全球能源消耗比例中，建筑耗能占總能源消耗的比重較高。近年來建筑外墻保溫技術(shù)成為建筑耗能節(jié)約設(shè)計(jì)中的主流技術(shù)，是我國綠色生態(tài)節(jié)能設(shè)計(jì)中的主流形式。傳統(tǒng)建筑外墻方法能耗較大且保溫性能較差。提出將聚氨酯硬泡技術(shù)運(yùn)用于建筑外墻保溫中，硬質(zhì)聚氨酯泡沫是較優(yōu)異的阻熱保溫材料。首先，分析了現(xiàn)有的澆注聚氨酯硬泡保溫、噴涂聚氨酯硬泡保溫、粘貼聚氨酯硬泡保溫等聚氨酯高效保溫節(jié)能技術(shù)。對(duì)以上三種方式的系統(tǒng)構(gòu)成、操作流程及優(yōu)勢分別闡述;其次，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)聚氨酯硬泡技術(shù)系統(tǒng)性能參數(shù)進(jìn)行分析，探討導(dǎo)熱系數(shù)及粘貼強(qiáng)度對(duì)聚氨酯泡沫保溫的影響;最后，通過實(shí)際監(jiān)測建筑室內(nèi)溫度，運(yùn)用聚氨酯硬泡技術(shù)后室內(nèi)溫度明顯上升。實(shí)驗(yàn)證明，聚氨酯硬泡技術(shù)應(yīng)用于建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，不僅降低了能耗，提高了室內(nèi)溫度，而且大大降低了住宅單位面積二氧化碳的排放量，達(dá)到了綠色節(jié)能設(shè)計(jì)的目的。
關(guān)鍵詞：建筑耗能;聚氨酯硬泡技術(shù);外墻保溫
據(jù)資源利用司與發(fā)改委數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國去年能源利用比例為32%，同比發(fā)達(dá)國家低10%，而且單位產(chǎn)出的能源消耗則超過世界平均水平的20%。能源消耗問題現(xiàn)已成為限制我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一， 解決能源問題需節(jié)約開采，降低能耗，另外也要 提高能源的利用效率。
數(shù)據(jù)表明在總能耗中建筑的能源消耗大概占29%，因此節(jié)約建筑能耗則是我國節(jié)約總能耗 的關(guān)鍵一個(gè)步驟。因?yàn)閷?duì)建筑能耗節(jié)約的需要不斷增加，建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)綠色節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù) 也應(yīng)運(yùn)而生并快速發(fā)展，現(xiàn)今保溫技術(shù)成為了建筑節(jié)能技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)之一。
目前我國建筑節(jié)能水平有限，在建筑耗能中外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱耗能占很大的比例，所以整個(gè)節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是建筑墻體節(jié)能技術(shù)， 因此節(jié)約建筑能耗的關(guān)鍵辦法是要研究外墻保溫技術(shù)與采用節(jié)能材料。我國建筑保溫節(jié)能方法主要采用外墻外保溫方法，這種方法主要是把保溫材料用粘連材料固定在外墻上，在保溫材料外表面增加一層玻璃纖維網(wǎng)，在將涂刷粘結(jié)膠漿 讓保溫材料和墻體相互結(jié)合起來。
1 聚氨酯硬泡外墻外保溫系統(tǒng)
1.1 噴涂法聚氨酯硬泡外墻外保溫
(1)施工過程
噴涂法聚氨酯硬泡技術(shù)現(xiàn)場作業(yè)時(shí)，包括兩種方法：涂料飾面法及面磚飾面方法?；緲?gòu)成 為：聚氨酯隔潮底漆、噴涂硬質(zhì)聚氨酯泡沫保溫層、涂刷抗裂膩?zhàn)?、刷飾面涂料或者抗裂聚合物?防護(hù)網(wǎng)、面磚飾面保護(hù)層。
