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聚氨酯硬泡技术在绿色建筑生态节能设计中的应用

时间:2017/4/17 16:03:59来源:中国知网作者:ChinaPU

 

摘要:全球能源消耗比例中,建筑耗能占总能源消耗的比重较高。近年来建筑外墙保温技术成为建筑耗能节约设计中的主流技术,是我国绿色生态节能设计中的主流形式。传统建筑外墙方法能耗较大且保温性能较差。提出将聚氨酯硬泡技术运用于建筑外墙保温中,硬质聚氨酯泡沫是较优异的阻热保温材料。首先,分析了现有的浇注聚氨酯硬泡保温、喷涂聚氨酯硬泡保温、粘贴聚氨酯硬泡保温等聚氨酯高效保温节能技术。对以上三种方式的系统构成、操作流程及优势分别阐述;其次,通过实验对聚氨酯硬泡技术系统性能参数进行分析,探讨导热系数及粘贴强度对聚氨酯泡沫保温的影响;最后,通过实际监测建筑室内温度,运用聚氨酯硬泡技术后室内温度明显上升。实验证明,聚氨酯硬泡技术应用于建筑节能设计中,不仅降低了能耗,提高了室内温度,而且大大降低了住宅单位面积二氧化碳的排放量,达到了绿色节能设计的目的。

 

关键词:建筑耗能;聚氨酯硬泡技术;外墙保温

 

据资源利用司与发改委数据统计,我国去年能源利用比例为32%,同比发达国家低10%,而且单位产出的能源消耗则超过世界平均水平的20%。能源消耗问题现已成为限制我国经济发展的关键因素之一, 解决能源问题需节约开采,降低能耗,另外也要 提高能源的利用效率。

 

数据表明在总能耗中建筑的能源消耗大概占29%,因此节约建筑能耗则是我国节约总能耗 的关键一个步骤。因为对建筑能耗节约的需要不断增加,建筑外围护结构绿色节能设计技术 也应运而生并快速发展,现今保温技术成为了建筑节能技术的基础技术之一。

 

目前我国建筑节能水平有限,在建筑耗能中外围护结构的热耗能占很大的比例,所以整个节能的关键环节是建筑墙体节能技术, 因此节约建筑能耗的关键办法是要研究外墙保温技术与采用节能材料。我国建筑保温节能方法主要采用外墙外保温方法,这种方法主要是把保温材料用粘连材料固定在外墙上,在保温材料外表面增加一层玻璃纤维网,在将涂刷粘结胶浆 让保温材料和墙体相互结合起来。

 

1 聚氨酯硬泡外墙外保温系统

1.1 喷涂法聚氨酯硬泡外墙外保温

1)施工过程

喷涂法聚氨酯硬泡技术现场作业时,包括两种方法:涂料饰面法及面砖饰面方法。基本构成 为:聚氨酯隔潮底漆、喷涂硬质聚氨酯泡沫保温层、涂刷抗裂腻子、刷饰面涂料或者抗裂聚合物、 防护网、面砖饰面保护层。

 

施工作业流程为:①基层清扫浮灰,整理凹凸不平物②抹灰找平③刷聚氨酯隔潮底漆④喷涂硬质泡沫保温层⑤保温表层处理⑥抗裂聚合物砂浆找平⑦保护层

2)注意要点

①硬质聚氨酯泡沫外墙外保温应是非常有效的保温系统,诸如热桥部位包括墙体的梁柱、 室外阳台及门窗洞口等位置需着重增加保温效果,在不容易喷涂的部位应该用涂抹的方法增加 保温层或粘贴聚氨酯保温材料,并且要先于喷涂操作前。②基底墙体的凹凸程度不能大于3 mm若超过此范围应先将基底墙体找平后再进行施工喷涂作业。基底墙体的干燥程度应是水分含量不超过8%需要对墙面和喷枪的距离进行合理设置,同时要保证喷枪具有精确的移动速度。在硬质聚氨酯泡沫外墙外保温作业时,需要将环境温度提高到10以上,将作业风力提高到5级以上,风速超过10M/s,且雨天进行作业。

