隔热材料研究背景和前景论文

专指用于建筑墙体的一类保温材料，根据使用位置可分为：外墙保温材料，内墙保温材料，屋面保温材料；根据保温材料的内在成分可分为：无机保温材料和有机保温材料。外墙保温：1、硅酸盐保温材料 2、陶瓷保温材料 3、胶粉聚苯颗粒4、钢丝网采水泥泡沫板（舒乐板） 5、挤塑板XPS 6、硬泡聚氨酯现场喷涂、硬泡聚氨酯保温板 7、发泡水泥板8、A级无机防火保温砂浆屋面材料：1、陶瓷保温板 2、xps挤塑板 3、EPS泡沫板4、珍珠岩及珍珠岩砖 5、蛭石及蛭石砖6、发泡水泥热力、空调材料：酚醛树脂、聚氨酯防水保温一体化、橡塑海绵、聚乙烯、聚苯乙烯泡沫、玻璃棉、岩棉钢构材料：聚苯乙烯、挤塑板、聚氨酯板，玻璃棉卷毡等。

隔热材料分为多孔材料,热反射材料和真空材料三类。前者利用材料本身所含的孔隙隔热，因为空隙内的空气或惰性气体的导热系数很低，如泡沫材料、纤维材料等；热反射材料具有很高的反射系数，能将热量反射出去，如金、银、镍、铝箔或镀金属的聚酯、聚酰亚胺薄膜等。真空绝热材料是利用材料的内部真空达到阻隔对流来隔热。航空航天工业对所用隔热材料的重量和体积要求较为苛刻，往往还要求它兼有隔音、减振、防腐蚀等性能。各种飞行器对隔热材料的需要不尽相同。飞机座舱和驾驶舱内常用泡沫塑料、超细玻璃棉、高硅氧棉、真空隔热板来隔热。导弹头部用的隔热材料早期是酚醛泡沫塑料，随着耐温性好的聚氨酯泡沫塑料的应用，又将单一的隔热材料发展为夹层结构。导弹仪器舱的隔热方式是在舱体外蒙皮上涂一层数毫米厚的发泡涂料，在常温下作为防腐蚀涂层，当气动加热达到200°C以上时，便均匀发泡而起隔热作用。人造地球卫星是在高温、低温交变的环境中运动，须使用高反射性能的多层隔热材料，一般是由几十层镀铝薄膜、镀铝聚酯薄膜、镀铝聚酰亚胺薄膜组成。另外，表面隔热瓦的研制成功解决了航天飞机的隔热问题，同时也标志着隔热材料发展的更高水平。 真空隔热板是最新的隔热材料，在国外大受推广，多用于家电行业等，这种材料的导热系数极低仅为.所以在保温节能上面效果突出。目前国内的冰箱冷藏集装箱已经完全使用这种材料。编辑本段原理热传递在建筑物热量交换中表现为三种方式：传导热+对流热<25%，辐射热>75%。 夏天瓦屋面温度升高后，大量辐射热进入室内导致温度持续上升，工作与生活环境极不舒服。 Dike铝箔卷材的太阳辐射吸收系数（法向全辐射放射率），放射热量很少。被广泛应用于屋面与墙体的隔热保温。 热能传播路线（不加隔热膜）：太阳——红外线磁波——热能撞击瓦片使温度升高——瓦片成为热源放射出热能——热能撞击现浇屋面使温度升高——现浇屋面成为热源放射出热能——室内环境温度持续升高 热能传播路线（加隔热膜）：太阳——红外线磁波——热能撞击瓦片使温度升高——瓦片成为热源放射出热能——热能撞击铝箔使表面温度升高——铝箔放射率极低，放射少量热能——室内保持舒适的环境温度。编辑本段铝箔隔热卷材概念Dike铝箔隔热卷材，又称阻隔膜、隔热膜、隔热箔、拔热膜、反射膜等。由铝箔贴面+聚乙烯薄膜+纤维编织物+金属涂膜通过热熔胶层压而成，铝箔卷材具有隔热保温、防水、防潮等功能。铝箔隔热卷材的日照吸收率（太阳辐射吸收系数）极低()，具有卓越的隔热保温性能，可以反射掉93%以上的辐射热，被广泛应用于建筑屋面与外墙隔热保温。编辑本段影响隔热材料导热系数的主要因素一、材料类型隔热材料（绝热材料）类型不同，导热系数不同。隔热材料的物质构成不同，其物理热性能也就不同；隔热机理存有区别，其导热性能或导热系数也就各有差异。 即使对于同一物质构成的隔热材料，内部结构不同，或生产的控制工艺不同，导热系数的差别有时也很大。