施工作業(yè)流程為：①基層清掃浮灰，整理凹凸不平物②抹灰找平③刷聚氨酯隔潮底漆④噴涂硬質(zhì)泡沫保溫層⑤保溫表層處理⑥抗裂聚合物砂漿找平⑦保護(hù)層
(2)注意要點(diǎn)
①硬質(zhì)聚氨酯泡沫外墻外保溫應(yīng)是非常有效的保溫系統(tǒng)，諸如熱橋部位包括墻體的梁柱、 室外陽臺(tái)及門窗洞口等位置需著重增加保溫效果，在不容易噴涂的部位應(yīng)該用涂抹的方法增加 保溫層或粘貼聚氨酯保溫材料，并且要先于噴涂操作前。②基底墻體的凹凸程度不能大于3 mm， 若超過此范圍應(yīng)先將基底墻體找平后再進(jìn)行施工噴涂作業(yè)。基底墻體的干燥程度應(yīng)是水分含量不超過8%。③需要對(duì)墻面和噴槍的距離進(jìn)行合理設(shè)置，同時(shí)要保證噴槍具有精確的移動(dòng)速度。④在硬質(zhì)聚氨酯泡沫外墻外保溫作業(yè)時(shí)，需要將環(huán)境溫度提高到10℃以上，將作業(yè)風(fēng)力提高到5級(jí)以上，風(fēng)速超過10M/s，且雨天進(jìn)行作業(yè)。
(3)噴涂聚氨酯硬泡技術(shù)的優(yōu)勢
噴涂法形成聚氨酯保溫層和墻體能夠達(dá)到無縫銜接，可以做到有效保溫的作用，保證了導(dǎo)熱系數(shù)低的要求，保溫效果優(yōu)于EPS、XPS保溫材料。由于該種材料是優(yōu)良的粘結(jié)材料，與基層墻體結(jié)合性較好，當(dāng)受到不利溫度或濕度影響時(shí)，仍然不與基底墻體分離，并能夠保證在潮濕環(huán)境中具有穩(wěn)定的性能。另外，硬質(zhì)聚氨酯泡沫是高強(qiáng)度且高穩(wěn)定性的化學(xué)材料，若墻體變形時(shí)也具備良好的適應(yīng)能力和抗裂能力，確保整體系統(tǒng)狀態(tài)的穩(wěn)定。
1.2 澆注法聚氨酯硬泡外墻保溫
(1)施工過程
澆注法聚氨酯硬泡沫保溫外墻主要由4個(gè)部分組成：硬質(zhì)聚氨酯泡沫保溫層、外墻基底墻體、 聚合物混合砂漿保護(hù)層、界面層。其施工工藝包括兩種：可拆模板及置入式模板，前者模板拆除可重復(fù)使用，所以更符合建筑節(jié)能設(shè)計(jì)要求，下面主要介紹可拆模板澆注法作業(yè)流程。
施工流程為：①基底墻體進(jìn)行治理;②在基礎(chǔ)板表面添加隔離劑;③澆注聚氨酯硬泡沫;④ 對(duì)澆注模板進(jìn)行拆卸;⑤界面層處理;⑥抹灰找平;⑦涂刷涂料。
(2)注意要點(diǎn)
①施工環(huán)境溫度要在10℃以上，墻面水分的含量不得超過8%，在雨天無防雨設(shè)施的情況下不能進(jìn)行施工。②在進(jìn)行模板澆注時(shí)，模板固定牢固，在一定的時(shí)間間隔后進(jìn)行分批加入，且澆注量不能過多，防止模板變形開裂，泡沫密度在35~60kg/m3。③該模板需要進(jìn)行保溫表層的界面處理，模板完成后應(yīng)檢查模板是否有殘缺，保證模板保溫層穩(wěn)定性。
(3)澆注法聚氨酯硬泡技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)
澆注法硬質(zhì)聚氨酯泡沫外墻保溫和噴涂法對(duì)比不受環(huán)境條件的制約，對(duì)施工人員的技術(shù)水平要求不高。澆注法模板表面的平整度較高，施工作業(yè)時(shí)也利于操作。但澆注法施工時(shí)在封閉 的模腔內(nèi)進(jìn)行聚氨酯發(fā)泡，如何更好地緩解在澆注模板初期產(chǎn)生的漲裂問題，一直是澆注法聚氨酯外墻保溫施工的難點(diǎn)。
1.3 粘貼法聚氨酯硬泡外墻保溫
利用粘貼法進(jìn)行聚氨酯硬泡板外墻保溫過程中，包含含聚氨酯硬泡保溫板抹灰系統(tǒng)及帶飾面層的聚氨酯硬泡保溫板系統(tǒng)。基本組成系統(tǒng)為：水泥砂漿找平層、基底墻體、硬質(zhì)聚氨酯泡沫保溫板、水泥砂漿網(wǎng)格布、涂料飾面、聚合物粘結(jié)砂漿、固定栓等。