3)喷涂聚氨酯硬泡技术的优势

喷涂法形成聚氨酯保温层和墙体能够达到无缝衔接,可以做到有效保温的作用,保证了导热系数低的要求,保温效果优于EPSXPS保温材料。由于该种材料是优良的粘结材料,与基层墙体结合性较好,当受到不利温度或湿度影响时,仍然不与基底墙体分离,并能够保证在潮湿环境中具有稳定的性能。另外,硬质聚氨酯泡沫是高强度且高稳定性的化学材料,若墙体变形时也具备良好的适应能力和抗裂能力,确保整体系统状态的稳定。

1.2 浇注法聚氨酯硬泡外墙保温

1)施工过程

浇注法聚氨酯硬泡沫保温外墙主要由4个部分组成:硬质聚氨酯泡沫保温层、外墙基底墙体、 聚合物混合砂浆保护层、界面层。其施工工艺包括两种:可拆模板及置入式模板,前者模板拆除可重复使用,所以更符合建筑节能设计要求,下面主要介绍可拆模板浇注法作业流程。

施工流程为:基底墙体进行治理;在基础板表面添加隔离剂;浇注聚氨酯硬泡沫;对浇注模板进行拆卸;界面层处理;抹灰找平;涂刷涂料。

2)注意要点

施工环境温度要在10以上,墙面水分的含量不得超过8%,在雨天无防雨设施的情况下不能进行施工。在进行模板浇注时,模板固定牢固,在一定的时间间隔后进行分批加入,且浇注量不能过多,防止模板变形开裂,泡沫密度在35~60kg/m3该模板需要进行保温表层的界面处理,模板完成后应检查模板是否有残缺,保证模板保温层稳定性。

3)浇注法聚氨酯硬泡技术优缺点

浇注法硬质聚氨酯泡沫外墙保温和喷涂法对比不受环境条件的制约,对施工人员的技术水平要求不高。浇注法模板表面的平整度较高,施工作业时也利于操作。但浇注法施工时在封闭 的模腔内进行聚氨酯发泡,如何更好地缓解在浇注模板初期产生的涨裂问题,一直是浇注法聚氨酯外墙保温施工的难点。

1.3 粘贴法聚氨酯硬泡外墙保温

利用粘贴法进行聚氨酯硬泡板外墙保温过程中,包含含聚氨酯硬泡保温板抹灰系统及带饰面层的聚氨酯硬泡保温板系统。基本组成系统为:水泥砂浆找平层、基底墙体、硬质聚氨酯泡沫保温板、水泥砂浆网格布、涂料饰面、聚合物粘结砂浆、固定栓等。

施工方法包括条涂法和点框法。点框法将混合好的粘结胶浆涂抹于硬质聚氨酯泡沫板周围,采用标注尺寸的聚苯板,胶浆涂抹于板面中间位置的8个点,点直径为100 mm,胶浆涂抹范围应不少于板面的60%。条涂法是将粘结胶浆涂抹在板材背面,利用专用抹子保持45°角刮掉多余部分胶浆。涂抹胶浆后,立刻将保温板材粘贴在墙体上,粘贴动作要轻、力道均匀。应按照建筑外墙脚部位自下而上的方向粘贴粘贴聚氨酯泡沫板,板材贴牢固后,使用专用工具将板边抹平,保证板与板之间平行对齐。

综合以上聚氨酯硬泡技术,目前常用技术为喷涂法聚氨酯外墙保温技术,该方法技术难度不 复杂且优势明显。

 

2 聚氨酯硬泡技术系统性能参数

2.1 硬质聚氨酯泡沫参数

2.1.1导热系数

硬质聚氨酯泡沫作为保温隔热的材料之一,导热系数高低是检验保温材料好坏的一项重要 指标,保证导热系数低且稳定是研究硬质聚氨酯泡沫保温材料的技术难点。实验表明,对聚氨酯导热系数产生影响的因素较多。

1)影响硬泡聚氨酯导热系数的因素

根据热阻的概念,热流通过单元体的导热热阻为,公式如下:

RF =L/(AλF)     1

其中通热面积为:

A =L2            2

因此

RF =1/(LλF)      3

其中,λF 为硬泡综合导热系数。考虑到单元体中导热,辐射对传热及气固相共热作用下,

综合导热系数为:

λF =λG +λS +λC  4

其中,λC 是代表辐射导热系数;λG 代表固相导热系数;λS 代表气相导热系数

分析结果证明,硬泡孔径小,泡孔里气体对流传热造成的损失热量能够忽略不进行计算。硬泡导热系数大小,是由泡孔内气体导热数值决定的。

2)泡孔内不同气体成分的导热系数

含不同泡孔里的气体成分,会对硬质泡沫导热系数产生的不同影响,具体数据如表1所示。

 

由表1可看出,当发泡剂采用CO2时聚氨酯泡沫导热系数最高,可以合理调整气体的比例来改变导热系数的数值。

3)陈化过程对导热系数的影响

聚氨酯在发泡进程里,跟着材料粘度的提高,泡孔构造会不停的增强,一直到泡孔整体闭合产生闭孔。喷涂法的硬质聚氨酯泡沫,陈化过程中乳白时间为3~4 s,拉丝时间10~15 s,不粘时间15~20 s15min硬化。不一样的陈化时间对导热系数产生的干扰数据如表2所示。

 

从表2可以发现,聚氨酯硬泡沫在初始阶段,导热系数低,通过24h后,在陈化时间增加进程泡孔里发泡剂已经相对稳定,因此导热系数也趋于稳定情况。

4)密度的影响

密度对导热系数的影响

硬质聚氨酯泡沫的导热系数和密度联系紧密,密度如果发生变化,导热系数也会随之改变。具体数据如表3所示。

 

根据表3数据可看出,密度值为31.5 kg/m3其 导热系数为0.0231 W/m·K;但当密度在35~60 kg/ m3 时,导热系数明显降低;在密度超过60kg/m3 时,导热系数也随之增大,表明聚氨酯硬质泡沫在35~60 kg/m3范围内的导热系数为最佳。四种样品导热系数曲线如图1所示。

 

密度对聚氨酯硬质泡沫性能的影响

作为外墙保温性能的材料,尤其是当场喷涂型硬泡,要考虑它自身材料的承重情况,在没有 任何方法的情况下,载重量要65 kg/m2,密度不应该<35 kg/m3,综合各方因素影响,密度不应该> 60 kg/m3,具体性能数据如表4所示。

 

 

由表4观察出,密度增大时抗压强度及抗拉强度也随着增大,但导热系数趋于稳定时在密度 为40~55 kg/m3范围内,所以在配制聚氨酯硬质泡沫时密度值应选取在此范围。

2.1.2粘合强度

聚氨酯硬泡为聚氨酯材料中的一类,结构中含有极性基团,提高了对其他材料的粘合性。特 别是喷涂法施工作用中,具有极佳的粘接效果。具体数据如表5所示。

 

5给出数据显示,不同材质墙体表现出与聚氨酯的粘合强度也不同,以上表中4种材质粘合强度最高的则是砂浆墙体。具体粘合强度曲线图如图2所示。

 

2.1.3聚氨酯硬泡外墙保温效果

由于采用了聚氨酯硬泡外墙保温措施,减少了围护结构的温度应力,对柱体结构起了保护作 用,增加了柱体结构的使用寿命,且提高室内冬季的室温度数,能够达到聚氨酯硬泡外墙保温效果。

 

3 结论

绿色节能设计是建筑耗能节约的主要设计趋势,但目前我国建筑节能水平远远低于发达国 家水平,尤其北方寒冷冬季的取暖措施,给环境带来了沉重负担。在建筑耗能中以外围护结构中的墙体耗能最大,所以文中利用聚氨酯硬泡外墙保温技术对外墙进行保温措施,通过此种技术的应用,保护了墙体的主体机构,增加了建筑物的使用寿命;减少了潮气对墙体的侵蚀,并且提高室内温度;施工作业过程中对环境污染小,操作简单便捷,综合各种因素聚氨酯硬泡技术是绿色节能的主要形式。

 

文章来源:中国知网  

作者:贺梦琦(河北工业大学土木与交通学院)

 

 

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