对于孔隙率较低的固体隔热材料，结晶结构的导热系数最大，微晶体结构的次之，玻璃体结构的最小。但对于孔隙率高的隔热材料，由于气体(空气)对导热系数的影响起主要作用，固体部分无论是晶态结构还是玻璃态结构，对导热系数的影响都不大。二、工作温度温度对各类绝热材料导热系数均有直接影响，温度提高，材料导热系数上升。因为温度升高时，材料固体分子的热运动增强，同时材料孔隙中空气的导热和孔壁间的辐射作用也有所增加。但这种影响，在温度为0-50℃范围内并不显著，只有对处于高温或负温下的材料，才要考虑温度的影响。三、含湿比率绝大多数的保温绝热材料都具有多孔结构，容易吸湿。材料吸湿受潮后，其导热系数增大。当含湿率大于5%-10%时，导热系数的增大在多孔材料中表现得最为明显。 这是由于当材料的孔隙中有了水分(包括水蒸气)后，孔隙中蒸汽的扩散和水分子的运动将起主要传热作用，而水的导热系数比空气的导热系数大20倍左右，故引起其有效导热系数的明显升高。如果孔隙中的水结成了冰，冰的导热系数更大，其结果使材料的导热系数更加增大。所以，非憎水型隔热材料在应用时必须注意防水避潮。四、孔隙特征在孔隙率相同的条件下，孔隙尺寸越大，导热系数越大；互相连通型的孔隙比封闭型孔隙的导热系数高，封闭孔隙率越高，则导热系数越低。五、容重大小容重(或比重、密度)是材料气孔率的直接反映，由于气相的导热系数通常均小于固相导热系数，所以保温隔热材料往往都具有很高的气孔率，也即具有较小的容重。一般情况下，增大气孔率或减少容重都将导致导热系数的下降。 但对于表观密度很小的材料，特别是纤维状材料，当其表观密度低于某一极限值时，导热系数反而会增大，这是由于孔隙率增大时互相连通的孔隙大大增多，从而使对流作用得以加强。因此这类材料存在一个最佳表观密度，即在这个表观密度时导热系数最小。六、材料粒度常温时，松散颗粒型材料的导热系数随着材料粒度的减小而降低。粒度大时，颗粒之间的空隙尺寸增大，其间空气的导热系数必然增大。此外，粒度越小，其导热系数受温度变化的影响越小。七、热流方向导热系数与热流方向的关系，仅仅存在于各向异性的材料中，即在各个方向上构造不同的材料中。 纤维质材料从排列状态看，分为方向与热流向垂直和纤维方向与热流向平行两种情况。传热方向和纤维方向垂直时的绝热性能比传热方向和纤维方向平行时要好一些。一般情况下纤维保温材料的纤维排列是后者或接近后者，同样密度条件下，其导热系数要比其它形态的多孔质保温材料的导热系数小得多。 对于各向异性的材料(如木材等)，当热流平行于纤维方向时，受到阻力较小；而垂直于纤维方向时，受到的阻力较大。以松木为例，当热流垂直于木纹时，导热系数为(m·K)，平行于木纹时，导热系数为(m·K)。 气孔质材料分为气泡类固体材料和粒子相互轻微接触类固体材料两种。具有大量或无数多开口气孔的隔热材料，由于气孔连通方向更接近于与传热方向平行，因而比具有大量封闭气孔材料的绝热性能要差一些。八、填充气体隔热材料中，大部分热量是从孔隙中的气体传导的。因此，隔热材料的热导率在很大程度上决定于填充气体的种类。低温工程中如果填充氦气或氢气，可作为一级近似，认为隔热材料的热导率与这些气体的热导率相当，因为氦气和氢气的热导率都比较大。九、比热容热导率=热扩散系数×比热×密度。在热扩散系数和密度条件相同的情况下，比热越大，导热系数越高。 隔热材料的比热对于计算绝热结构在冷却与加热时所需要冷量(或热量)有关。在低温下，所有固体的比热变化都很大。在常温常压下，空气的质量不超过隔热材料的5%，但随着温度的下降，气体所占的比重越来越大。因此，在计算常压下工作的隔热材料时，应当考虑这一因素。 