中国硅酸盐学会绝热材料分会 胡小媛

•随着国家经济的快速发展，具有施工便捷、形式美观、性能高强耐久的以彩钢、铝镁锰各类合金为面板，配以保温、隔热、吸声材料组装的建筑系统在我国建筑工程中得到了广泛的应用。据不完全统计我国每年实现的各类金属屋面、金属夹芯板、金属内外维护结构达2亿多平米，应用领域涉及机场、火车站、体育馆等公共建筑、各类工业厂房、冷库、物流仓储等方方面面。

•因此为了使金属建筑达到安全可靠、美观、绿色环保等方面的要求，金属维护系统的耐久性、防火防水性、保温隔热性、声学性能的应用研究受到越来越广泛的重视。

•本报告力求从保温隔热材料对金属维护结构影响的专业角度展开探讨。

•保温材料定义: 一般是指在25°C下导热系数小于或等于0.12W/(m·K)的，能阻止热量(能)的流动的材料。

•保温材料在钢结构建筑中的主要功能：

•节能：通过减少热能或冷能的损失，来获得能源的节约

•防结露：提高表面温度，阻止水蒸汽在冷表面的结露

•室内舒适度：减少外界温度对室内的影响，做到冬暖夏凉

•吸声降噪：保温材料也是良好的声学材料，配合贴面或穿孔板对内吸声，配合屋面和墙面板对外隔声。

•保温材料分类vs. 材料成分

•有机保温材料，如: 聚氨酯（PU、PIR），聚苯板（EPX、XPS），酚醛板（PF）；

•无机保温材料，如: 玻璃棉、岩棉、泡沫玻璃、微孔硅酸钙、硅酸铝、珍珠岩；

•复合保温材料：如：真空隔热板、气凝胶。

•保温材料分类vs.材料结构

•闭孔型发泡类保温材料，如：聚苯板, 聚氨脂，泡沫玻璃

•开孔型纤维类保温材料，如：玻璃棉, 岩棉, 硅酸铝

•各种材料都有它合适的应用场景，在金属屋面建筑中，大量使用无机类保温材料，主要是玻璃棉和岩棉，均为不燃A级材料。

•单/双层压型金属板复合保温屋面（现场复合）

-玻璃棉

•单层防水卷材保温金属屋面

-岩棉, 聚苯板+防火板，泡沫玻璃

•异形屋面

-岩棉，玻璃棉，聚苯板+防火板，泡沫玻璃

. 装配式冷库

聚氨酯（PU/PIR）、XPS

单/双层压型金属板保温屋面系统–典型构造

单/双层压型金属板保温屋面系统–项目图片

原因：非常适合对保温材料没有抗压要求的此类经济实用型的内保温系统。

•保温吸声性能: 玻璃棉纤维细长，基本不含渣球，使得产品具有低的导热系数和高的吸声系数，确保了产品优越的保温和吸声性能。

•防火性能: 玻璃棉属于无机保温材料，具有最高的防火等级—不燃A级。

•自重轻: 钢结构用玻璃棉一般密度在12-16kg/m3, 是非常轻质的保温材料，可减轻建筑物自身承重，同时也使得只使用加强白色隔汽层的单板系统成为可能。

•安装简便：玻璃棉可以根据建筑要求定制长度，并可以压缩成卷运输，而且玻璃棉基本不含渣球，易于裁剪，大大提高了运输和安装效率，节省人工费用和缩短安装工期。

原因：施工简便，性价比高

•室内降噪，有效吸声：玻璃棉加贴面的吸声系数NRC一般在0.75 –0.9 (棉越厚，吸声系数越大），而硬质的压型钢板基本不吸声，反而会对室内声音造成反射，造成噪声等级上升。

•易于隔汽，防凝结水：由于玻璃棉是开孔材料，隔汽没做好，就会导致保温失败。双层板系统因为钢板本身的瓦楞结构，很难在钢板和钢板连接处做密封隔汽，所以，不管单双板，使用好的隔汽贴面且做好隔汽层的搭接和收边处的密封是非常有必要的。对于双板系统，因为隔汽层被内板遮蔽，施工前后更需要关心和检查隔汽层有无破损，搭接有无密封。

•使空间更明亮–目前广泛使用的加强型白色阻燃聚丙烯贴面对可见光的反射率可达85%，使室内美观也明亮。同时，由于隔汽层的外露，对于破损和搭接问题能及时发现，及时修补

•安装简便，高效节约：可以省去内板安装，隔汽层和玻璃棉一次铺设到位，更快捷，更高效，当然也具有更高的性价比。

•生产工艺玻璃棉是将处于熔融状态的玻璃用离心法等工艺成纤后喷涂粘结剂且经过热固化工艺处理制成的保温吸声材料。

•保温原理玻璃棉内部的纤维结构蓬松交错，存在大量微小的空气孔隙，故此具有良好的保温和吸声特性。

上图为生活中常见材料的导热系数(W/m·k)

玻璃棉的导热系数一般在0.045 –0.032 w/m.k

▪导热系数

稳态条件下,1m厚的物体，两侧表面温差1k,1秒钟的单位时间内通过1㎡面积传递的能量J，单位(W/m·k)

▪热阻值

Ｒ＝保温厚度/导热系数

▪热量损失

Ｑ＝ΔＴxＳ/Ｒ(温差x面积/热阻)

