料在農(nóng)村建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].合成材料老化與應(yīng)用，2022，51（6）：135-137.

[18] 張吉春.節(jié)能保溫材料在建筑外墻中的應(yīng)用研究[J].工程機(jī)械與維修，2022，306（5）：189-191.

[19] 王燕，王思怡，馮需.硅基氣凝膠保溫隔熱材料與建筑節(jié)能技術(shù)的融合分析[J].粘接，2020，44（11）：39-42.

[20] 李立群，張啟志.房屋建筑材料對(duì)建筑節(jié)能的影響分析[J].粘接，2022，49（5）：174-176.