施工方法包括條涂法和點(diǎn)框法。點(diǎn)框法將混合好的粘結(jié)膠漿涂抹于硬質(zhì)聚氨酯泡沫板周圍，采用標(biāo)注尺寸的聚苯板，膠漿涂抹于板面中間位置的8個(gè)點(diǎn)，點(diǎn)直徑為100 mm，膠漿涂抹范圍應(yīng)不少于板面的60%。條涂法是將粘結(jié)膠漿涂抹在板材背面，利用專用抹子保持45°角刮掉多余部分膠漿。涂抹膠漿后，立刻將保溫板材粘貼在墻體上，粘貼動(dòng)作要輕、力道均勻。應(yīng)按照建筑外墻腳部位自下而上的方向粘貼粘貼聚氨酯泡沫板，板材貼牢固后，使用專用工具將板邊抹平，保證板與板之間平行對(duì)齊。
綜合以上聚氨酯硬泡技術(shù)，目前常用技術(shù)為噴涂法聚氨酯外墻保溫技術(shù)，該方法技術(shù)難度不 復(fù)雜且優(yōu)勢明顯。
2 聚氨酯硬泡技術(shù)系統(tǒng)性能參數(shù)
2.1 硬質(zhì)聚氨酯泡沫參數(shù)
2.1.1導(dǎo)熱系數(shù)
硬質(zhì)聚氨酯泡沫作為保溫隔熱的材料之一，導(dǎo)熱系數(shù)高低是檢驗(yàn)保溫材料好壞的一項(xiàng)重要 指標(biāo)，保證導(dǎo)熱系數(shù)低且穩(wěn)定是研究硬質(zhì)聚氨酯泡沫保溫材料的技術(shù)難點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)聚氨酯導(dǎo)熱系數(shù)產(chǎn)生影響的因素較多。
(1)影響硬泡聚氨酯導(dǎo)熱系數(shù)的因素
根據(jù)熱阻的概念，熱流通過單元體的導(dǎo)熱熱阻為，公式如下：
RF =L/(AλF) (1)
其中通熱面積為：
A =L2 (2)
因此
RF =1/(LλF) (3)
其中，λF 為硬泡綜合導(dǎo)熱系數(shù)?？紤]到單元體中導(dǎo)熱，輻射對(duì)傳熱及氣固相共熱作用下，
綜合導(dǎo)熱系數(shù)為：
λF =λG +λS +λC (4)
其中，λC 是代表輻射導(dǎo)熱系數(shù);λG 代表固相導(dǎo)熱系數(shù);λS 代表氣相導(dǎo)熱系數(shù)
分析結(jié)果證明，硬泡孔徑小，泡孔里氣體對(duì)流傳熱造成的損失熱量能夠忽略不進(jìn)行計(jì)算。硬泡導(dǎo)熱系數(shù)大小，是由泡孔內(nèi)氣體導(dǎo)熱數(shù)值決定的。
(2)泡孔內(nèi)不同氣體成分的導(dǎo)熱系數(shù)
含不同泡孔里的氣體成分，會(huì)對(duì)硬質(zhì)泡沫導(dǎo)熱系數(shù)產(chǎn)生的不同影響，具體數(shù)據(jù)如表1所示。
由表1可看出，當(dāng)發(fā)泡劑采用CO2時(shí)聚氨酯泡沫導(dǎo)熱系數(shù)最高，可以合理調(diào)整氣體的比例來改變導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)值。
(3)陳化過程對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響
聚氨酯在發(fā)泡進(jìn)程里，跟著材料粘度的提高，泡孔構(gòu)造會(huì)不停的增強(qiáng)，一直到泡孔整體閉合產(chǎn)生閉孔。噴涂法的硬質(zhì)聚氨酯泡沫，陳化過程中乳白時(shí)間為3~4 s，拉絲時(shí)間10~15 s，不粘時(shí)間15~20 s，15min硬化。不一樣的陳化時(shí)間對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)產(chǎn)生的干擾數(shù)據(jù)如表2所示。
