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创建我国外墙外保温安全高效节能新体系
发布时间:2015-12-26        浏览次数:2141        返回列表
 全国建筑节能与建设科技推广服务平台年会

暨绿色科技地产协作网供需资源对接交流会发言稿

创建我国外墙外保温安全高效节能新体系

――让我国建筑围护结构由 “棉大衣”变“太空衣”

杨宗焜多功能聚氨酯高科技新材料研发专家团队 华校生

我受杨宗焜教授的委托作今天的发言。

我国建筑外墙保温采用的是薄抹灰体系,它源自20世纪40年代的欧美, 80年代引入中国,并形成一个庞大产业群,为我国建筑工程现代化和建筑节能起到相当大的推动作用。但进入21世纪以来,我国因建筑外墙外保温材料的易燃问题引发了诸多火灾事故,尤其2009年2月9日中央电视台北配楼文化中心大火,2010年11月15日,上海胶州路教师公寓特大火灾,2011年2月3日,沈阳皇朝万鑫酒店大楼大火,直至今年河南平顶山养老院大火,全国人民都在关注建筑防火安全问题,其中矛盾又聚焦在保温材料的易燃和可燃问题,而保温材料太厚引发墙体脱落、开裂又成了人们经常指责的另一个棘手问题。

加厚保温材料,尤其在严寒和寒冷地区是天经地义的惯用做法。例如在严寒地区,选用聚苯板(EPS)必须在厚度在300mm(毫米)左右才能有理想保温效果,这就好比给建筑穿上一件厚厚的棉大衣。然而世界最新科技成果要打破这个惯例和格局。美国航天技术研发了有红外辐射功能的无机金属分子的绝热保温材料,并将它冠名为“太空衣”,可以将在南北极穿的羽绒服换上轻薄的“太空衣”,一样可以抵御严寒。现又将这个技术引入外墙保温领域,高科技的保温材料可以由“厚”变 “薄”,这将是21世纪建筑节能的新方向。近来欧美发达国家正在大力开发《被动式住宅》,即从过去主动为住宅提供能量消耗来供暖或制冷,现在改变不需主动提供能耗,而是以住宅本身的隔热保温构件来实现建筑的“冬暖夏凉”,它被称为 “被动式住宅”,即是超低能耗的节能建筑。

当前,国家住建部力推绿色建筑的重点是在外墙外保温。去年12月,北京成立“中国建筑节能协会被动式超低能耗绿色建筑创新联盟”,今年(2015年)10月住建部发出建科[2015]179文号的《被动式超低能耗绿色建筑技术导则》,《导则》的第三章“高性能的建筑保温系统和门窗”点出了要害问题是我国建筑围护结构保温材料太厚,文件指出:“保温层厚度增加,会影响建筑外墙的墙面可靠性及耐久性,外墙饰面的种类也受到限制。在目前的建筑面积核算标准下,保温层厚度增加也会占据更多的有效室内使用面积”。因此,住建部提出,我国必须寻找高性能保温材料,即能减少保温层厚度、吸水率低、抗压性能强、防火性能要符合现行国家标准《建筑设计防火规范》要求的保温新材料。这表明我国外墙外保温材料要由“厚”变“薄”,这是为创建我国外墙外保温新体系下达了集结令,吹响了冲锋号。

但如何使保温材料实现由“厚”变“薄”需要高科技的技术支撑,这是全国材料科技界共同奋斗的目标。本专家团队为了实现聚氨酯保温材料由“厚”变 “薄”已经奋斗了几十年,老专家大都已进入暮年时期,都有强烈报效祖国的愿望,都希望在有生之年尽快贡献给国家,以造福国家和人民。

现我代表杨宗焜专家团队将成果简要展示给大家。

专家团队首先是攻关解决聚氨酯泡沫的易燃问题。众所周知,聚氨酯是所有的有机保温材料中导热系数最低,保温性能最好,但它又是高分子易燃材料,是有严重火灾隐患的保温材料。经过多年的努力,以杨宗焜教授为首的专家团队通过结碳膨胀型难燃化技术路线,在易燃的氨基甲酸酯分子结构中,引入难燃、耐温、低发烟、低毒性的环状结构化合物(异氰脲酸环、哑唑烷酮、芳香族环、碳化亚二胺键),使该材料具有高效碳化功能,一旦遇上高温火攻击时,聚氨酯泡沫会顷刻形成具有焦碳皮结构碳化层。这种经过分子结构改性的难燃B1级聚氨酯泡沫塑料是真正符合新国标的难燃B1级保温材料。

现在,国家新出台的《建筑设计防火规范》对保温材料的防火性能要求很高,特别难燃B1级,必须是芯材达到难燃B1级,而不是保留易燃、可燃芯材的制品B1级复合板。易燃可燃芯材在两面涂上水泥等无机材料,很容易以复合板形式达到难燃B1级,但这种制品因芯材是易燃、可燃材料,仍是有严重火灾隐患的材料。这可以彩钢板为例说明,彩钢板两面是钢板,钢板远比涂上无机水泥的防火功能强得多,芯材是易燃、可燃的彩钢板,检测可以达到不燃A级,但大量火灾案例证明它是引发火灾的罪魁祸首,公安部消防局不得不多次下达对这类彩钢板的封杀令。