对于常用隔热材料而言，上述各项因素中以表观密度和湿度的影响最大。因而在测定材料的导热系数时，必须同时测定材料的表观密度。至于湿度，对于多数隔热材料可取空气相对湿度为80%一85%时材料的平衡湿度作为参考状态，应尽可能在这种湿度条件下测定材料的导热系数。、十、真空热传导的方式有三种：对流、传导和辐射。其中对流方式导热为最重要的。通过真空阻绝了对流导热系数就大大的降低了，原理就像是热水瓶一样。而作为骨架的填充材料可能会通过传导方式导热，所以采用导热系数低的玻璃纤维做骨架。外表加上铝膜包装袋对辐射进行阻隔。所以这种材料是导热系数最小的。编辑本段导热系数较低的几种隔热材料（按厚度划分）1.保温隔热纸：FiberGC-10~50系列隔热纸导热系数瓦米开，厚度，白色，纸状，具有超薄的优势，常用于IT类小型电子产品以及家电领域，极少用于建筑类的保温隔热； 2.玻璃纤维棉板/毡：导热系数瓦米开，厚度3mm~5mm，白色，分硬板和软毡状，玻璃纤维结构，用于家电产品、管道等； 3.聚氨酯发泡板（PU/PIR）：导热系数瓦米开，多色，硬质、脆性，厚度10mm~200mm； 4.离心剥离纤维棉/岩棉：导热系数一般为瓦米开，厚度30~200mm，黄色，用于建筑行业，机房、库房等；

建筑节能技术 摘要：建筑物的建筑节能技术内容主要涉及到：建筑外围护结构节能技术、建筑供热制冷系统和建筑设备节能技术、可再生能源在建筑中应用技术。而建筑外围护结构节能内容主要有：外墙保温隔热技术、门窗节能技术、屋面节能技术和地面、楼板及楼梯间隔墙技术、建筑遮阳技术等等；建筑供热制冷系统和建筑设备节能内容主要有：热电冷联产技术、供热系统温控与热计量技术、空调蓄冷技术、空调系统变频控制技术、热回收技术；可再生能源在建筑中应用技术内容主要有：太阳能（包括光热、光电）利用技术、浅层地源热泵（包括土壤源、地下水源、海水源、淡水源、污水源）和太阳能源热泵技术在建筑上的应用。 一、建筑外围护结构节能技术及存在问题（一）、外墙保温隔热技术基本情况1、外墙保温隔热技术应用与发展我国建筑以混凝土结构、砌体结构及混合结构体系为主，由于这些结构形成的建筑自身特点，在实施建筑节能时通常采用外墙附贴保温隔热系统构造的方式。我国于八十年代中期开始研究建筑外墙保温技术、进行工程试点，国内的企业、研究单位首先通过将改良的窑炉、管道工业保温技术用于建筑物的节能，这方面的技术有珍珠岩、复合硅酸盐、海泡石或与有机硅复合的各种外墙内保温浆体材料；这些技术自九十年代初期应用于北方严寒和寒冷地区的节能建筑，后因为生产工艺简陋、生产控制不严格、性能指标不易达到要求，施工质量难以保证，因而工程质量问题比较多而逐渐退出北方建筑节能市场，现在主要在南方进行应用。与此同时,部分国内的企业引进国外技术或对其进行改造后组织生产用于建筑物的节能，这方面的技术有：模塑聚苯乙烯泡沫塑料板（简称EPS）薄抹灰外墙外保温系统；机械固定发泡聚苯板钢丝网架板外墙外保温系统。还有国内独立研发的技术，这方面的技术有：如胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统；发泡聚苯板现浇混凝土外墙外保温系统；这些技术系统的应用工程已达上千万平方米，有些应用已超过上亿平方米，代表了我国当今技术主潮流，是发展的方向。