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淺談建筑節(jié)能與聚氨酯保溫材料防火技術(shù)的應(yīng)用
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http://m.szycnet.cn 發(fā)表日期：2011-4-20 13:46:59
蘭格鋼鐵 |
2009年2月9日，中央電視臺(tái)新址北配樓文化中心和上�！�11.15”這兩次特大火災(zāi)發(fā)生后，目前在我國(guó)建筑行業(yè)和建材市場(chǎng)出現(xiàn)了一種值得注意的輿論傾向：只關(guān)注建筑外保溫材料防火安全指標(biāo)達(dá)到了，忽視了建筑節(jié)能指標(biāo)達(dá)不到要求也不重要。如果這種傾向任其發(fā)展下去，必將對(duì)我國(guó)未來建筑節(jié)能指標(biāo)完成帶來巨大損害。為此，筆者提出一些觀點(diǎn)，與同行探討，不妥之處予以賜教。
一、節(jié)能減排是國(guó)家長(zhǎng)期堅(jiān)持的國(guó)策
當(dāng)今世界，綠色低碳經(jīng)濟(jì)已成為全人類的共同奮斗目標(biāo)，也是我國(guó)未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主流。節(jié)能減排是實(shí)現(xiàn)綠色低碳經(jīng)濟(jì)的重要手段，如何減少能耗已成為世界各國(guó)共同關(guān)注和研究的課題。據(jù)統(tǒng)計(jì)在各國(guó)能源消耗中，建筑節(jié)能占全社會(huì)總能耗的比例最大。我國(guó)的建筑能耗占社會(huì)總能耗比例為30%左右。據(jù)建設(shè)部有關(guān)負(fù)責(zé)人指出，在2000年我國(guó)建筑年消耗能耗共計(jì)3.76億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。目前我國(guó)新建建筑和既有建筑中，90%以上屬于高能耗建筑。我國(guó)萬元GDP能耗指標(biāo)遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國(guó)家水平，單位建筑面積能耗是發(fā)達(dá)國(guó)家的2~3倍。
為此，我國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部對(duì)我國(guó)建筑節(jié)能目標(biāo)提出了明確要求：2010年全國(guó)城鎮(zhèn)達(dá)到50%設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，四個(gè)直轄市和部分省市節(jié)能指標(biāo)達(dá)到65%標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)開展城市既有居住和公共建筑節(jié)能改造，其中大城市完成改造面積25%，中等城市完成15%，小城市完成10%。到2020年新建建筑東部地區(qū)實(shí)現(xiàn)節(jié)能75%，中西部地區(qū)爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)節(jié)能65%。并對(duì)既有建筑完成節(jié)能指標(biāo)改造。
建筑節(jié)能也是我國(guó)實(shí)現(xiàn)低碳綠色經(jīng)濟(jì)的一項(xiàng)重要舉措。我國(guó)是一個(gè)負(fù)責(zé)任國(guó)家。在今年元旦前，聯(lián)合國(guó)環(huán)境署在印尼召開了節(jié)能減排會(huì)議，我國(guó)向全球鄭重承諾，我國(guó)將在今后國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中積極做好節(jié)能減排工作。據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)，使用一立方米聚氨酯(PU)保溫材料一年，能減少二氧化碳(CO2)排放量270公升。按一年消耗100萬噸PU保溫材料計(jì)算，則一年可減少CO2排放量高達(dá)700萬噸。我國(guó)建筑用能增加對(duì)全國(guó)溫室氣體排放，其“影響率”已達(dá)到25%。
