聚氨酯材料在当代绿色建筑中的应用状况及开发前景分析

1聚氨酯材料在当代绿色建筑中的应用状况及开发前景分析黄茂松贾润萍国家财政部和住建部最近出台了《关于加快推动我国绿色建筑发展的实施意见》，两部门明确通过政府财政补贴等方式，全面促使中国绿色建筑发展，力争到2020年绿色建筑占新建筑比重超过30%。绿色建筑的提出和实施，无疑给我国PU材料带来新的发展机遇与挑战。对此，我们发表一些与此相关的观点，供业界参考。一、绿色建筑将是我国建筑领域一场革命1.1绿色建筑发展趋势不可逆转绿色建筑是指在全生命周期内最大限度地节能、节地、节水、节材，保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。绿色建筑已列入国家“十二五”发展规划，绿色建筑标准将成为强制性标准，随着国家绿色建筑系列文件的逐步出台，我国绿色建筑必将是我国建筑领域未来发展方向。住房和城乡建设部仇付部长指出，绿色建筑作为建筑领域一种发展趋势，在中国已不可逆转，而且发展会越来越快，要让绿色建筑理念和技术覆盖所有建筑。绿色建筑理念的提出和实施将改变人们对建筑标准的传统思维模式，也极大地纠正目前对建筑领域中出现提出某些性能标准的片面要求。这将是建筑领域的一场新的革命。1.2建筑节能在绿色建筑中占有重要地位所谓绿色建筑在一定意义上可理解为以节能减排为重点，具有辐射带动作用的低能耗示范建筑，因此绿色建筑必须做到建筑节能标准要求。国家计划2011~2012年，在全国新增3000万套保障房中，积极推动保障房绿色建筑。住建部要求到2014年，所有直辖市、计划单列市的保障房建设均应达到绿色建筑标准。据媒体报导，国家发改委、住建部正在加紧制定“绿色节能建筑行动方案”，计划将在“十二五”期间对57亿平方米建筑进行节能改造，在城镇和农村新增绿色建筑面积10亿平方米。业内专家估算如能达到上述目标，将带来数万亿元的市场机遇。二、国家和地方近期颁布的系列新文件为聚氨酯（PU）外墙保温材料应用创造了条件国家颁布的有关外墙保温材料防火规范标准新文件，为PU保温材料恒速发展带来了机2遇。众所周知，2011年3月14日，公安部消防局颁布了“65号”文件，规定民用建筑外保温材料一律采用燃烧性能A级材料，由此包括PU保温材料在内的所有有机材料均被拒之建筑领域门外。实践充分证明，该文件不符合我国建筑外保温材料国情。2.1国家颁布的新文件为外墙保温材料防火规范标准之争划上句号2011年12月30日，国务院下发了《国务院关于加强和改进消防工作的意见》，要求“新建、改建、扩建工程的外保温材料一律不得使用易燃材料（B3级），严格限制使用可燃材料（B2级）”。至此，历经10个月的关于有机外墙保温材料标准之争终于有了明确的结论，B2级材料允许在一定高度的建筑保温工程中可以使用。2012年1月30日，住建部在其网站公布了“十二五”建筑节能专项规划（征求意见稿）。征求意见稿指出要加快发展防火隔热性能好的建筑保温体系和材料。根据国外的经验，使用外墙保温材料，减少建筑物的散热和吸热是建筑节能的有效方式之一。“十二五”期间要大范围推广65%的节能标准，并鼓励北京等有条件地区推行75%的节能标准，具有综合性能优势的聚氨酯保温材料必将得到大范围推广。中华人民共和国住房和城乡建设部于2012年2月10日颁布了《关于贯彻落实国务院关于加强和改进消防工作的意见的通知》。要求各地住房城乡建设主管部门要及时组织工程建设、设计、施工、监理等单位认真学习国务院《关于加强和改进消防工作的意见》，准确理解和把握有关规定，切实落实各项要求。严格执行现行有关标准规范和公安部、住房城乡建设部联合印发的《民用建筑外墙保温系统及外墙装饰防火暂行规定》（公通字[2009]46号），要求严格执行《民用建筑外墙保温系统及外墙装饰防火暂行规定》中关于保温材料燃烧性能的规定，特别是采用B1和B2级保温材料时，应按照规定设置防火隔离带。