随着我国部分先进地区开始执行节能率达65%的第三步建筑节能标准，和公共建筑节能标准的实施，最近几年国内还研发了挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板（简称XPS）外保温技术、胶粉聚苯颗粒复合型外保温技术（EPS系列）以及聚氨酯（简称PU）高效外保温技术，这些技术正在日益成熟，为许多高效节能建筑示范采用；但是应该注意的是：在工程应用挤压聚苯板（XPS）系统时不能使用普通板和再生板，应该使用改进工艺后生产的墙体专用板；而软、硬泡聚氨酯（PU）技术目前仅以现场喷涂技术和专用板或复合专用板形式的薄抹灰粘贴板技术比较成熟。最近部分技术系统正在进行提高系统防火性能研究和进行系统装配化做法的研究，有些已经完成了系统研究，完成了工程试点示范，完善后的新系统将在公共建筑节能和既有建筑节能改造方面有很好的应用前景。此外，针对现在保温材料以有机材料为主，其应用性能在建筑类型、建筑尺度上受限制的情况，还研发了以矿（岩）棉、玻璃棉、膨胀玻化微珠、泡沫玻璃保温系统为代表的无机保温材料外保温系统，现正在开展工程试用和推广。还有一些企业正在研究外墙外保温系统上贴瓷砖的技术，这些技术还有相当多的研究工作需要完成才能可靠的应用于工程。与外墙内、外保温系统同时存在的还有，以加气混凝土墙体、保温夹心墙系统、现浇砌模墙体为代表的结构墙体保温隔热系统。我国外墙保温隔热技术作为建筑节能事业的一个主要技术组成部分，正在朝着：性能高中低档搭配，材料多种、性能多样，能分别适合我国北方寒冷干燥气候和南方温暖潮湿的房屋工程特点方向发展。2、工程应用中常见的技术问题和影响质量的问题我国外墙保温技术在较短时间取得了世界注目的发展，但是在提高完善质量和规范管理外墙保温技术方面，我国还刚刚起步；与欧洲管理规范化,把外保温系统作为一个整体进行认定的情况有所不同，我们的管理部门、生产、设计和施工应用单位在认定时还存在比较注意控制材料产品性能,而忽视按要求进行系统性能控制的倾向；生产、研究、施工行业还存在应用技术理论研究薄弱、工程经验缺乏、实验和验证方法不统一的问题；相当数量的开发商对待建筑节能实施仍然抱应付和消极的态度，使得质次价低的产品在低价中标的做法下占有市场；最突出的就是各个环节不能严格按标准生产、销售、施工的问题。（1）企业技术研发、培训缺位企业是我国应用技术研发的主体，但是在外墙保温隔热技术领域目前除了少数企业外，大多数生产企业没有独立的研发力量，大都还停留在模仿国内外技术阶段，对技术的基础理论、构造措施原理、系统形成机理研究很少；一是有缺陷的保温隔热系统流向市场，造成技术产品市场混乱；二是低价中标单位寻求替代材料时，会出现以次充好，或者为节约成本，简化构造、简化施工环节时，会出现系统性能下降，使工程质量得不到保证。而大部分内保温浆料型技术系统在南方建筑上应用时,这些技术系统在改变了的环境中使用，其保温机理有所不同，系统经常处于常温常湿的非中高温干燥状态，不能提供优良保温隔热性能。（2）创新技术集成系统问题 目前国家级、省级科研机构进行外墙保温隔热技术与产品研究的不多，因此企业在自行研究新的外墙保温隔热技术系统时，能从基础研究中得到的支持很少；而企业受自身技术、经济条件的制约，对于新研究的技术系统也没有配备足够的人力、物力、财力，难以从技术的基础理论、构造措施原理、系统性能形成机理的研究上下工夫，难以解决不同的材料在集成不同的外保温系统时出现的问题，使得新研究的技术还在试用阶段就暴露出工程可靠性差、耐久性不够的问题；有些虽然也通过了技术评估，但在扩大应用中就暴露出系统性能不完善，出现工程质量问题。还有少数施工企业不进行研究，没有任何技术根据就组织队伍承揽实施外墙外保温工程；还有的生产、施工企业为了迎合某些开发项目的需要，没有经过外保温系统的大型耐候试验、系统评估或论证就进行外墙外保温系统施工，或进行建筑物外墙外保温系统上粘贴瓷砖的施工，出现保护层开裂和瓷砖空鼓脱落现象，这些都是非常危险的做法。