创造更健康,更节能的建筑:加拿大安健能保温隔热体系

摘要：本文重点讲述了北美最新的建筑保温理念、技术以及相关的建筑实践，材料和应用技术。目前中国的建筑行业应该认真的研究和评估所有现存的建筑材科和应用技术，并选择和应用最先进技术手段。

关键词：建筑保温历史　问题　答案　对策

中国分类号：Tu111.44

文献标识码：A

文章编号：1004-8537(2007)09-0097-05

建筑保温历史

当今建筑工程科技的发展速度是前所未有的。纵观历史，建筑行业历来对新的思想和变革采取抵触行为。这种抵触有时可以理解，因为科学家和建造商们需要做很大努力才能全面了解新的建筑材料、建筑技术和建筑体系。在变革过程中，尽管常常会有错误和失误，但也证实了早期的一些建筑理论并不都完全正确。现在建筑业的同行们基本上认可解决与建筑科学方面有关问题的办法，过去所犯的一些错误得到了更正。我们有必要先回顾一下建筑保温历史，再来看早期建筑科学理论给我们带来了哪些问题而后我们又是如何利用先进的建筑技术和施工手段解决这些问题的。

第一次以商品形式出现的保温产品是在20世纪40年代，但它真正被建筑市场所接受却是在70年代早期的能源危机时期。那时，随着能源费用的不断攀升，人们对建筑保温的兴趣开始不断增强，并且很快意识到保温材料的应用可以节省费用，更重要的是使我们的生活环境变得更加舒适。这种舒适主要体现在适宜的室内温度和室外噪音的减少。这些足以使保温成为建筑必不可少的一部分，特别是在寒冷(取暖)和炎热(制冷)的气候环境中。为了改善生活舒适条件，人们开始将保温安装在已建建筑中。但很快就发现了一个新的问题：潮气在建筑围护结构内的聚积导致了这些建筑不同程度的受损，那些曾经历了几十年甚至上百年毫无问题的建筑正在受到损害，建筑的寿命在减少，有的甚至不到50年。

问题

人们发现使用了保温材料的建筑围护结构空腔内(如外墙、屋顶处等)的温差增大，导致了潮气的集聚，冷凝的产生。在对建筑科学研究证据不足和理解不透的情况下人们试图用增设防潮层(VDR)来尽快解决潮气的问题。冷凝的问题似乎在一定程度上得到了解决。但仍有一些建筑继续有潮气产生的问题未能得以解决。

此后，人们认识到简单地增设防潮层并不是解决问题的全部答案，因为潮气的集聚不仅仅是因为潮气渗透，还有其它因素。我们都知道气流是传带潮气更有效的传播工具因此控制带有潮气的空气流动是改善建筑护结构性能最有效的办法。实验室研究证明在建筑护结构空腔内，空气流动形式传播的潮气至少是以渗透形式传播的潮气的100倍。而空气隔绝层与防潮层最本质的区别是空气隔绝层必须连续封住建筑护结构才能有效，防潮层要求则不是如此严格。这一阐述十分重要，因为如果空气隔绝层不能完全达到连续性建筑将会有空气和因空气传播的潮气侵入。后果是可能已经有冷凝产生造成建筑结构的损坏或因霉菌(图1)的产生导致糟糕的室内空气质量。因此如果简单的下个结论，建筑应该有两种，或是空气密封的建筑，或是完全不密封的建筑。

R热阻值(1/K热导系数)一直被建筑界作为衡量建筑保温性能的指标。我们却常常忘记建筑保温性能的好坏是由很多因素共同决定的。一个简单的事实是R(热阻值)仅仅定义了材料在热传导形式的热阻能力。而且它仅为所选用保温材料的热阻值，而非整体建筑护结构的热阻值。人们常以为将满足建筑规范热阻值要求的材料放到建筑的护结构，建筑物的保温就能达到设计的要求。事实上，大多数建筑并不能达标。原因之一是保温材料的安装没有达到100％密封，致使空气渗漏入建筑物内。另一个原因是人们没有将热对流考虑到热传播公式里，而热对流有时可能会占建筑总热损失(获取)的40％。尽管玻璃纤维等保温材料有很好的热阻值(R)，但热对流所造成的建筑热损失(获取)会大大降低它们实际的保温值。因此，我们应该考虑整个建筑护结构的整体保温性能，而不是仅仅根据某一种保温材料的R热阻值来决定某个建筑的保温情况。