各地可在严格执行现行国家标准规范和有关规定基础上，结合实际情况制定新建建筑节能保温的地方标准规范，管理执法、细化技术要求和管理措施。从材料、工艺、构造等环节提高外墙保温系统的防火性能和工程质量。根据此通知，住房和城乡建设部已明确在新的标准未出台之前，46号文件仍然有效。以上国家颁布的新文件，无疑为PU外保温材料发展指明了方向，迎来了新的快速发展机遇。2.2国家最近颁布新文件的解读国发[2011]46号文明确外保温材料一律不得使用易燃材料，严格限制使用可燃材料，即：（1）B2级保温材料在一定条件下可使用；3（2）住建部2012年2月10日文明确（公通字[2009]46号）文《民用建筑外墙保温系统及外墙装饰防火暂行规定》仍然有效；（3）否决了2011年3月14日公安部消防局下发的公消[2011]65号文件，规定民用建筑外墙保温材料采用燃烧性能为A级的材料；（4）鼓励各地结合实际情况，制定相应的建筑节能外保温系统地方标准规范。2.3对京公消字[2012]391文件内容简介和解读2012年3月3日，北京市公安局、北京市住房和城乡建委、北京市规划委联合颁布了关于加强老旧小区综合改造工程外保温材料使用与消防安全管理工作的通知。该文件中对加强建筑外保温材料的使用管理要求规定，对北京市老旧小区综合改造的建筑外保温工程中，应采用燃烧性能为A级的保温材料以及燃烧性能为“复合A级的热固性保温材料”。根据该文件规定，对于北京市既有建筑改造项目，可允许使用A级和复合A级热固性保温材料。笔者对京公消字[2012]391文件解读：（1）“A级复合热固性材料”的防火阻燃性能等效于A级无机阻燃材料。按此规定，复合热塑性材料即使达到了阻燃A级也不能使用。此规定是吸取了我国近年来发生的几次重大火灾而吸取的深刻教训。是有充分依据的，也是符合客观规律的。（2）这里必须强调防止A级热塑性复合材料代替A级复合热固性材料，以防鱼目混珠。2.4对新公通[2012]69号文件内容简介和解读2012年6月20日，新疆维吾尔自治区公安厅与住房和城乡建设厅发布了有关《新疆维吾尔自治区建筑外保温材料防火暂行规定》的通知，要点如下：（1）非幕墙建筑外保温材料住宅建筑：高度≥100m的建筑，其保温材料的燃烧性能应为A级。高度＜100m的建筑，其保温材料的燃烧性能不应低于B1级。当采用热塑性B1级材料时，每三层应设置水平防火隔离带。其他民用建筑高度≥50m的建筑，其保温材料的燃烧性能应为A级（高度≥50m的商住楼，商业部分保温材料的燃烧性能应为A级，住宅部分保温材料燃烧性能应采用A级或B1级的热固性保温材料）。高度＜50m的建筑，其保温材料的燃烧性能不应低于B1级。当采用热塑性B1级4保温材料时，每两层应设置水平防火隔离带。幕墙建筑建筑高度≥24m，其保温材料的燃烧性能应为A级。建筑高度＜24m时，其保温材料的燃烧性能不应低于B1级。当采用热塑性B1级保温材料时，每两层应设置水平防火隔离带。笔者对该文件解读：（1）该文件明确对非幕墙住宅建筑、其他民用建筑和幕墙建筑，使用热塑性保温材料时，必须设置水平防火隔离带。而相同条件下，使用热固性保温材料可不设防火隔离带。（2）对非幕墙其他民用住宅建筑，规定其保温材料燃烧性能应采用A级或B1级的热固性保温材料。在相同条件下，不能采用热塑性保温材料。2.5目前外墙保温材料建筑和消防部门对防火规范不同的观点二者一致同意保温材料的燃烧性能等级从B2级起步，禁止使用B3级。分歧之处在于：建筑部门认为：在100m住宅建筑、50m公共建筑，可使用B2级保温材料；对24m幕墙建筑，可使用B2级保温材料。消防部门则坚持可燃材料只能在50m建筑中使用（主要城市的消防能力都50m）；B1级保温材料可用于50m住宅建筑，B2级保温材料可用于24m公共建筑；幕墙建筑用保温材料必须为A级。三、聚氨酯材料在绿色建筑中的应用概况3.1聚氨酯材料是一种理想的绿色建筑外保温材料众所周知，在实行建筑节能各项措施中，采取保温隔热材料是防止建筑物能耗损失最经济、最有效的技术措施。实践证明聚氨酯（PU）材料是目前满足安全、环保、节能要求的最理想外保温隔热材料。