（3）施工质量外墙外保温工程或者叫外墙外保温技术系统从工厂生产出来到达工程现场还是半成品，必须在现场经过施工环节才能最终形成外墙外保温技术系统，因此系统的质量与施工质量有很大关系，而现在很多都是非专业队伍施工，施工组织不规范、没有专门的资质要求,“专业施工人员”并不掌握外保温技术，加上监理环节也存在不规范的问题，无法保证外墙外保温技术系统的现场施工质量始终处于受控状态，也就无法保证外墙外保温系统的工程质量。（4）低价中标与系统质量现在正常的外墙外保温系统施工成本应该在70～80/m2元人民币，加合理利润销售价格应该在80/m2元人民币以上；但是现在经常耳闻有外保温工程报价低至40～50元人民币的外保温，这样做的后果就是质量不合格的外保温系统，或者就是质量有隐患的外保温系统流向市场；现在有些地方正在建立施工图审查环节中的经济技术审查,对外保温系统的基本定额进行审查，以保证工程质量，在目前市场条件下这是值得推广的经验。（5）其他应该注意的问题统一检测标准、检测方法。目前在国内能按标准进行大型耐候试验单位并不多，但因有利可图便纷纷开展大型耐候试验，结果因为试验的方法和工作程序不统一，导致同厂家的同一种技术系统在不同试验单位的结果不一致，这就为不成熟技术产品进入市场开了方便大门。规范设计。设计、施工单位对保温隔热技术缺乏了解，靠照搬厂家或标准图集了事，对相关技术产品标准缺乏培训，出现设计不合理的保温隔热工程、施工质量低下的保温隔热工程。完善防水隔潮性能。随着建筑节能深入，在低能耗和超低能耗建筑设计中现有外墙保温隔热系统可能会出现露点，因此外墙保温隔热技术产品下一步应研究隔潮层的设置。改变目前保温隔热材料以有机材料为主、以石油化工产品为主的局面。建筑节能的最终目的是为了节约石油、煤炭资源，但是目前大量使用的外墙保温隔热材料（EPS、XPS、PU）、门窗材料（PVC）、屋面材料（EPS、XPS、PU、PVC、沥青）都来自石油化工产品，对石油化工依存度高和大量使用又拉动了能源资源的消耗；因此应该关注、支持无机保温隔热材料的研发和应用，而现阶段应该关注、支持有机石油化工保温隔热材料的循环利用技术的研发和应用。组织国家建筑科研力量认真研究我国南北建筑气候差异、建筑技术特点、建筑使用特点、外墙保温隔热机理和适宜的外墙保温隔热技术与产品 我国气候、生活习惯南北差异大，应该组织国家和地方科研力量进行研究；特别是在夏热冬冷和夏热冬暖地区使用内保温技术问题，既不能简单照搬严寒、寒冷地区的经验，也不能偏信厂家的宣传；应该根据内保温技术应用中普遍存在的热桥问题、生产和施工质量不稳定问题、外墙热工环境恶化问题，进行严格的第三方验证，完善其保温隔热性能和可用性。最终形成性能高中低档搭配，形式有外墙外保温、外墙内保温、外墙结构自保温，拥有多种材料、多种性能的，能分别适合我国北方寒冷干燥气候和南方温暖潮湿气候房屋工程特点的外墙保温隔热系统。 （二）、门窗技术基本情况1、节能门窗技术应用与发展（1）窗户建筑外窗由多种材质不同的材料组装而成，其热工性能也各不相同；由于窗户的生产及应用技术、密封技术、遮阳技术和安装技术水平的不同，受窗框型材特性、断面设计、玻璃的选用、两玻间空气层厚度及窗框比等因素的影响，建筑外窗的保温性能差别很大。根据选用型材的不同，建筑外窗分为木窗、钢窗，铝合金窗、PVC塑料窗、玻璃钢窗、彩色钢板窗、不锈钢窗和钢塑复合窗、木塑复合窗、铝塑复合窗等；根据选用玻璃的不同，有单玻窗、单框双玻窗、中空玻璃窗和LOW-E中空玻璃窗等。木窗的保温性能较好，但耐燃和耐潮湿性能很差。