建筑節(jié)能論文精選
關鍵詞：建筑節(jié)能論文
摘要：主要分析了EPS保溫節(jié)能材料的性能，基于EPS板性能，對其厚度和防火安全性進行討論，指出厚度為40mm的EPS板既能滿足建筑節(jié)能的要求，而且性價比最高。自20世紀70年代以來，石油危機引起了全世界對能源問題的關注，并被視為人類生存的四大難題之一。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源問題逐漸凸顯，常規(guī)能源日益枯竭。為此，“節(jié)能”開始成為應對能源危機的重要對策。在全社會總能耗當中，建筑能耗所占比例可達到11%~30%[1-3]，是能耗比例非常高的行業(yè)。20世紀80年代，我國著手對建筑節(jié)能設計進行研究，并且備受國內(nèi)企業(yè)和科研單位關注。我國2008年的建筑耗能（6.6億t標準煤）大約是1996年建筑耗能（2.6億t標準煤）的2.5倍。隨著我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)建筑面積也不斷增加，伴隨而來的是建筑能耗的不斷增加。1996年我國北方地區(qū)建筑面積為23.8億m2，2002年建筑面積突破50億m2，并且還在不斷增加，而2008年建筑面積已經(jīng)達到88.2億m2（此時采暖耗能所占建筑總能耗的比例已達20%以上），僅僅13年間建筑面積擴大了近3倍[3]。因此，建筑節(jié)能設計優(yōu)化已經(jīng)成為當前我國甚至是全世界重要的課題。目前，實現(xiàn)建筑節(jié)能最重要的手段是建筑保溫技術，而建筑保溫技術最關鍵的就是保溫節(jié)能體系的設計、開發(fā)、優(yōu)化以及材料的選用[4-6]。常用的建筑節(jié)能材料包括兩類：無機保溫材料，如巖棉、泡沫陶瓷、泡沫水泥、膨脹珍珠巖等；有機保溫材料，聚苯乙烯泡沫（EPS）、擠塑聚苯乙烯泡沫（XPS）、酚醛泡沫（PF）、硬泡聚氨酯（PU）等[7]。由于無機保溫材料的導熱系數(shù)偏大，保溫節(jié)能效果不理想，達不到建筑節(jié)能的要求，因此有機建筑節(jié)能保溫材料逐漸被應用于建筑中。其中，EPS是我國節(jié)能建筑應用最多的有機泡沫類材料。
1EPS板性能分析
EPS板的原材料是聚苯乙烯樹脂，加入發(fā)泡劑、阻燃劑等添加劑，經(jīng)過加熱預發(fā)泡，在模具中加熱而制成具有不同表觀密度的閉孔結構的硬質(zhì)EPS板[8-9]。EPS板具有顯著的節(jié)能保溫優(yōu)點：質(zhì)輕、導熱系數(shù)低（保溫效果好）、抗潮濕、密度低、易加工、價格便宜、施工性較好、隔聲效果良好，環(huán)保和可再循環(huán)利用等，因此成為目前使用最多的建筑保溫材料。（1）吸水性。EPS特有的內(nèi)部結構致使其具有較強的抗潮濕能力。研究表明：EPS即使被埋在地下飽水層幾年其吸水量也不會超過10%；除汽油外，絕大多數(shù)溶劑對EPS影響不大[10]。因此，EPS具有較好的抗老化能力。（2）密度。EPS材料的密度低，具有質(zhì)量輕的優(yōu)點，這對于建筑保溫節(jié)能具有重要意義。EPS的密度一般為18~30kg/m3（表1），其密度大小取決于樹脂的膨脹倍數(shù)[11]，相比較而言，PF泡沫板、PU硬質(zhì)泡沫的密度更低。（3）保溫隔熱性（導熱系數(shù)）。由于EPS內(nèi)部空腔結構，使得這種材料具有低的導熱系數(shù)。研究表明：EPS的導熱系數(shù)與含水率存在正相關關系，當EPS含水率為1%時，導熱系數(shù)大約增大5%；當含水率為5%時，導熱系數(shù)最大可增大75%[12]。但由于EPS吸水率低，具有較好的抗潮濕能力，因此，EPS仍具有較好的保溫隔熱性。（4）熱穩(wěn)定性。EPS板的最高工作溫度可達80℃，一般情況下，EPS性能比較穩(wěn)定；但當溫度達到150℃時EPS板開始熔融；若溫度持續(xù)升高，EPS板將會發(fā)生分解，并產(chǎn)生可燃氣體，但由于EPS板中添加有阻燃劑，因此火焰不會擴散，幾秒鐘之內(nèi)會自動熄滅[13]。（5）回收性和環(huán)保性。EPS能夠回收再利用，具有良好的環(huán)保性。有多種途徑回收利用EPS：(1)通過機械回收EPS重新制成XPS，或者將其熱熔再生制成新的EPS使用；(2)化學回收利用，制成紙箱防水涂料、建筑涂料等[14]。
2建筑節(jié)能優(yōu)化設計
2.1EPS板厚度設計