其主要优点如下：（1）保温性能优越聚氨酯硬泡保温材料的导热系数可达到0.017~0.025w/m.k，是目前有机和无机保温材料导热系数最低、在外保温系统得到大面积应用的一种材料。在达到同样隔热效果条件下，其使用的保温层厚度最小。计算表明：在达到同样隔热效果条件下，50毫米厚的PU硬泡，相当于80毫米厚的EPS/XPS；90毫米厚的岩棉、矿物棉和760毫米厚的混凝土结构。其节能效果明显优于其它保温材料。（2）力学性能优良5强度是衡量外墙外保温系统很重要的力学性指标，其大小直接决定外墙饰面系统的抗风压、抗冲击、抗应变、抗自重能力，是评估外墙保温系统安全性能最重要、最直接的性能指标。喷涂PU硬泡与基层墙体表面粘结牢固，具有优良的自粘结强度，能在较宽温度范围和较高湿度条件下抵御承受风力、自重及撞击等各种负载，确保PU保温层与基层不产生起鼓分离、不产生开裂。这是喷涂PU硬泡外保温系统的质量安全性较聚苯板（EPS）、挤塑板（XPS）和酚醛板等外保温系统具有明显优势的一个重要指标。（3）防水性能优良PU硬泡呈闭孔结构，闭孔率高达95%以上，具有优良的防水、隔气性能，吸水率又很低，能有效阻隔水及水蒸汽渗透，可使墙体保持一个良好的稳定的隔热状态，这是目前其它保温材料难以实现的。（4）耐温性能优良PU保温材料能经受国内当地最严酷的高、低温气候及其变化，无论是高温还是严寒或是外墙表面温度突然变化，都不会使外保温体系产生不可逆的损害和变形，从而确保其安全性。而EPS和XPS在外墙表面温度74℃时出现软化，其强度降低，影响其质量安全性。（5）应用面广一般民用建筑中，墙体和门窗占能耗的80%以上。其能耗比例：墙体热损失40%，门窗热损失40%，屋面热损失12%，地面热损失5%。PU保温材料在墙体、屋面保温中已得到广泛应用。PU玻纤材料可用于门窗隔热材料，其导热系数比铝合金低几十倍。毫无疑问，在建筑结构中其应用面之广、节能效果贡献率之高，是目前任何保温材料无法与其相比的。（6）产品形式多样PU保温材料形式多样，目前主要有喷涂、浇注、板材包括不锈钢与铝材夹芯板材和水泥等无机材料复合板材、各种石材板材、以及木材夹芯板材等。其产品形式多样，也是目前任何保温材料无法与之相比的。3.2PU硬泡保温材料在绿色建筑中应用状况3.2.1阻燃A级热固性PU/无机复合保温材料呈现跨越式发展自2011年公安部消防局颁布了65号文件以来，国内保温材料市场情况是无机保温材料因导热系数高、保温性能差，在国内寒冷和炎热地区无法达到65%节能指标性能要求。而单纯有机保温材料目前技术状态下无法达到阻燃A级要求。在此背景下，一年来国内开发成了以B1（或B2）级聚氨酯为芯材、面层为A级无机材料的复合保温材料。该复合材料6优点如下：（1）保温性能和防火安全性能兼优：该材料导热系数为0.020~0.024W/m.k，防火安全性能达到A级。（2）轻质：面层采用了耐碱水泥基玻纤网格布或聚丙烯类无纺布，此种复合材料具有轻质效果。（3）现场施工方便：该材料工厂化生产，现场施工方便，施工效率高。（4）外保温体系质量安全性高：该复合材料与水泥砂浆保温层之间的相容性好、粘接强度大、粘结层无缝隙，确保体系长期保持优良的保温和安全性能。（5）现场防火安全性高：由于该材料面层为阻燃A级材料，即使有意外火源落入，也不会引起材料点燃。纵观世界外保温材料发展历程不难看出，始终将有机材料的隔热保温性能放在首位。对保温材料而言，有机保温材料为主体这已是不争事实。一般情况下，有机保温材料保温性好，但防火安全性能不足。无机保温材料防火性能好，但保温性能不足。笔者在一年前提出了将有机材料与无机材料结合在一起构成的复合材料，是外墙保温材料未来发展方向。其中聚氨酯硬泡保温材料与无机保温材料构成的复合材料是目前最理想的保温材料。一年来，此种PU复合保温材料生产线似雨后春笋般迅速发展。据初步了解，目前已有300~400条生产线，年产能已达到3亿~4亿平方米。该复合材料