淺談建筑保溫隔熱材料論文.doc

*學(xué) 院畢 業(yè) 論 文論文題目： 淺談建筑保溫隔熱材料 系 部： 船建工程系 學(xué)生姓名： * 專業(yè)名稱： 建筑工程技術(shù) 班級(jí)/學(xué)號(hào)： * 指導(dǎo)教師： * 嘉興南洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)處印制淺談建筑保溫隔熱材料【摘要】建筑隔熱保溫是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能和降耗減排的重要手段。本文對(duì)幾種常用保溫隔熱材料的分類與發(fā)展進(jìn)行了概述和評(píng)價(jià),著重介紹了新型氣凝膠保溫隔熱材料的特性與研究進(jìn)展。還介紹了隔熱保溫涂料分為阻隔性隔熱保溫涂料、反射隔熱涂料及輻射隔熱保溫涂料3類。針對(duì)不同地區(qū)的氣候特點(diǎn)，合理選擇和使用各種隔熱保溫涂料，產(chǎn)生舒適的室內(nèi)熱環(huán)境，同時(shí)達(dá)到節(jié)能的目的。同時(shí)概述了氣凝膠超級(jí)隔熱材料在建筑隔熱保溫中的應(yīng)用進(jìn)展, 并對(duì)其建筑節(jié)能應(yīng)用前景進(jìn)行了展望?！娟P(guān)鍵詞】保溫隔熱材料，建筑節(jié)能，降耗減排，應(yīng)用前景目 錄前言11、常用建筑保溫隔熱材料的分類及發(fā)展21.1礦物棉保溫隔熱材料21.2膨脹珍珠巖保溫隔熱材料21.3泡沫塑料保溫隔熱材料32、新型納米氣凝膠保溫隔熱材料的研究與發(fā)展53、氣凝膠保溫隔熱材料在建筑中的應(yīng)用63.1氣凝膠節(jié)能窗63.2氣凝膠新型板材63.3屋面太陽(yáng)能集熱器74、隔熱保溫涂料84.1阻隔性隔熱保溫涂料84.2輻射隔熱保溫涂料84.3隔熱保溫涂料95、結(jié) 論10致 謝11參考文獻(xiàn)12嘉興南洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文前 言建筑節(jié)能是我國(guó)節(jié)能工作的重點(diǎn)之一，而外墻外保溫已成為建筑節(jié)能的主產(chǎn)品。對(duì)于熱工設(shè)計(jì)時(shí)以保溫為主的地區(qū)，如嚴(yán)寒地區(qū)和寒冷地區(qū)，外墻外保溫不僅合理，而且適用，發(fā)展較快。而對(duì)于熱工設(shè)計(jì)時(shí)一般只考慮隔熱的夏熱冬暖地區(qū)，或熱工設(shè)計(jì)時(shí)以隔熱為主的夏熱冬冷地區(qū)，目前的一些外墻外保溫存在進(jìn)一步完善的空間。本文提出根據(jù)房屋圍護(hù)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)輻射熱平衡方程，針對(duì)不同地區(qū)的氣候特點(diǎn)，合理選擇和使用各種隔熱保溫涂料，組成復(fù)合體系，既保溫又隔熱，達(dá)到室內(nèi)熱環(huán)境舒適和節(jié)能降耗的目的。所謂建筑節(jié)能，是指在不降低建筑物使用功能的前提下，提高建筑中的能源利效率，降低建筑能耗。而建筑能耗，是指建筑物在整個(gè)生產(chǎn)和使用過(guò)程中的能耗，建筑使用能耗主要包括采暖、空調(diào)、照明、炊事、家用電器、熱水供應(yīng)等方面能耗。建筑作為人類生活的基本聚居空間，要維持良好的生活環(huán)境，需要耗費(fèi)大量的能源，在全世界日益增長(zhǎng)的能源消耗中，無(wú)論是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家，建筑能耗都存在。