答案

如果在一个建筑设计中，温度是必须要考虑的因素之一(大多数区域属于这个范围)，那么如我们前面所述，这个建筑的护结构应有两种方式进行建造。很通透或很密封，任何介于两者之间的体系都可能会出现问题。其实我们很清楚在炎热或寒冷的地区要想建造一个通透的建筑是很不切实际的，因此我们只有第二个选择，建造密封好的建筑。

今天我们已经意识到，建造一个全密封的建筑护结构是控制环境的重要环节。控制环境意味着减少能量消耗，但并不意味降低我们的生活舒适程度。为此我们需要有良好的通风体系，一来可以确保健康的室内空气质量，二来有助延长建筑的寿命。现在人类活动于室内的时间越来越多，因此上述两点变得十分重要。在北美很多的人90％以上的时间是在室内，这也就是我们为什么用如此多的时间和精力来研究如何防止霉菌的原因。低劣的施工技术、粗糙的细部处理和不正确的材料选择都可能引起霉菌的产生。无论霉菌是因何产生，如果我们没有足够的防范准备，霉菌的出现将给我们带来灾难。近来人们已开始认识到我们过去花了过多的精力试图阻止潮气进入建筑物的护结构，却忽略了如何使建筑在受潮气侵入后能自然排潮达到干燥这一点。我们在选择和评估新的建筑材料和技术时应该将排潮自干功能作为十分重要的因素来考虑。

今天，轻钢龙骨等轻质材料已得到了广泛的应用，但它们对水的抗拒能力只是砖、石材和砌块等传统材料的百分之一。因潮气造成的问题到处存在，而且变得十分严重。为此，我们开始从大量和盲目的使用防潮层的做法转向寻求可“呼吸”的建筑材料和外墙构造。我们必须建造具有可控机械通风能力的、可“呼吸”(具有排潮自干功能)但“密封”(控制空气渗漏)的建筑。

教训

今天的中国正处于经济迅速腾飞的时代，完全可以吸取别人已经总结的经验教训。中国目前面临着大量的建设任务，没有时间也没有必要去重新体验和重复他人已走过的弯路。

让我们重温一下人类对建筑是如何工作又是如何失败的最新理解。在北美90％的建筑失败是因与潮气有关的问题造成的。问题的出现可能是由于低劣的施工质量材料的安装，或施工技术等。无论是何原因，问题发生了。这些问题往往很容易被辨别出来，并有相对直截了当但通常很昂贵的办法来解决。然而潮气所造成的破坏常常是缓慢的，而且在建筑结构受到破坏之前很难查出。潮气引起的建筑失败主要是因为建筑护结构无法有效的控制空气渗漏和潮气渗透，造成潮气在建筑护结构内的缓慢积蓄，最终破坏建筑结构。

今天我们懂得了仅仅控制建筑的潮气渗透还不够，还需要控制空气渗漏。事实上在建筑师、工程师和建造商试图解决冷凝问题的过程中，空气渗漏的控制已逐渐比潮气

渗透的控制显得更为重要。除了潮气对建筑的影响是我们到目前为止了解到的最重要的教训，我们也越来越清楚热阻并不是唯一或最重要影响建筑性能的因素。与此同时我们也了解到建筑及其组成部分对人类的健康有相当的影响。

概括来说，我们必须控制潮气渗透，必须为建筑提供具有排潮自干的功能。这是一个十分重要的概念：我们不能只考虑控制潮气的渗透。热阻也同样对建筑的整体性能有影响，需要认真权衡。过厚地增加保温厚度并不会提高保温性能，10cm左右厚的保温材料完全可以达到95％的阻热功效。因此假如我们想要一个健康的建筑，这个建筑必须是具有良好机械通风的密封建筑。如果我们认同一个现代建筑应该是健康，节能、舒适和耐久，那么我们就应该找到实现这个目标的办法。