由此可知，建筑節(jié)能是我國(guó)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排長(zhǎng)期堅(jiān)持的一項(xiàng)重大國(guó)策。由于使用了保溫材料，使建筑物減少了熱量損失，等于減少了燃料消耗。據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)，到2030年，建筑節(jié)能采用保溫處理后，將使溫室氣體減排達(dá)到56億噸。建筑節(jié)能指標(biāo)能否完成不僅關(guān)系到國(guó)家整體能源的利用和消耗，也將影響我國(guó)向國(guó)際社會(huì)承諾的低碳減排指標(biāo)能否如期完成。同時(shí)建筑節(jié)能對(duì)提高國(guó)民生活水平也會(huì)帶來明顯福祉。因此我國(guó)建筑節(jié)能指標(biāo)萬萬不能降。
二、聚氨酯是目前國(guó)內(nèi)外最理想的建筑節(jié)能保溫材料
國(guó)內(nèi)外在實(shí)行建筑節(jié)能各項(xiàng)措施中，采取保溫隔熱材料是防止建筑物能耗損失最經(jīng)濟(jì)、最有效的技術(shù)措施，國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)為聚氨酯材料是目前最理想的建筑節(jié)能保溫材料。其保溫效果是聚苯板(EPS和XPS)的1.75倍、巖棉2倍、磚石29倍、木材85倍，混凝土89倍。
在國(guó)際上，聚氨酯材料以其優(yōu)異保溫性能在建筑節(jié)能保溫領(lǐng)域有著大量成功且普遍的使用實(shí)例。在歐美經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家，在建筑保溫隔熱材料中有50%比例采用聚氨酯保溫材料。在北美尤其加拿大等地區(qū)，聚氨酯用于建筑保溫的市場(chǎng)份額每年都以5%以上的速度遞增，并且很多是用于木質(zhì)結(jié)構(gòu)建筑的墻體內(nèi)保溫。在歐洲，3升房、0升房都是采用聚氨酯保溫系統(tǒng)，德國(guó)從60年代就開始施行外墻外保溫，目前采用的有機(jī)保溫材料是B1級(jí)的EPS和B2級(jí)的聚氨酯，其中B2級(jí)的聚氨酯系統(tǒng)由于不具有火災(zāi)蔓延風(fēng)險(xiǎn)，可以不用無機(jī)材料做防火隔離帶。在亞洲的日本，噴涂聚氨酯用于墻體的保溫材料已占到有機(jī)保溫材料市場(chǎng)份額的50%以上。
在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家如歐美和日本等，幾十年來聚氨酯保溫材料一直被廣泛應(yīng)用，已成為建筑保溫材料重要組成部份，是改善能源、減少二氧化碳排放的重要手段。據(jù)美國(guó)聚氨酯協(xié)會(huì)調(diào)查表明，在美國(guó)采用噴涂聚氨酯材料對(duì)墻體和屋面進(jìn)行保溫，使用壽命已超過26年，97.6%工程未出現(xiàn)問題。聚氨酯保溫材料在歐美建筑市場(chǎng)上依然是主流。
在我國(guó)，目前聚氨酯保溫材料的使用率還不到10%。根據(jù)國(guó)內(nèi)火災(zāi)事故案例的統(tǒng)計(jì)分析，目前尚未有一起外墻外保溫薄抹灰體系施工完成后的建筑物，發(fā)生了重大火災(zāi)事故�；旧纤械幕馂�(zāi)事故都發(fā)生在施工過程中，由于施工管理混亂、違規(guī)作業(yè)造成。因此，國(guó)家房屋城鄉(xiāng)建設(shè)部已明確將聚氨酯保溫材料作為我國(guó)未來建筑節(jié)能重點(diǎn)推廣新材料。
三、關(guān)于對(duì)聚氨酯硬泡保溫材料燃燒產(chǎn)物毒性氣體的問題解析
目前國(guó)內(nèi)對(duì)PU硬泡產(chǎn)生一種誤解，認(rèn)為PU硬泡燃燒后必定產(chǎn)生大量毒性氣體，由此提出此種材料不能作為建筑的內(nèi)保溫和外保溫材料，這種見解帶有一定的偏面性。事實(shí)上，聚氨酯本身是無毒的，與食物接觸的冰箱冰柜的保溫材料都是聚氨酯泡沫，聚氨酯彈性體可以做人造血管和心臟瓣膜，大家所穿的帶有氨綸的衣服，其中的氨綸也是聚氨酯，其學(xué)名叫聚氨酯彈性纖維。