建筑能耗在一個(gè)國(guó)家的總能耗中占相當(dāng)大的比例。為適應(yīng)建筑熱環(huán)境改善的需要，我國(guó)的建筑能耗必將呈激增趨勢(shì)。如果高能耗建筑繼續(xù)大量興建，建筑能耗急劇增加，不但會(huì)給我國(guó)能源供應(yīng)帶來(lái)巨大壓力，而且會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，從而制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，這與我國(guó)實(shí)施的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略是背道而馳的。在建筑節(jié)能已成為世界性的大潮流的今天，在我國(guó)積極推進(jìn)建筑節(jié)能降低建筑能耗，有助于合理利用能源、改善生態(tài)環(huán)境和生存環(huán)境，具有異常重要的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。資源、能源和環(huán)境問(wèn)題是制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的三大考驗(yàn), 建筑能耗(包括建造能耗、生活能耗、采暖空調(diào)等) 是我國(guó)能源消耗中的重要組成部分, 約占全社會(huì)總能耗的30%, 其中最主要的采暖和空調(diào)能耗占到20% 。因此, 建筑節(jié)能潛力巨大, 對(duì)于節(jié)約能源、降低碳和其他有害物質(zhì)的排放以及實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的作用。目前, 國(guó)家對(duì)于建筑節(jié)能料和節(jié)能改造技術(shù)非常重視, 相繼出臺(tái)了一批節(jié)能法規(guī)和政策以推進(jìn)建筑節(jié)能改造的實(shí)施。其中建筑保溫隔熱材料用于減少建筑室內(nèi)向外環(huán)境的熱損失,可有效降低建筑空調(diào)負(fù)荷和空調(diào)能耗, 是構(gòu)建節(jié)能建筑和實(shí)施節(jié)能改造的重要組成部分。1、常用建筑保溫隔熱材料的分類及發(fā)展建筑保溫隔熱材料種類繁多, 根據(jù)保溫隔熱材料在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的使用部位不同, 可分為內(nèi)、外保溫隔熱材料; 根據(jù)保溫隔熱材料的形態(tài)可分為板塊狀和漿體狀保溫隔熱材料; 根據(jù)保溫隔熱材料的材質(zhì)可分為有機(jī)和無(wú)機(jī)保溫隔熱材料等。其中, 礦物棉（看圖1-1）、膨脹珍珠巖、泡沫塑料等較為常用的建筑隔熱保溫材料。圖1-11840年英國(guó)首先把溶化的礦渣噴吹后形成纖維生產(chǎn)出礦渣棉, 并用作建筑保溫隔熱, 至今已有170余年的歷史。國(guó)內(nèi)的礦物棉研制和生產(chǎn)始于1958年, 而1978年北京新材總廠從瑞典容格公司引進(jìn)年產(chǎn)1.63萬(wàn)噸巖棉生產(chǎn)線, 揭開(kāi)了國(guó)內(nèi)礦物棉工業(yè)生產(chǎn)的序幕。90年代由于建筑節(jié)能和墻改工作的推進(jìn), 礦物棉應(yīng)用越來(lái)越普及。礦物棉是一種優(yōu)良的保溫隔熱材料, 按照所用原料的不同, 分為巖棉和礦渣棉兩種。礦物棉及其制品在建筑和其他工業(yè)上的應(yīng)用, 以其優(yōu)良的保溫隔熱和顯著的經(jīng)濟(jì)效益引起人們關(guān)注。