如前所述，在北美，潮气的产生主要是由于建筑采用了空气隔绝层而造成的，但问题是空气隔绝层是建筑护结构内隔绝空气渗漏的必要组成部分。为此新型的空气隔绝层材料和保温材料才得以不断出现并逐渐得到市场的认可。这就解释了为什么软发泡保温材料工业在北美地区能迅速成长壮大的根本原因。由加拿大安健能公司生产的安健能保温材料是软发泡保温材料领域里最先进和最优秀的产品。

技术对策

现场发泡工业最新研发的安健能保温材料是一种兼可呼吸的空气隔绝层和保温材料为一体的新产品，是解决建筑保温业长期以来所面临技术问题的新技术对策。

1．什么是安健能

安健能是冷凝脂(Polyicynene)在对环境无危害的化学反应过程中形成的一种以水为发泡剂、低密度(8Kg/m3)、憎水、开孔式塑料软发泡保温材料，化学上自成一类。在现场喷涂发泡过程中，安健能可呼吸的微小开孔内充满了空气(99％为空气)，不会产生破坏大气臭氧层的有毒气体或气味(氟里昂HFAs，HCFCs或其它发泡剂会释放有毒气体)。产品分为现场喷涂(新建)和现场灌注(改建)两类。安健能将保温及隔气层合为一体，是唯一通过美国EnvirodesicTM公司室内健康空气质量认证标准的保温产品。安健能使建筑更健康，更安静，更节能。

2．性能优势

用水来发泡的安健能比许多其它保温材料具有更多的优点。完全用水发泡确保了安健能在环保方面优胜于其它利用人造物质、靠制冷剂和发泡剂的保温体系。另一个特点是尽管它看上去像海绵体一样，但却有很强的憎水性(不吸水)。

一般来讲，靠制冷剂的保温材料的热阻能力会高一些但是当制冷剂随着时间的推移散发后，材料的热阻能力会逐渐降低并且导致室内空气的污染。用水作为发泡剂的安健能形成了开孔结构，仅有空气滞留在内，因此时间的推移不会影响其热阻性能的稳定性。这种开孔结构还能带来其它好处。紧密而错综复杂的开孔结构赋予了安健能的可塑性，它能有效地阻止空气热对流和控制潮气的渗透，也就是说，一次性喷涂成形的安健能不但构成了有效的保温层，还成为具有呼吸能力的空气隔绝层。而具有弹性的特性又使安健能保温材料能随着建筑不同构件相移动(热胀冷缩或地震)，确保了建筑物良好的空气密封性。安装后的安健能保温不会收缩、变形或变质退化。 如前所述，建造密封完好又可呼吸的建筑是我们的最佳选择。优良的建筑必须能在潮湿入侵后自行干燥。开孔结构与憎水特性使安健能成为一个即能有效的呼吸又能白干的保温材料(图2)。

安健能可将建筑护结构完全密封，阻止风及潮气对建筑室内的渗透，实现了无强气流的舒适室内环境。由于安健能可以阻止灰尘、过敏源、气味及污染源等进入室内，台理的机械通风系统设计可以使室内的空气比室外的空气还健康。当空气中的湿度得到控制，不良的室内空气和霉菌生长的可能性也大大降低，能源的有效利用和建筑的寿命也会得到改善。安健能不提供细菌和霉菌的生长环境，不是白蚁、其它虫类及霉菌的食物源。那些患有过敏症、呼吸道病症和化学敏感症的人们更需要生活工作在有安健能保温的环境。安健能保温被美国住房建造者协会选为2003年和2005年美国示范住宅的唯一保温材料，也是美国肺健康协会国家健康示范住宅选用的唯一保温材料。

安健能还是非常有效的隔声层。全填充和密封的特性使它成为降低由空气通过墙体、楼面和屋顶传导声音的理想隔声体系。汽车、飞机和火车等交通工具由外界传进的噪音被隔绝在外，上下水管道产生的噪音得以减轻，邻里之间的噪音干扰也大大降低。此外，安健能是家庭电影院理想的隔音吸声材料。