導熱系數(shù)K值是指在穩(wěn)定傳熱條件下，當墻體內(nèi)外兩側溫差為1℃時，單位時間內(nèi)通過單位面積所傳遞的熱量值[15]。導熱系數(shù)和材料密切相關。保溫節(jié)能材料的厚度變化對墻體導熱系數(shù)具有差別。不同厚度的保溫層EPS對同一個墻體的導熱系數(shù)K和熱惰性指數(shù)D值具有一定的影響。據(jù)孫海萍[15]研究，隨著EPS保溫材料厚度的增加，墻體導熱系數(shù)K值的下降速率減低，見表2和表3[16]。從表2和表3可以看出，隨著保溫材料厚度的增加，熱惰性指數(shù)值穩(wěn)步上升（幾乎恒定為0.085），而墻體導熱系數(shù)值下降速率不斷減小。當保溫材料厚度由45mm增加至50mm時，墻體導熱系數(shù)降幅不到0.05。當保溫材料EPS厚度達到一定限值之后，即使厚度繼續(xù)增加，不僅其表現(xiàn)出的保溫效果也不會很明顯，而且投資額度將會上升。根據(jù)我國建設部發(fā)布的《中國建筑技術政策》中關于建筑節(jié)能應達到65%的要求，結合上述分析，當EPS保溫節(jié)能材料厚度為40mm時，墻體導熱系數(shù)為0.635W/(m2K)，滿足建筑節(jié)能的要求，并且節(jié)省了保溫材料過厚造成的不必要投資。
2.2EPS板防火設計
建筑節(jié)能是當前建筑行業(yè)關注的熱點課題，在節(jié)能的同時建筑材料的防火安全性也十分重要。在國內(nèi)外由于建筑保溫節(jié)能材料防火安全性問題引發(fā)的火災事件并不在少數(shù)。因此，節(jié)能與防火安全應該“一手抓”，二者并重。EPS板的阻燃性為B2級，但是綜合性能上仍存在一定的安全隱患。發(fā)生火災時火焰從建筑窗口涌出，直接接觸保溫系統(tǒng)，未直接接觸的地方受到熱傳遞，最后內(nèi)部空氣發(fā)生膨脹[17]。針對火災發(fā)生時的建筑保溫系統(tǒng)的這些狀態(tài)，提出關于提高建筑保溫材料防火性能的優(yōu)化設計。（1）從EPS板本體角度，在制備過程中添加阻燃劑，從而提高材料本身的防火安全性，EPS所用阻燃劑有如下種類：鹵系阻燃劑，具有強的阻燃能力，種類多樣，包括：十溴二苯醚、氯化石蠟、四溴鄰苯二甲酰亞胺等等，目前通過一些學者的研究已經(jīng)取得較好的效果[18]；無機阻燃劑，阻燃效率不高，常常要和其他阻燃劑配合才能達到較好的效果；膨脹阻燃劑，包括三類組成物質(zhì)：酸源、氣源和碳源，鄭寶明等[19]研究表明，膨脹阻燃劑具有較好的阻燃效率；黏土類阻燃劑為最近使用的新型阻燃劑，包括：斑脫石、蒙脫石等等層狀黏土礦物。這些阻燃劑的添加使得EPS具有較強的阻燃能力，提高了保溫系統(tǒng)的防火安全性能。（2）從保溫系統(tǒng)的構造體系角度，通過對保溫節(jié)能系統(tǒng)進行優(yōu)化，從而達到提高防火安全的目的。具體采取什么措施取決于火災時保溫節(jié)能系統(tǒng)的穩(wěn)固性和減緩或阻礙火災擴散的能力。具體可采用的措施：防火隔離帶，在墻體外部設置呈條帶狀的防火構造物，起到阻止火焰擴散的作用；擋火梁，在窗口設置隔火裝置，起到將火焰與內(nèi)部EPS板隔離的效果；采用金屬固件固定，起到穩(wěn)固保溫層外的保護層作用。在EPS板的表層涂抹具有良好阻燃性的材料（圖1），比如涂抹水泥灰或用石膏板包覆等。RalphMatalon[20]提出用一種具有特殊性質(zhì)的材料，將其涂抹在EPS上形成隔熱甚至到達絕熱效果的保護層，從而達到阻燃的效果。與此同時，在EPS板外層涂覆這種特殊性質(zhì)的材料，能阻礙熱量和氣流發(fā)生交換，進而達到保溫節(jié)能的效果。有關實驗表明：在厚度為120mm的EPS板上涂抹1mm厚的絕熱材料后，其被破壞的時間由原先的1min延長至5min，在EPS板表層形成了隔熱炭層[21]。
3結語
當前，能源問題日益凸顯，節(jié)能開始成為應對能源危機的重要對策，而建筑能耗占整個社會總能耗的比例相當高。因此，建筑節(jié)能是建筑業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個重要環(huán)節(jié)。建筑保溫節(jié)能技術和保溫材料的發(fā)展使得建筑節(jié)能效果越來越明顯。為進一步提高建筑節(jié)能的效率，對EPS板的保溫系統(tǒng)進行了優(yōu)化，當EPS板厚度為40mm時，墻體導熱系數(shù)為0.635W/(m2K)，滿足建筑節(jié)能的要求，此時性價比最高。
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