除礦物棉類材料的保溫隔熱性能外, 巖棉類材料還具有防火特性, 礦物棉具有很好的吸聲和隔振效果, 因此礦物棉類材料廣泛用于早期的工業(yè)和建筑保溫隔熱。但礦物棉類材料不同程度地含有瀝青、膠或其它有機(jī)物,容易產(chǎn)生有害物質(zhì)而污染環(huán)境, 而且礦物棉材料強(qiáng)度低, 作為維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱層時(shí)易塌陷, 而且生產(chǎn)加工工藝復(fù)雜, 逐漸被其它材料所替代。1.2膨脹珍珠巖保溫隔熱材料圖1-2 作為保溫隔熱材料的珍珠巖（見(jiàn)圖1-2珍珠巖屋面隔熱保溫板），工業(yè)性生產(chǎn)始于1946年美國(guó)的亞利桑那, 我國(guó)的膨脹珍珠巖則在60年代末由大連耐火材料廠開(kāi)始生產(chǎn)。膨脹珍珠巖是一種天然酸性玻璃質(zhì)火山熔巖非金屬礦產(chǎn), 包括珍珠巖、松脂巖和黑曜巖, 三者只是結(jié)晶水含量不同。由于在10001300度高溫條件下其體積迅速膨脹4 30倍, 故統(tǒng)稱為膨脹珍珠巖。常溫導(dǎo)熱系數(shù)0.024 5 0.048 w / ( mk ), 高溫導(dǎo)熱系數(shù)0.058 0.175 w / ( m k ) , 低溫導(dǎo)熱系數(shù)0.028 0.038w / ( m k ), 最高使用溫度800度 。用作高效保溫、保冷填充材料。膨脹珍珠巖材料的容重小、導(dǎo)熱系數(shù)低, 耐火和隔音性能好, 而且無(wú)毒, 它是一種價(jià)廉的保溫材料,主要用作建筑保溫抹灰料、輕質(zhì)砼骨料、墻體松散保溫填料、制造纖維增強(qiáng)砼板、保溫地板以及石膏珍珠巖砼整體屋面板、板材等。但膨脹珍珠巖具有很強(qiáng)的親水性, 由于水的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)高于膨脹珍珠巖材料, 吸水后會(huì)導(dǎo)致其保溫隔熱性能急劇下降; 同時(shí)膨脹珍珠巖為無(wú)機(jī)多孔物質(zhì), 易破碎, 在運(yùn)輸過(guò)程可能由于擠壓或撞擊而造成破碎, 使其密度增加而導(dǎo)致保溫性能下降。因此在保溫隔熱應(yīng)用時(shí)需要對(duì)膨脹珍珠巖進(jìn)行疏水和增強(qiáng)處理。1.3 泡沫塑料保溫隔熱材料圖1-3泡沫塑料（見(jiàn)圖1-3: 泡沫塑料保溫隔熱材料）作為一種重要的有機(jī)保溫隔熱材料,主要有聚苯乙烯和聚氨酯泡沫塑料兩種。聚氨酯泡沫塑料和聚苯乙烯泡沫塑料均在本世紀(jì)30年代問(wèn)世, 我國(guó)聚氨酯泡沫塑料和聚苯乙烯泡沫塑料的生產(chǎn)則分別始于50年代末和60年代。其中聚苯乙烯泡沫塑料是目前使用最為普遍的一種保溫隔熱材料, 具有保溫隔熱性能好、質(zhì)輕、吸聲等特性, 尤其適合寒冷地區(qū)的保溫。當(dāng)用聚苯乙烯泡沫板作為保溫層、用聚合物砂漿作為面層時(shí), 應(yīng)該使用玻璃纖維網(wǎng)絡(luò)布或鋼絲網(wǎng)作為外保溫層的加強(qiáng)材料, 但這樣容易導(dǎo)致熱橋產(chǎn)生且保溫墻面容易產(chǎn)生裂縫, 控制保溫墻面產(chǎn)生裂縫, 通常選用耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布,且在保溫層上先用彈性水泥砂漿抹3 5 mm 厚, 然后將網(wǎng)格布用鐵抹子及時(shí)壓砂漿之中; 又因?yàn)榫郾揭蚁┡菽芰嫌米魍鈮Ρ貢r(shí)需要用特殊粘結(jié)劑和耦合劑將板材粘結(jié)在外墻上, 再經(jīng)過(guò)若干道工序處理, 施工十分復(fù)雜。