•纤维直径是关键

•产品密度是选型的重要考量

•平均温度非物性参数，但也有影响

纤维直径越细导热系数越小

•玻璃棉产品规范要求纤维直径6-10μm，头发直径约80-120μm

•交织的纤维结构，在内部分割禁锢大量空气，形成静止的空气格子

•细长纤维在微观结构上形成大量比表面积，增强内部的反射热阻

高品质玻璃棉：纤维细长，平均直径5-6μm，纤维越细，手感越好，柔软不痒，导热系数越低

隔汽层横向搭接：

横向搭接方法

收边

从搭接到收边，我们可以看到整个隔汽层的连续性，较好的密封性和可观察性。

•金属屋面板外保温系统

•柔性卷材，焊接后连续防水

•基本没有冷桥，防结露好

•保温材料密度高，抗压高

•屋面可以上人，检修方便

矿物棉的概念

矿物棉是Mineral Wool 的翻译。按照欧洲标准EN13162-2001中3.1.1.1条款的定义是：由熔融的岩石、炼矿渣,或玻璃制成的、具有一致性的棉毛状保温材料。英文原文：insulation material having a woolly consistency , manufactured from molten rock, slag or glass。即包括岩棉，矿渣棉，和玻璃棉。

酸度系数的概念

Ratio=(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO)

岩棉和矿渣棉在理论上没有严格的界限，一般以酸度系数1.6做为评判界限，酸度系数在1.7以上产品各个性能指标会明显优越于1.6以下产品的指标.SiO2,Al2O3是中性物质,化学性稳定;CaO,MgO是碱性物,相对不稳定.矿渣棉含较高的氧化钙,氧化镁,即酸度系数低,不耐老化.玻璃纤维行业用低,中碱性更贴切.

泡沫玻璃是完全的纯无机材料， 不含任何有机阻燃剂、催化剂、粘接材料

Ø A1级不燃

Ø 火灾下不释放任何烟雾、毒气

Ø 不会助燃和造成火焰蔓延

Ø 泡沫玻璃熔点高达1000℃，可以起到防火屏障作用

泡沫玻璃不吸水，是唯一能完全隔绝水汽的保温材料

Ø高湿度环境下亦不会产生内部冷凝现象

Ø无论冬夏均能保持材料内部干燥

Ø隔热性能优越稳定

自然环境中的水汽无处不在，而水汽渗透对保温材料和整个构造系统有很大影响，进入保温材料内部的水汽可能产生冷凝甚至结冰，不但降低保温材料的性能，还会对整个保温构造产生致命破坏。

水蒸汽渗透阻：

岩棉1 to 2

聚氨酯50 to 100

聚苯乙烯100 to 300

沥青70,000

泡沫玻璃∞

100%气密性材料

泡沫玻璃

•低600KP(60 T/ M2)

中900KP(90 T/ M2)

高1600KP(160 T/ M2)

•高压强下不变形，蠕变小

聚苯板（EPS）：100KPa ～250KPa

挤塑板（XPS）：150KPa ～500KPa

聚氨酯板（PU）：100KPa ～300KPa

岩棉板（RW）：10KPa ～40KPa

玻璃棉板（GW)：抗压强度极低

压缩10%时候的强度，蠕变大

•泡沫玻璃尺寸稳定性非常好，无论是在常温、低温、高温还是在高湿或干燥的环境下，都不会变形。

•泡沫玻璃是热膨胀系数最接近混凝土和钢结构的保温材料

有机保温材料在温差下的变形

泡沫玻璃由玻璃为原料的纯无机材料刚性材料，防虫咬等生物侵害

•不吸湿吸潮不会滋生细菌，在地下使用尤具优势

•强度高，避免有机和纤维材料易受啮齿类动物损害

•耐酸、耐油、耐有机溶剂等腐蚀

奥地利多恩比恩多功能体育馆

Multi-purpose Hall Dornbirn, Austria

法国戴高乐机场

• 承压处：硬质保温材料：

– 岩棉，

– 泡沫玻璃

– 聚苯+防火板

• 不承压：软质吸声材料：

– 玻璃棉

•定义：采用轻质复合夹芯板做库房的保温隔热及围护结构，并在现场组装的冷库。分为室内库和室外库。

•冷库保温隔热材料要求：

•导热系数小；

•不散发对食品有污染的物质且不易变质；

•变形系数小；

•防火：夹芯板要达到B1（推荐PIR）、内保温B1级、地面B1级；

•低蒸汽渗透阻

•用于地面、屋面时，其抗压强度不应低于0.25MPa。

2012年以来，PIR基于其良好的耐火性、尺寸稳定性和低导热系数逐渐成为装配式冷库的首选材料，有强度要求的地面、屋面XPS为首选，对防火要求高的冷库通常选用岩棉夹芯板为外墙和屋面围护使用。

•导热系数（从小到大）：PIR/PU XPSEPX

.尺寸稳定性（变形从小到大）：PIR XPS PU EPX

. 透湿系数：XPS PIR/PU EPS

. 吸水率：XPS PIR/PU EPS

. 抗压强度：XPS PIR/PU EPS

. 燃烧性能：PIR/PU XPS EPX

•物流仓储库的建设量连年走高，据有关方面估算年建设量达到1000万平米。在建造形式上以北美流行的单面现场复合压型板屋面体系为主，保温材料的选用上以覆面玻璃棉毡为首选。