3．价格优势

具体工程测试和计算机模拟都证明有效的空气隔绝层可以使建筑性能得到良好发挥。如果室内通风得当，空气密封的建筑会更耐久、更节能、更舒适和更健康。最有力的对比是，一个装有玻璃纤维保温材料的建筑的空气渗透值约为5～8帕斯卡(ACH@50)，而一个装有安健能保温材料的建筑的空气渗透值最高仅为1.5帕斯卡(ACH@50)。很明显，后者可以大大地节省能源，特别是在有较高的潜热损耗或热获取的地区。实践证明，在北美有较多制冷要求的地区(天气热，湿度大)，安健能的应用可使建筑制冷设备的负荷降低30％～50％，从而降低了制冷设备的成本和设备的运行成本。这种成本上的节省在较寒冷(需要取暖)的地区尤为明显。

一套两桶的安健能液体原材料可获得约37～40m3的发泡，与其它保温材料相比，大大节省了原材料储存和运输成本。此外，消除因潮气引起的瘢痕、霉菌等问题也节省了大量的建筑围护、维修成本。安健能集保温和空气隔绝层为一体的特点，也节省了部分保温辅料和空气隔绝层材料及人工施工成本。

4．设计优势

安健能可以容易的填堵每一处缝隙和现场喷涂施工的特点，使得建筑形式和形状上可以得到最大自由度。它不但能解决已建建筑的保温、隔声和隔潮等问题，还能满足新建工业建筑、农业建筑和商业建筑等对保温上的复杂要求。

建筑师、工程师和建造商等一直面临的一个挑战是如何把一个完美的设计从图纸变为现实。事实是建成的建筑往往与图纸上的设计意图不吻合。图纸和设计说明不可能涉及所有施工过程中可能出现的问题，而安装程序、材料的选用、安装技术、细部处理、工人的施工技巧和设计节点的复杂程度都会影响最后的建筑质量。安健能保温的应用可以缓解大部分与保温材料相关的难点。因为是现场施工安装，安健能赋予了建筑师和工程师最大限度的设计自由度(图3)，施工质量可以通过简单的视觉来确认。安健能多重功能的特点还简化了施工工序。

5．施工优势

安健能保温体系的施工是由获有安健能公司培训证书的施工人员在现场喷涂或灌注完成，施工完全独立于其它工种，不受天气情况的限制(图4、5)。无论是雨季，零下40℃的低温还是零上45℃的高温，都可以进行安健能保温体系的施工，并保证保温质量。

安健能保温由两种化学液体在一定压力下在喷枪口处混合而形成。它以自身体积的100倍膨胀蔓延，充满和封堵了建筑围护结构的各种缝隙漏洞，几乎完全消除了空气泄漏、热对流和通过空气传播的潮气。奶白色的发泡体在20秒内完成发泡，其它材料可以立即敷设在其上。因为施工队是经过严格培训和备有规定的施工设备，施工现场的材料浪费可降低到最低限。多余的发泡部分可以很容易地清除掉。安健能保温材料几乎可以粘附所有的建筑材料不需任何固定件或粘结剂，特别适合龙骨建筑体系。在些传统保温材料无法安装的地方，安健能可以通过灌注法由一个小孔注入，达到优良保温效果。与其它保温材料不同的是，在施工过程中安健能不受固定构件、上下水管或电线管道的干扰。

结论

由于产品所特有的优势，即使是在这样一个不易接受改变的行业，安健能保温仍得到了广泛的认可，并以每年45％的发展速度在北美迅速成长。具有这么多优势和特点的安健能保温一定能适合正在蓬勃发展的中国建设的需求。

作为一种现场喷涂软发泡保温材料，安健能具有易安装，可完全填充各种建筑护结构的空腔，有助于创造一个健康的环境，减少因潮气产生的问题，降低围护成本明显降低取暖和制冷设备成本及其运行成本等诸多优势。也就是说，安健能可以为人们提供一个更健康、更安静、更节能和运行成本低的耐久建筑。