住建部今年6月3日发文、今年12月1日起正式实施的第833号公告《保温防火复合板应用技术规程》对何谓复合板作了明确无误的“术语”诠释:“保温防火复合板是以不燃或难燃保温材料为芯材,无机材料为防护面材,通过工厂预制而成的具有保温隔热、阻燃或防火性能的复合板材,简称复合板”,“有机型保温防火复合板是以难燃性聚苯乙烯泡沫、聚氨酯硬泡、酚醛泡沫等有机高分子材料为保温芯材的保温防火复合板”,住建部[2015]第833号公告对复合板必须以“芯材”为检验标准,澄清了模糊概念,为我国建筑节能保温材料健康发展起到积极的推进作用。

现在,我们已成功按新国标研发了芯材是难燃B1级聚氨酯泡沫,但团队专家仍认为,它还是有问题,它还没有解决热应力破坏的问题,仍会存在墙面的开裂和脱落问题。

何谓热应力?从物理性能来说,构件受热不均匀会造成内外温度差异,而这种温差会使材料出现膨胀变形或收缩变形而产生热应力(内应力)。以聚氨酯为例,正因为聚氨酯保温性特别好,裹在保温层内的聚氨酯泡沫热量会越积越高,它与外面温差也会越来越加大,这样因温差悬殊而产生的热应力也越来越强烈,达到一定临界点,热应力会破坏保温层、粘结层、防护层、饰面层的原来稳定结构,出现膨胀或收缩变形,致使发生空腔,潮气入侵,位移、收缩、鼓泡、变形、渗水、开裂等诸多质量问题。

如何解决热应力的破坏,是团队专家重点攻关的课题。大家知道,热量的传递主要通过固体热传导、气体对流传热和红外辐射传热3种方式进行。聚氨酯泡沫主要是通过固体热传导、气体对流传热的绝热实现高效节能,即以闭孔结构将聚氨酯材料的99%变为泡沫绝热,将固体热传导降到最低,同时在采用纳米绝热结构材料,减少空气对流,制备出具有最佳的保温功能。但是,聚氨酯独缺辐射传热功能。

现在,专家团队在原有的改性难燃B1级聚氨酯泡沫成果基础上,坚持自主创新,引入具有红外辐射功能的无机金属分子材料,实施化学反应,即通过与有机高分子杂化反应的机理,把无机金属新材料引到低导热率的难燃B1级聚氨酯高分子结构材料中,使聚氨酯泡沫增添辐射功能,直接将积聚在保温层内的过高热量辐射出去,将热应力的反应控制在安全范围内,阻止因热应力破坏而出现的材料收缩、鼓泡、变形,我们将这种添加辐射功能的新材料称之为多功能保温隔热聚氨酯新材料。

我国著名涂料专家陆丕禾先生利用卫星热控技术研发建筑用保温隔热涂料,这是是利用红外热控原理来降低墙体的传热系数,实现对建筑的保温隔热功效的新涂料。它的优点是将建筑物内部物体产生的能量保持在室内而不会轻易散发到室外;而对于建筑物外部的过高能量也会被隔热。现在我们双方达成共识,要优势互补,共同创建外墙外保温安全高效节能新体系。

本专家团队的成果曾得到原中国科学院、中国工程院的两院院士、2010年由国家主席胡锦涛授予国家最高科学技术奖获得者称号、曾被誉为“中国高温合金之父”师昌绪教授的大力支持,他曾以太空飞船材料抗烧蚀碳化原理勉励本团队的科技创新,他曾亲自到本团队专家研发现场指导,希望新成果、新产品早日问世。施老已经于去年(2014年11月)仙逝,但他的未竟事业没有中断。

党的“十三五”规划建议已经公布,新一轮科技革命和产业变革已经到来。但据我们了解,目前国内外的聚氨酯泡沫真正以芯材达到中国新国标难燃B1级很难寻觅,本团队成果虽有重大突破,但与产业化还有一定距离,我们深感压力巨大、任重道远。我们很幸运地能得到国家住建部科技发展促进中心的全力支持,并接纳我们专家为“房地产科技应用总工专家组”成员和提供数据库服务。我们决定将本专家团队的高科技服务工作纳入住建部“全国建筑节能与科技推广服务平台”,并以平台为阵地,与有志于重视颠覆性技术创新的企业合作,与绿色科技地产协作网合作,共同聚焦国家“十三五”规划,实施供需资源对接交流,共同为研发新材料、为创建我国外墙外保温新体系,做出我们共同的努力和共同的贡献!谢谢大家! 

2015年12月11日于深圳