受原材料的限制，目前国内生产的木窗均为高档木窗，价格昂贵。钢窗包括空腹和实腹钢窗、彩色钢板窗、不锈钢窗和钢塑复合窗，空腹和实腹钢窗大量应用于20世纪70至80年代，其市场占有率曾突破70%，但由于其保温性能较差，现已淘汰；作为普通钢窗的换代产品，彩色钢板窗和不锈钢窗具有物理性能较高、耐久性与密封性能好、色彩选择余地多、装饰效果好和使用寿命长等特点，但保温隔热性能也比较差。铝合金窗分普通和断热铝合金窗，普通铝合金窗是70年代末引进、80年代发展起来的，其窗框型材为铝合金，具有轻质、高强、耐久性好、装饰效果好等特点，但保温隔热性能较差，已经淘汰。而新型换代产品断热铝合金窗则具有较好的保温隔热性能，但价格比较高。PVC塑料窗是我国80年代末引进、90年代发展起来的，其窗框型材为PVC塑料内加钢衬，其最大优点是保温性能好，价格合理，缺点是强度及刚性均较铝合金窗低，水密性、抗风压性和采光性能均较铝合金窗差，颜色单一且易变色，尺寸稳定性较差；这是目前正在大量使用的节能窗。玻璃钢窗近年来研究开发的玻璃钢窗，具有较好的热工和物理性能，但价格较较PVC塑料窗高。钢塑、木塑和铝塑等复合窗兼顾了两种不同材料的优点，有综合的保温性能和装饰效果，但目前国产的这类窗的物理、工艺性能还需要改善。双玻窗、中空玻璃窗和双层窗的保温性能明显优单玻窗。单玻窗保温性能极差，即使是保温性能好的PVC塑料单玻窗K值也可能高达·k；而PVC塑料中空玻璃窗传热系数K值在～·k之间，铝合金断热中空玻璃窗传热系数K值在～·k之间；PVC塑料Low-E中空玻璃窗传热系数的最小值为·k，铝合金断热Low-E中空玻璃窗传热系数K值可降到·k。玻璃使用不同的玻璃对整窗户的热工性能影响很大，PET双中空玻璃、Low-E中空玻璃、真空玻璃和U型玻璃的热工性能比较好，应在条件具备的项目上优先采用。平开与推拉窗的开启形式对其热工性能有极大的影响，推拉窗由于密封性能差应该尽量避免使用，平开窗有优良的热工和物理性能,但价格比较高；因此推荐平开与固定窗组合使用,经济性价比高。（2）单元、阳台和户门的节能技术经过多年的发展，我国现在应用的单元、阳台和户门主要有木质、钢质、或木质、钢质复合保温门，另有部分在阳台使用的塑料门，其技术与产品性能基本能够满足工程实际需要。2、节能门窗技术应用中存在的问题随着先进地区和城市率先实施建筑节能率达到65%的第三步节能标准，应该采用气密性良好的更为先进高效的节能门窗（包括单元、阳台和户门）；目前我国已经能够自己生产各类门和窗户，包括所需要的主要门窗框型材、玻璃、门芯板品种，性能也基本满足需要。但是大量使用的PVC塑料窗存在强度及刚性均较低，水密性、抗风压性和采光性能均较差，颜色单一且易变色，尺寸稳定性较差的缺点；而综合性能比较好的玻璃钢窗，钢塑、木塑和铝塑复合窗，断热铝合金窗等等价格由于价格偏高，影响了使用。门产品技术中存在内衬保温材料不达标、门构造不合理、长期稳定性差的问题。

球保温隔热材料正朝着高效、节能、薄层、隔热、防水外护一体化方向发展，在发展新型保温隔热材料及符合结构保温节能技术同时，更强调有针对性使用保温绝热材料，按标准规范设计及施工，努力提高保温效率及降低成本。国内外纷纷展开薄层隔热保温涂料的研究，美国已有多家公司生产这种绝热瓷层涂料，这种太空绝热瓷层是根据美国航空和航天宇宙航行局NASA控制航天飞机热传导的工作原理研制而成的，适用于高压喷涂、无污染，具有良好的抗热辐射、薄层隔热、防水防腐蚀等性能。该材料已转向一般工业及民用隔热保温。而国内也有多家企业在研发该类材料，如薄层隔热反射涂料、太阳热反射隔热涂料、水性反射隔热涂料、隔热防晒涂料、陶瓷绝热涂料等等。