而且有機(jī)材料與磚墻結(jié)合較為困難, 施工中稍有疏忽就會(huì)造成空鼓、脫落而帶來(lái)事故隱患。另外泡沫塑料制品抗老化能力差, 使用壽命在20年左右, 廢棄材料不能降解而造成白色污染。表1-1對(duì)礦物棉、膨脹珍珠巖、泡沫塑料等幾種常用保溫隔熱材料的性能進(jìn)行了對(duì)比。需要注意的是, 由于水的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)高于多孔的保溫隔熱材料,保溫隔熱材料吸濕后導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)急劇升高而導(dǎo)致其保溫隔熱性能的下降。因此, 吸濕性能對(duì)保溫隔熱效果影響很大, 在保溫隔熱應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意防潮或者預(yù)先對(duì)保溫隔熱材料進(jìn)行疏水處理。保溫隔熱材料保溫隔熱性能防潮性防火性經(jīng)濟(jì)性礦物棉好吸濕性強(qiáng), 注意防潮好價(jià)格低廉膨脹珍珠巖較好吸濕性較強(qiáng), 注意防潮好價(jià)格低廉泡沫塑料好吸濕率低, 防潮性能好較差, 易燃造價(jià)偏高表1-1: 幾種常用保溫隔熱材料的性能對(duì)比2、新型納米氣凝膠保溫隔熱材料的研究與發(fā)展隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展, 氣凝膠作為一種新型的輕質(zhì)納米多孔性固態(tài)材料越來(lái)越引起人們的重視。它被認(rèn)為是目前質(zhì)量最輕、隔熱性能最好的固態(tài)材料, 常溫下熱導(dǎo)率可低至0.013w /mk,孔隙率可高達(dá)99%, 比表面積高達(dá)1000m2 /g, 密度可低至0.003 g /cm3, 同時(shí)還具有良好的吸聲和減震等性能, 具有其他隔熱材料不可比擬的優(yōu)越性。對(duì)于氣凝膠等高孔隙率多孔材料, 其傳熱過(guò)程包含三種傳熱機(jī)理: 通過(guò)氣凝膠固體骨架和內(nèi)部孔隙的熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱和輻射傳熱。氣凝膠的網(wǎng)絡(luò)膠體顆粒尺寸為3 20 nm, 孔徑小于空氣分子的平均自由程( 50 60 nm ), 因而在氣凝膠孔內(nèi)沒(méi)有空氣對(duì)流; 而且氣凝膠具有極高的孔隙率, 固體所占體積比很低, 導(dǎo)熱系數(shù); 同時(shí)氣凝膠的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)熱輻射具有#無(wú)窮隔熱板效應(yīng), 對(duì)熱輻射的遮擋效率很高, 這使得氣凝膠成為目前世界上熱導(dǎo)率最低的固體材料, 是一種具有良好保溫隔熱性能和廣闊應(yīng)用前景的新型材料。氣凝膠材料具有非常高的孔隙率和多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu), 但其強(qiáng)度低韌性差,制約了其在工程中的廣泛應(yīng)用, 對(duì)于氣凝膠的增強(qiáng)和增韌處理成為極需解決的問(wèn)題。異氰酸酯對(duì)二氧化硅氣凝膠進(jìn)行了修飾, 修飾后氣凝膠強(qiáng)度是純二氧化硅氣凝膠的100倍。