建筑用真空绝热板在超高层建筑中的使用要求

建筑用真空绝热板在超高层建筑中的应用摘要:基于国内外外墙保温材料的应用现状，探讨建筑用真空绝热板在超高层建筑中的应用。为建筑用真空绝热板的推广应用提供参考。关键词:建筑用真空绝热板;超高层建筑超高层建筑是现代工业化、商业化和城市化的必然结果,在土地资源十分宝贵的城市，尤其是我国人口众多、居住面积少，人口增加与土地资源的稀缺矛盾依然很突出，超高层的建筑发展的社会需求很迫切；经济发展与科学进步为超高层建筑发展提供了坚实的物质基础。在市场应用中，由于超高层建筑的集约化、垂直发展、形象突出等特点，经常作为地标性建筑应用，特别是在商业非常密集的地区，超高层建筑可以充分展现自己的优势和特点，被打造成城市的标杆。在高度不断增加的同时，超高层建筑还呈现出综合化、异形化、生态化和智能化的发展趋势。但是，超高层建筑体形庞大，如容积率过高，相邻建筑互相遮挡、不通透，形成大面积阴影区，城市人居环境质量下降。除此之外，近些年在某些城市建高层建筑已成风气，设计者往往贪大求高，大部分精力放在追求立面形式和使用功能上，而往往忽略生态环境的保护、建筑设计节能意识淡薄，造成高能耗、低效益，影响常年使用，浪费巨大。导致超高层建筑的节能设计与施工存在较多问题。1、我国目前超高层建筑节能设计面临的问题目前，我国对超高层建筑工程所探讨的关键技术问题多是结构的安全，对于超高层建筑的节能问题研究和技术投入不够。1.1依据国内建筑的节能设计能力而言，大多数设计单位所掌握的用以优化建筑围护结构的建筑能耗模拟软件，都不能反映气象参数沿高度的变化规律，也不能反映建筑围护结构沿高度变化表面热交换能力的差别，这就势必无法准确计算建筑物的能量消耗，更无从谈及科学、合理的设计建筑物制冷、空调、配电等一系列设备系统。1.2建筑节能设计标准所能约束的节能技术还不能够完全适用于超高层建筑，在现行建筑节能设计标准中涉及到的遮阳、通风等技术的规定，对超高层建筑无法适用，标准规定的建筑能耗的权衡判断方法也是基于建筑物全楼整体建模的一种评价方法，受目前能耗模拟工具的计算能力所限，超高层建筑中的计算对象（如房间数量）规模远远超出了软件的计算能力。从根本上来说，超高层建筑的节能设计问题，实质上是一个在技术上超出了现行国家标准《公共建筑节能设计标准》所能控制的新技术问题，如果草率的执行现行标准，则工程设计的技术依据显然不足。1.3超高层建筑的节能设计仅仅局限于当前建筑节能65%（局部地区75%）的目标，不符合国家长远发展要求，经根据当地的技术能力，结合国家建筑节能中长期发展规划确定出工程的实际节能目标，只有以此为前提做出节能设计才能体现行业进步，否则，如此重大的工程，在投入使用后不远的将来，必然会面临国家节能规划目标的提高而沦为高耗能建筑。除了以上情况之外，传统保温材料由于本身的材料特性，已经无法满足超高层建筑节能设计的要求，基于此，超高层建筑保温材料的选择，已经成了行业公认的难题。2、建筑用真空绝热板的诞生及发展真空绝热保温现象的发现于上世纪五十年代，已有六十余年的历史。VIP的概念首先是由美国NASA在四十多年前提出并进行设计的,其产品真空绝热板（VacuumInsulationPanel，以下简称VIP）是以气相二氧化硅(fumedsilica)做为芯材，其隔热性能好、寿命长，综合性能好,但生产工艺复杂,重量大。到七十年代发明了以开孔泡沫塑料为芯材的VIP。90年代,发展了以开孔聚苯乙烯和聚氨酯泡沫为芯材的VIP。到目前为止，VIP板的应用范围已比较广泛,已经应用到冰箱、冷库、冷藏集装箱、医用保温箱等领域。上个世纪末，在少数发达国家，VIP板也已开始在建筑领域的应用。图一工业用真空绝热板青岛科瑞新型环保材料有限公司在05年开始进行真空绝热板的研究，在国外真空绝热板的基础上对其进行研发改进，使其可广泛的应用作建筑保温材料，并自主命名为STP真空绝热板（简称STP板）。图二新型STP真空绝热板（VIPB）是目前国内建筑用真空绝热板（VIPB）产能最大、技术含量最高、同时也是应用最广泛的品牌种类。STP真空绝热板是一种新型的高效建筑保温材料，具有高效的保温隔热性能，导热系数≤0.008w∕m·k，是传统保温材料的1/3~1/5，防火性能达到A级。STP真空绝热板主要有三部组成（见图三）：芯材、高阻气膜、气体吸附材料。