试析建筑常用保温材料导热性能

【摘要】保温材料作为当前一种较为常见的新型材料，在建筑性能方面具备环保、高效以及节能的特征。本文先从保温材料的基本概念入手，对材料导热性能的特征及影响因素等进行具体分析，之后再详细介绍了目前我国建筑工程中几种比较常见的保温材料。

【关键词】建筑；保温材料；导热性能

中图分类号： TU761.1+2 文献标识码： A 文章编号：

1.保温材料的基本概念

保温材料通常指的是对热流具备明显阻抗力的材料[1]，在建筑物的保温性能上发挥重要作用。按类别可将其分成两种，即硬质类的保温材料与软质类的保温材料。其中硬质类的保温材料仅指有机材料，而软质类的材料又可分成有机（如聚苯乙烯与聚氨酯的泡沫塑料）与无机材料（如岩棉、膨胀珍珠岩、玻璃棉等）。其保温性能各具优劣，有机材料的特点为吸水率低、密度大及不透水等；无机材料则耐腐蚀性强、不易燃烧等。保温效果和材料的结构、组成部分、孔隙大小及其特点、温度、表层密度等密切相关，实质上主要取决于材料导热性能的大小，即导热系数，大多呈现导热系数越小，材料的保温性能越好的变化规律。通常而言，各种保温材料的相同特征为疏松、孔隙多、轻质等，主要通过孔内封闭气体阻抗热量传递。

2.建筑保温材料的导热性能与其特征

通常而言，保温材料是指平均温度≤350℃时导热系数≤0.12W/(m·K)的所有材料[2]。而保温隔热的含义，即为尽可能的阻碍热流传递。对此，要想满足建筑外墙结构的环保与节能设计要求，必须采用导热系数较小或者热阻值较大的保温材料。保温隔热材料不仅能使建筑室内环境在夏季免遭太阳辐射的高热量与高温影响，在冬季还能减少热量的大量损失，确保室内的温度适中。保温材料的结构特征主要表现在纤维性或者多孔性的材料。通常这些材料会存有较多的孔隙，易于气体进入填充，气体较低的导热系数保证了整体的保温效果。保温材料可以看做一类特殊的匀质材料，即保温材料的结构内部虽然存在大量孔隙，但如果这些孔隙的大小远远小于物体的几何尺度，则可视其为连续介质，其导热性能可参考表观的导热系数。

3.影响建筑保温材料导热性能的因素

通常保温材料的导热性能会受到多种因素的影响，具体包括材料的性质与密度、测试温度、材料孔隙内的气体组成以及气体的含湿量等，这些因素均会导致材料的保温性能发生改变。第一，孔隙率越高，导热系数越小，增加材料孔隙，能在一定程度上加强其保温性能。第二，温度越高，导热系数越大。随着平均温度的不断上升，保温材料的导热系数将逐渐增大。第三，含湿量越高，导热系数越大。保温材料大多呈现多孔隙的构造，一旦水分进入，替换孔内的部分空气，将推进热量的快速传递；第四，通常情况下密度越低导热系数越小，当保温材料的密度减小到有限值时，其的导热系数反而增大。其原因在于，随着密度的不断减小，微小的孔隙将逐渐变大，致使孔内空气产生强大对流。而各孔隙间的辐射反应也会相应增强，最终导致保温材料的总体导热系数逐渐上升。

4.几种较为常见的建筑保温材料

4.1聚氨酯保温材料

聚氨酯（PU）材料，又称聚氨基甲酸酯材料，是当前应用最为广泛的隔热产品[3]，在机械制造业、石油化工产业等各领域发挥重大作用。与此同时，在聚氨酯类泡沫塑板产量逐渐扩大的背景下，其在建筑外墙的保温隔热设计中受到广泛使用。该种材料的导热系数只有0.019-0.024W/m·K，是当前国际公认保温与隔热效果最佳的材料，是岩棉、聚苯板（EPS）等常用保温材料均无法与之相媲美的保温材料。但缺点方面，聚氨酯的泡沫材料属极易燃烧的保温材料，其燃烧氧指数约为17%，易于发生火灾事件。燃烧性能具体表现在两方面：第一，聚氨酯保温材料的燃点较低，既能快速燃烧起来，且在燃烧期间易于出现熔滴现象。第二，当材料受热时可分解出易燃性的气体，后经火苗的不断燃烧逐渐演变成炭化层，其受热分解的产物与燃烧产物中含有大量的一氧化碳、氰化氢等有毒气体。从实验室的检测数据得知，聚氨酯材料的热量排放总量与速度明显超过EPS板，表明该材料引起火灾的概率相对较高；聚氨酯材料的烟密度较大，平均值约在61-70之间，最大可高达91。据烟毒性的研究试验显示，该材料的烟毒性也显著高过EPS板。