碳納米管作為添加物來(lái)改善二氧化硅氣凝膠本身的脆性,研究發(fā)現(xiàn)碳納米管在二氧化硅氣凝膠中可起到骨架的支撐和橋聯(lián)作用,在一定程度上改善了氣凝膠的韌性。將短切莫來(lái)石纖維滲入二氧化硅凝膠網(wǎng)絡(luò), 發(fā)現(xiàn)摻入3% 的莫來(lái)石纖維, 可有效提高氣凝膠的彈性模量和機(jī)械強(qiáng)度。圖2-1: 氣凝膠保溫隔熱材料3、氣凝膠保溫隔熱材料在建筑中的應(yīng)用由于前期氣凝膠的生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜, 造價(jià)偏高, 氣凝膠的應(yīng)用還限于航空航天等高端領(lǐng)域, 但隨著氣凝膠研究的深入和制備技術(shù)的發(fā)展, 目前也逐漸開(kāi)始應(yīng)用于建筑保溫隔熱領(lǐng)域。由于氣凝膠具有優(yōu)越的保溫隔熱性能和吸聲減震等特性, 用作保溫隔熱材料在建筑節(jié)能領(lǐng)域具有很好的發(fā)展和應(yīng)用潛力, 如氣凝膠節(jié)能窗、氣凝膠新型板材和屋面太陽(yáng)能集熱器。3.1 氣凝膠節(jié)能窗氣凝膠是目前隔熱性能最好的固態(tài)材料, 因此被廣泛應(yīng)用于特殊的窗口隔熱體系。硅氣凝膠制備的雙層隔熱窗熱導(dǎo)率低于0.002w /mk, 用該材料制得的特種玻璃, 其保溫性能是同樣厚度 普通泡沫塑料的4 倍。2000年俄羅斯一家公司開(kāi)發(fā)出一種從外觀和透 明度看都與普通玻璃相似的新型氣凝膠玻璃, 由于它耐熱性極高, 阻燃,抗放射性輻射, 還可以調(diào)色和吸音, 廣泛應(yīng)用于建筑材料領(lǐng)域。用于屋面絕熱的新型建筑用氣凝膠玻璃, 這種材料不但滿足絕熱性能的求,也滿足光學(xué)性能的要求。另外, 由于氣凝膠能有效地透 過(guò)太陽(yáng)光, 并阻止環(huán)境溫度的紅外輻射, 因此是一種理想的絕熱透明太陽(yáng)能采暖材料。加之氣凝膠有足夠的抗壓強(qiáng)度,能平衡外界氣壓, 把它作為雙層玻璃中填充的保溫材料, 制備出氣凝膠節(jié)能窗, 由于透光性且隔熱,得到廣泛應(yīng)用。丹麥的jensen 等人在玻璃中間充 入15mm 的硅氣凝膠使中心的熱損失系數(shù)小于0.7w /m2k,透光率達(dá)76% 。3.2氣凝膠新型板材圖 3-2: 氣凝膠新型板材氣凝膠新型板材是一種透光率為20%，傳熱系數(shù)僅為0.05w/m2k的新型板材，該板材是以nanogel材料為填充內(nèi)核的復(fù)合結(jié)構(gòu)夾芯板，稱nanogei夾芯板，該公司制作的新型屋頂天窗系統(tǒng)，在加強(qiáng)透光性的同時(shí)，并沒(méi)有在其隔熱層內(nèi)產(chǎn)生通風(fēng)效應(yīng)，同時(shí)也不會(huì)損失熱量。 3.3屋面太陽(yáng)能集熱器圖3-3: 屋面太陽(yáng)能集熱器把氣凝膠用于太陽(yáng)能集熱器的儲(chǔ)水箱、管道和集熱器, 可使其集熱效率比傳統(tǒng)太陽(yáng)能集熱器提高一倍以上, 且熱損失下降30% 左右。氣凝膠用于熒光太陽(yáng)能集熱器具有塑性材料無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn), 如氣凝膠具有良好的熱穩(wěn)定性和光學(xué)穩(wěn)定性及紫外線可見(jiàn)區(qū)良好的透光性。4、隔熱保溫涂料具有隔熱保溫性能的涂料叫隔熱保溫涂料。隔熱是通過(guò)對(duì)溫度波動(dòng)的衰減和延遲而達(dá)到，保溫由熱阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。