图三STP真空绝热板基本结构示意图这种材料的问世，解决了由于随着节能要求的不断提高而带来的传统保温材料过厚的问题，同时也解决了由于传统保温材料防火等级达不到要求而带来的在施工和使用过程中的安全隐患问题.3、建筑用真空绝热板在超高层建筑工程中的应用3.1外墙保温系统由于保温材料、砂浆、砖墙或砼的材性不同从而导致了材料的温变性能差异,在外界温差的作用下,材料产生的温度应力大小不同、温度应变不等,不同材料层之间产生温度应变而发生开裂、脱落等。建筑用真空绝热板尺寸规格有600*400,600*300或更小的尺寸，普遍比其他材料（例如岩棉板一般是1200*600）小的多，粘贴到墙面后，墙面出现应力集中的可能性和程度都小很多。3.2建筑用真空绝热板由于其较小的尺寸，粘贴时采用满粘的做法，粘贴面积不小于80%，其他材料如岩棉板一般采用点框粘，粘贴面积为40%，从粘贴效果来看，建筑用真空绝热板粘贴的牢固度要好于其他传统保温材料。图四岩棉板点框粘图五真空绝热板满粘3.3建筑用真空绝热板由于其较小的尺寸，粘贴时采用满粘的做法，施工完毕后，板内侧不会出现空腔结构，负风压对粘贴效果的影响很小。而岩棉板等材料粘贴完毕后，由于存在内侧空腔的原因。导致因负风压影响而脱落的情况非常普遍。3.4建筑用真空绝热板导热系数低，常规产品的导热系数λ为0.008W/(m·K)，因此，节能设计时，可采用非常薄的厚度。北京地区75%节能条件下，采用建筑用真空绝热板时，需要的板厚一般23mm左右，即可满足要求。其竖向荷载的力臂为11.5mm，而岩棉板材料一般不能小于100mm，竖向荷载力臂为50mm.从受力角度来看，采用建筑用真空绝热板较为安全。3.5建筑用真空绝热板质量轻，适用于超高层建筑工程对保温材料的竖向荷载要求，同样和岩棉板对比，以北京地区为例，75%节能要求，岩棉保温板一般不能小于100mm，单位面积质量不小于16Kg/㎡，采用建筑用真空绝热板时，需要的板厚一般不小于23mm容重在350Kg/m³左右，单位面积质量不大于8.5Kg/㎡。3.6为了提高保温系统在高层建筑中应用的可靠性，建筑用真空绝热板在超高层建筑中应用，应采用粘锚结合的方式进行施工，除粘贴应采用满粘方式之外，还应采用锚栓进行锚固。图六锚固件粘锚结合的施工工艺在外墙保温体系中是非常普遍的，随着节能标准的提高，北方部分省、市、自治区逐步开始施行75%节能，传统材料选用的厚度大大增加，粘锚结合工艺已经不能满足使用要求。以岩棉板为例，寒冷地区75%节能是要求下，厚度一般不小于100mm，粘锚结合施工完毕后，由于岩棉板压缩强度≥40kPa，受力后变形较大，无法使锚栓和粘接层协同作用，无法充分发挥锚栓抗拉拔的性能。当工程采用建筑用真空绝热板时，其压缩强度≥150kPa，板厚仅为23mm,可以很好的协同作用，锚栓可以充分发挥拉拔力。综上所述，现阶段我国超高层建筑节能保温设计存在大量缺陷，因此提高能耗模拟工具的计算能力，能够准确测算建筑物的能量消耗已经是急需解决的问题。另外，还存在着保温材料研发滞后问题。随着节能标准的提高以及新的防火设计规范的出台，可选择的保温体系仅为有限的几种。所以真空绝热板保温系统以其出色的安全性，优秀的保温性能，必将在国内的建筑保温市场大显身手。目前，青岛科瑞公司凭借新型STP真空绝热板的特性和优势，在国内已经获取了20多个省、自治区、直辖市等的备案认证工作，在国内已有约1000万的保温面积的工程案例实践经验。STP真空绝热板这种优异的保温隔热材料，现在被广泛的应用于建筑保温领域，可以用来做各种民用建筑的外墙的外保温、外墙内保温、屋面保温及楼地面的保温。青岛科瑞公司作为主编单位，参与编写了行业产品标准《建筑用真空绝热板》JG/T438-2014，该标准已于2014年12月1日正式实施，与其相对应的行业标准《建筑用真空绝热板工程技术规程》也将于2015年12月发布实施，青岛科瑞公司的种种努力，不仅保证了真空绝热板产品在国内领头羊的主导地位，同时，也填补了国内在高性能保温板研究和应用方面的空白，所开发新型STP板产品适应市场需求，打破了困扰目前建筑保温材料发展的瓶颈，扩大了真空绝热板应用空间，在国际上首先进入产业化生产，为进一步推动国内的建筑节能工作意义重大，也将为国家的节能保温事业贡献力量。