4.2聚苯乙烯泡沫塑板

聚苯乙烯泡沫塑板也是一种较为常见的建筑保温隔热材料，主要采用聚苯乙烯的树脂原料在泡发剂的作用下发泡制成。该种保温材料的内部含有大量的封闭微孔，主要特点为导热指数与表观密度小、结构均匀、吸水率低以及抗压强度大等，并且具备良好的隔音效果，通常适用于金属复合的夹芯板、聚苯板等。相比于其他材料，聚苯板的保温效果略显优势，但基于该板材的局限性，导致其在作业施工中主要以点固定的方式连接建筑主体。再者各泡沫板材间需要黏结或者拼接才能相互依附，不仅投资成本较大，而且施工工艺冗长，不适用于外形复杂繁琐的建筑保温。此外，聚苯板保温材料的憎水性可能和一般的亲水性材质不同，因此，除材料面层之外，其后续施工的质量难以保障，易于发生面层脱落、空鼓或者开裂的质量缺陷。

4.3聚苯颗粒的保温材料

聚苯颗粒的保温材料主要由胶粉料与聚苯颗粒根据一定的比例搭配而成[4]。由于聚苯颗粒质量较轻，施工中极易飞扬，故应按特殊的搅拌步骤制作。具体步骤为:首先，工厂利用预混搅拌的方法，将水泥和引气制剂及高分子物质等多种添加剂搅拌混匀后，再进行包装成胶粉料。其次，待胶粉料合成完毕后，按照相应配比将其与水放置搅拌机中不断搅拌制成砂浆。最后，加入聚苯颗粒，将上述材料搅拌均匀成黏性较强的膏状体。建筑墙体的保温隔热层，则是利用此膏状体涂抹在墙面上制成的。聚苯颗粒的保温材料，不仅操作便利，具备良好的保温性能，而且其中的聚苯颗粒可来自于工业品或者废旧细小的颗粒，有利于保护环境与减少白色污染。由于这种材料的吸水性相对较大，使用时可合理设置相应的防水及抗裂层面。聚苯颗粒的保温材料能弥补其他材料的不足，因而在建筑保温材料中占据重要地位。

4.4 发泡水泥

将发泡水泥用来制成建筑外墙与室内的保温层，尽管其的导热系数相对高于其他的隔热材料，但该种材料依附建筑结构层面的能力较强，操作简便，具有良好的环保性能。一方面，

在众多以往的地暖工程施工中，通常采用EPS材料作为隔热层，不仅难以和原基面相结合，而且其的依附性较差，易于导致建筑隔热层的脱落、龟裂或者空鼓等。因此，将发泡水泥用来制成建筑室内的保温与隔热材料，能显著提高建筑基础和隔热层的依附性[5]。另一方面，利用发泡水泥制成的隔热层，既能有效填平其和原楼板之间的细小凹凸平面，又能稳固持久逐渐形成强大的依附性，有效确保了建筑保温隔热层的整体效果均衡。

5.结语

现今，有关建筑保温材料的实验研究相对较少，其的发展水平尚未能跟上国际水平的步伐。加上受到国内经济水平的限制，我国建筑保温材料的应用率与推广率不高。但经国家有关部门重新调整能源使用战略后，我国大力提倡尽量采用环保节能的建筑材料，以减少能源的浪费。要想加快我国建筑保温材料的发展进程，必须结合生产原料、经济水平以及施工工艺等因素综合考虑，在此基础上加强保温材料的有效利用，不断提高建筑施工水平,减少温室效应与环境污染,有效促进建筑保温材料的快速发展。

【参考文献】

[1]孟庆博,王栋,王学成.建筑常用保温材料导热性能分析[J].建筑节能,2011,39(02):61-

63.

[2]肖红.建筑保温材料的应用种类及前景展望[J].中国新技术新产品.2010(17):182.

[3]谭文勇,王小雪,程钟书.浅析保温隔热材料及其应用前景[J].网络财富.2010(13):188.

[4]张琎,王海,丁媛丽,葛峰,彭廷.外墙保温材料的种类及防火性能分析[J].安徽化工,

2012,38(06):6-8.

[5]姚家伟,侯兆铭,姚亦舒.几种建筑外墙保温材料的抗火性能分析[J].低温建筑技术.2012

(07):4-6.