按照隔熱保溫機(jī)理，可將隔熱保溫涂料分為阻隔性隔熱保溫涂料、反射隔熱涂料及輻射隔熱保溫涂料 3 類。4.1阻隔性隔熱保溫涂料阻隔性隔熱保溫涂料是通過(guò)低導(dǎo)熱系數(shù)和高熱阻來(lái)實(shí)現(xiàn)隔熱保溫的一種涂料。應(yīng)用最廣泛的阻隔性隔熱保溫涂料是復(fù)合硅酸鹽隔熱保溫涂料。這類涂料是 20 世紀(jì) 80 年代末發(fā)展起來(lái)的，有不同的產(chǎn)品名稱，如復(fù)合硅酸鎂鋁隔熱涂料、稀土保溫涂料、涂覆型復(fù)合硅酸鹽隔熱涂料等。它是由無(wú)機(jī)和（或）有機(jī)粘結(jié)劑、隔熱骨料（如海泡石、蛭石、珍珠巖粉等）和引氣劑等制成的保溫涂料。復(fù)合硅酸鹽隔熱保溫涂料雖然導(dǎo)熱系數(shù)較低，成本也低，但干燥周期長(zhǎng)，抗沖擊能力弱，干燥收縮大，吸濕率大，粘結(jié)強(qiáng)度低、裝飾效果較差等。這類涂料目前主要用于鑄造模具、油罐和管道等的隔熱。這種涂料目前還不能用于外墻外保溫。將來(lái)通過(guò)改性，預(yù)期可用于外墻外保溫系統(tǒng)。4.2 輻射隔熱保溫涂料輻射隔熱涂料是通過(guò)輻射的形式把建筑物吸收的太陽(yáng)能以長(zhǎng)波形式發(fā)射到空氣中，從而達(dá)到隔熱降溫的效果。作為外墻涂料，需高發(fā)射率。有機(jī)涂料的發(fā)射率一般在 0.800.90，外墻輻射隔熱涂料的關(guān)鍵是制備具有高熱發(fā)射率的涂料。美國(guó) astm c 1483 04 建筑外用太陽(yáng)能輻射控制涂料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程規(guī)定，太陽(yáng)能輻射控制涂料在環(huán)境溫度下的紅外發(fā)射率應(yīng)至少為 80% 。輻射隔熱涂料能夠以熱發(fā)射的形式將吸收的熱量輻射出去，從而使室內(nèi)降溫，到隔熱效果。用于夏熱冬暖地區(qū)和夏熱冬冷地區(qū)的隔熱，它是不錯(cuò)的選擇。與外墻外保溫結(jié)合使用效果更佳。作為內(nèi)墻涂料，常溫下低發(fā)射率有利于提高舒適度和節(jié)能。好多人知道 low e 玻璃能提高舒適度和節(jié)能，但很少有人知道 low e 內(nèi)墻涂料能提高舒適度和節(jié)能。4.3 隔熱保溫涂料納米隔熱保溫涂料是以合成樹(shù)脂乳液為基料，引進(jìn)反射率高、熱阻大的納米級(jí)反射隔熱材料，如中空陶瓷粉末、氧化釔等而制成的隔熱保溫涂料，具有較好的發(fā)展前景。納米隔熱保溫涂料是建立在低密度和超級(jí)細(xì)孔（小于50nm）結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，其導(dǎo)熱系數(shù)低而反射率高。真空狀態(tài)使分子傳導(dǎo)傳熱和對(duì)流傳熱完全消失。因此采用真空填料以制備性能優(yōu)良的保溫涂料成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。美國(guó)將采用太空科技的 astec 陶瓷絕熱涂料用于建筑中，施以薄層即可達(dá)到隔熱保溫效果。研制生產(chǎn)復(fù)合型多功能隔熱保溫涂料。一種隔熱保溫效果良好的涂料往往是兩種或多種隔熱保溫機(jī)理協(xié)同作用的結(jié)果，各種隔熱保溫涂料各有其特點(diǎn)，可進(jìn)行復(fù)合，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，研制出性能優(yōu)良的復(fù)合型隔熱保溫涂料。將不同的隔熱保溫涂料和