從表2可以發(fā)現(xiàn)，聚氨酯硬泡沫在初始階段，導(dǎo)熱系數(shù)低，通過24h后，在陳化時(shí)間增加進(jìn)程泡孔里發(fā)泡劑已經(jīng)相對(duì)穩(wěn)定，因此導(dǎo)熱系數(shù)也趨于穩(wěn)定情況。
(4)密度的影響
?、倜芏葘?duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響
硬質(zhì)聚氨酯泡沫的導(dǎo)熱系數(shù)和密度聯(lián)系緊密，密度如果發(fā)生變化，導(dǎo)熱系數(shù)也會(huì)隨之改變。具體數(shù)據(jù)如表3所示。
根據(jù)表3數(shù)據(jù)可看出，密度值為31.5 kg/m3其 導(dǎo)熱系數(shù)為0.0231 W/m·K;但當(dāng)密度在35~60 kg/ m3時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)明顯降低;在密度超過60kg/m3 時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)也隨之增大，表明聚氨酯硬質(zhì)泡沫在35~60 kg/m3范圍內(nèi)的導(dǎo)熱系數(shù)為最佳。四種樣品導(dǎo)熱系數(shù)曲線如圖1所示。
?、诿芏葘?duì)聚氨酯硬質(zhì)泡沫性能的影響
作為外墻保溫性能的材料，尤其是當(dāng)場噴涂型硬泡，要考慮它自身材料的承重情況，在沒有 任何方法的情況下，載重量要≤65 kg/m2，密度不應(yīng)該<35 kg/m3，綜合各方因素影響，密度不應(yīng)該> 60 kg/m3,具體性能數(shù)據(jù)如表4所示。
由表4觀察出，密度增大時(shí)抗壓強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度也隨著增大，但導(dǎo)熱系數(shù)趨于穩(wěn)定時(shí)在密度 為40~55 kg/m3范圍內(nèi)，所以在配制聚氨酯硬質(zhì)泡沫時(shí)密度值應(yīng)選取在此范圍。
2.1.2粘合強(qiáng)度
聚氨酯硬泡為聚氨酯材料中的一類，結(jié)構(gòu)中含有極性基團(tuán)，提高了對(duì)其他材料的粘合性。特 別是噴涂法施工作用中，具有極佳的粘接效果。具體數(shù)據(jù)如表5所示。
表5給出數(shù)據(jù)顯示，不同材質(zhì)墻體表現(xiàn)出與聚氨酯的粘合強(qiáng)度也不同，以上表中4種材質(zhì)粘合強(qiáng)度最高的則是砂漿墻體。具體粘合強(qiáng)度曲線圖如圖2所示。
2.1.3聚氨酯硬泡外墻保溫效果
由于采用了聚氨酯硬泡外墻保溫措施，減少了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力，對(duì)柱體結(jié)構(gòu)起了保護(hù)作 用，增加了柱體結(jié)構(gòu)的使用壽命，且提高室內(nèi)冬季的室溫度數(shù)，能夠達(dá)到聚氨酯硬泡外墻保溫效果。
3 結(jié)論
綠色節(jié)能設(shè)計(jì)是建筑耗能節(jié)約的主要設(shè)計(jì)趨勢，但目前我國建筑節(jié)能水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國 家水平，尤其北方寒冷冬季的取暖措施，給環(huán)境帶來了沉重負(fù)擔(dān)。在建筑耗能中以外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的墻體耗能最大，所以文中利用聚氨酯硬泡外墻保溫技術(shù)對(duì)外墻進(jìn)行保溫措施，通過此種技術(shù)的應(yīng)用，保護(hù)了墻體的主體機(jī)構(gòu)，增加了建筑物的使用壽命;減少了潮氣對(duì)墻體的侵蝕，并且提高室內(nèi)溫度;施工作業(yè)過程中對(duì)環(huán)境污染小，操作簡單便捷，綜合各種因素聚氨酯硬泡技術(shù)是綠色節(jié)能的主要形式。 |