聚氨酯泡沫中含有的主要成分是碳、氫、氧和不到10%的氮。因此在其燃燒氣體中通常能找到的主要成分是二氧化碳、一氧化碳和水，以及低濃度的其他氧化產(chǎn)物和氰化氫。實(shí)驗(yàn)證明：聚氨酯燃燒過程中產(chǎn)生的有毒氣體并不比我們常見的含N元素的物質(zhì)多，如羊毛、晴綸，合成木材等。其中這方面的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試最常用的是德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN53436。該標(biāo)準(zhǔn)可用來進(jìn)行在相應(yīng)于各種火場(chǎng)條件的不同溫度和不同風(fēng)量下的產(chǎn)品特性的比較。用聚氨酯硬泡和軟泡材料制成的相同體積的樣條在此條件下生成的分解產(chǎn)物與木材燃燒時(shí)產(chǎn)生的危害物質(zhì)強(qiáng)度相當(dāng)，而比規(guī)定的燃燒條件下毛氈和皮革產(chǎn)生的危害物濃度低。另外，PU泡沫燃燒產(chǎn)物毒性氣體的成分不是不可以改變的，更不是必然的，這主要取決于PU泡沫的結(jié)構(gòu)，以及采取何種阻燃劑和抑煙劑，通過科學(xué)的研究方法，完全可以研制成燃燒產(chǎn)物煙密度小，毒性低的PU泡沫產(chǎn)品。
四、無鹵、少煙、低毒PU保溫難燃材料是當(dāng)今的發(fā)展
(1)含有結(jié)構(gòu)型阻燃聚醚多元醇阻燃技術(shù)在保溫聚氨酯材料中應(yīng)用
在聚醚多元醇分子結(jié)構(gòu)中引入阻燃基團(tuán)可達(dá)到阻燃效果。此種結(jié)構(gòu)型阻燃聚醚多元醇具有阻燃效果大、組份不遷移、耐久性長(zhǎng)與硬泡聚醚多元醇有機(jī)組份相容性好以及組合料保溫、工藝、力學(xué)等綜合性能優(yōu)良特點(diǎn)，是聚氨酯保溫節(jié)能材料未來阻燃技術(shù)發(fā)展方向。
(2)無鹵阻燃技術(shù)提高保溫聚氨酯材料防火等級(jí)，降低了毒性
目前國(guó)內(nèi)外不少高分子材料采用含鹵素(溴、氯原子)材料作為阻燃劑。此種阻燃劑阻燃效果雖好，但存在燃燒產(chǎn)物煙霧大、毒性大嚴(yán)重缺點(diǎn)，因此在不少場(chǎng)合被限制使用。歐盟國(guó)家明確規(guī)定禁止使用含鹵素阻燃劑的高分子材料。無鹵難燃聚氨酯保溫材料是當(dāng)今發(fā)展方向。
綜上所述，開發(fā)無鹵、低煙、防火阻燃高效以及保溫、工藝和力學(xué)等綜合性能優(yōu)良的聚氨酯保溫節(jié)能材料，是當(dāng)今和未來建筑節(jié)能保溫材料的重要發(fā)展方向。
五、聚氨酯無機(jī)復(fù)合保溫材料是防火性最強(qiáng)、保溫性能最好的理想材料
聚氨酯建筑外保溫材料最高防火安全性能等級(jí)為B1難燃級(jí)。國(guó)家公安部消防局[2009年]46號(hào)文件規(guī)定，對(duì)于防火安全要求高的場(chǎng)合，要求采用不燃A級(jí)材料。據(jù)此要求，目前只有無機(jī)材料可達(dá)到A級(jí)防火要求。但無機(jī)材料的保溫導(dǎo)熱系數(shù)比聚氨酯等有機(jī)保溫材料大得多，即保溫性能較差，根本難以達(dá)到國(guó)家規(guī)定的建筑節(jié)能指標(biāo)要求。因此，目前國(guó)內(nèi)外都正在開發(fā)聚氨酯型無機(jī)復(fù)合保溫材料。
江蘇綠源新材料有限公司、廣州朗騰聚氨酯有限公司、拜耳公司等企業(yè)成功開發(fā)了B1級(jí)無鹵難燃聚氨酯保溫材料和燃燒等級(jí)達(dá)到A級(jí)的聚氨酯無機(jī)復(fù)合保溫材料，并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。
六、結(jié)論
(1)建筑節(jié)能是國(guó)家長(zhǎng)期堅(jiān)持的基本國(guó)策，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)低碳綠色經(jīng)濟(jì)的重要舉措。因此建筑節(jié)能保溫效果必定越來越高。
(2)聚氨酯保溫材料是目前國(guó)內(nèi)外公認(rèn)最理想的建筑節(jié)能保溫材料，是實(shí)現(xiàn)國(guó)家建筑節(jié)能指標(biāo)必不可少的一種綜合性優(yōu)良的保溫材料。
(3)聚氨酯保溫材料完全可以滿足不同使用場(chǎng)合下防火安全性能的指標(biāo)要求。聚氨酯建筑節(jié)能保溫材料防火安全性能可以達(dá)到，且必須做到。
(4)通過對(duì)聚氨酯原料配方組分的分子結(jié)構(gòu)和阻燃、抑煙技術(shù)調(diào)整，可有效研制成燃燒產(chǎn)物的煙密度少、毒性低的聚氨酯硬泡保溫材料。
(5)聚氨酯無機(jī)復(fù)合保溫材料，結(jié)合了無機(jī)材料的不燃性和聚氨酯材料的保溫性二者優(yōu)點(diǎn)，將是建筑外保溫材料的未來發(fā)展方向。 |
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