passivehouse.kcpc.com.cn 主办：住房和城乡建设部科技与产业化发展中心
1 前言
我国在1986年开始实施建筑节能以来，人们已对建筑节能的重要性有所理解和重视，建筑节能是我国能源法的基本国策。我国建筑能耗约占全国总能耗的30%以上，预计到2020年，房屋在建造和使用过程中的能耗将占社会总能耗的40%。建筑节能是缓解我国能源紧缺矛盾、改善环保条件、减轻环境污染、促进经济持续发展的一项系统工程，其中房屋隔热是这一系统工程中的重要一环。
保温材料是推广建筑节能的重要建筑材料之一，一般说来分成三类：即无机、有机和复合保温材料。开始是以岩棉、玻璃棉、膨胀珍珠岩、发泡混凝土、泡沫玻璃等无机类保温材料。随着节能标准的提高，从节能30%、50%逐步提高到65%、75%，由于无机保温材料的导热系数较高，隔热效果不够好，不能满足较高的节能标准，再加上吸水性大、在使用期间保温效果会逐年下降，因施工人员吸入粉尘和皮肤刺激有害健康等原因，逐渐被限制使用。21世纪以来，导热系数低、隔热效果好的有机保温材料逐渐被人们重视起来，聚苯乙烯泡沫（Polystyrene简称PS，有EPS、XPS两类）和聚氨酯泡沫（Polyurethane简称PU）逐渐成为建筑保温材料的主角。特别是EPS、XPS质轻价廉，更受房产开发商的青睐，销售量占保温材料总量的80%，位居第一。
从2005年开始，因有机保温材料被引燃而发生的火灾越来越多。2009年央视新址在建文化中心大楼（EPS引燃）、2010年上海胶州路教师公寓（PU引燃）和2011年沈阳皇朝万鑫大厦（XPS引燃）三起特大火灾，共造成了59人死亡和近十亿元财产损失，引起了巨大的社会反响，保温材料的防火安全问题已成为舆论焦点。人们迫切期待既能防火，隔热性能更优的新一代保温材料的出现。
2 防火绝热兼优的酚醛泡沫保温材料
20世纪80年代，国外科学家通过对酚醛树脂及其制品研究，发现它们具有突出的难燃、低烟、低毒特性和优异的绝热性。20世纪90年代以来包括酚醛泡沫（简称PF）在内的酚醛复合材料得到很大发展，首先得到英、美等国军方重视，将其用于航天航空、国防军工领域，后又被用于船舶、车站、油井等防火要求严格的场所，并逐步推向建筑、医院、体育场所等领域。
2.1 PF的防火性能
PF的难燃程度是目前广泛使用的PS和PU所远远不及的，属于国家标准GB8624中的难燃（B1）级。厚仅30mm的PF裸板经受1700℃火焰喷射10分钟，仅表面略有炭化却烧不穿，既不会着火也不会散发浓烟和毒气。如图1所示，在板的另一面温度不超过50℃，即使举板人的脸部紧贴板面也不会受到伤害。
2.2 保温材料绝热性能比较
建筑保温材料导热系数越小所用厚度越薄，见表1。酚醛泡沫保温层厚度比无机保温材料薄一半或以上。我国实施65%节能标准后，各地区以往按50%节能标准实施的保温层厚度都相应要增加30%以上。但因为保温层厚度增加，不仅会导致施工周期延长、工程造价上升、建筑物外饰造型风格多样化受到限制，更重要的是保温层过厚，其表面粘贴面砖或涂饰涂料发生裂缝的可能性也会增加，如图2所示。
图1 PF泡沫板经受1700℃火焰喷射10分钟
表1 各种保温材料绝热性能比较
图2 用于相同直径管道，PF泡沫保温层厚度比，无机保温层要薄一半
2.3 我国酚醛泡沫的研发历程
国内酚醛泡沫的研究开始于上世纪80年代末90年代初，北京化工大学酚醛课题组在1982年申报化工部立题酚醛泡沫进行研究试制，项目完成后通过了部级鉴定。上世纪90年代我国香港地区已从英国进口大量PF泡沫用于100多幢大楼中央空调系统风管的保温。在香港房地产商的推荐下，内地于1996年在上海浦东锦江大厦首次采用了PF泡沫做空调保温材料。上海尖端工程材料有限公司成立于1995年，专业从事酚醛泡沫研发和生产，经过不懈努力于1996年首先在国内生产出PF泡沫保温材料，产品通过了上海市科学技术委员会的新产品技术鉴定并获得了《难燃级酚醛泡沫绝热材料》项目科技成果完成者证书。当时上海外滩知名景观汇丰银行大厦正在进行装修改造，楼内空调风管就是用该公司生产的PF泡沫保温材料，改造后更名为上海浦东发展银行，如图3、图4所示。
图3 上海汇丰银行
图4 中央空调保温风管
3 超低能耗建筑
超低能耗建筑首先是德国被动房研究所所长Wolfgang Feist提出来的概念，这类房屋不用国家电网电源或热电站热源来取暖或制冷，这类房屋被称为无源（不需外来电源、热源）房——Passive House（被动房）。主要的理念是使热量的传递、对流和辐射在整座建筑设计上更为合理，尤其是使用超厚高效保温材料、三层隔离窗、自动通风热回收系统和自建太阳能集热、地源热交换泵的配置结合，可最大限度地降低能耗，使屋内始终处于冬暖夏凉的恒温恒湿和新鲜空气的舒适环境中，如图5所示。
图5 超低能耗房屋保温系统设计
近年来超低能耗建筑已在全球范围包括中国在内推广普及，我国住房和城乡建设部与德国能源署建立了在国内推广建设超低能耗建筑的合作关系。实践证明，在我国已建成的超低能耗房屋，居住环境有了明显的改善，建筑能耗显著降低，因此技术上可行。超低能耗房屋不仅是建筑节能的必然趋势，而且是建筑发展的必然趋势。
3.1 超低能耗标准
在欧洲已制定了新建或既有建筑符合超低能耗的标准，即每年加热或制冷所需能源消耗不超过15kwh/m2,只有普通房屋平均年能耗的十分之一。图6是建筑能耗的红外热成像图，可见右栋的超低能耗房屋显然要比左栋的普通房屋的热量损失低得多。
3.2 国外PF保温材料开发应用案例及近年发展情况
3.2.1 英国金斯潘保温材料公司（Kingspan Insulation）
Kingspan以其领先的技术，将其产品Kooltherm K5 EWB厚度为180mm的PF泡沫板用于砖石结构建筑外墙外保温工程。这是一栋超低能耗房屋设计，首次获得英国《Barratt绿色房屋》规范六级，即零碳生活标准。它的外墙围护U值为0.10W/m·K，防火性能达到BS476-7的class0。
图6 测定建筑能耗的红外热成像
据今年3月报道，Kingspan为了满足北欧建筑市场对PF保温材料的需求，正在瑞典建设KoolthermPF泡沫保温板新厂，该厂将于2019年下半年建成投产，定员为80人。
3.2.2 英国普玛洛克(PermaRock)制品公司
PermaRock是一家以生产PF及矿棉等外墙保温板的知名厂家。PermaRock制造的PF保温板的尺寸为（900~1200）mmx600mm，最厚不超过100mm。导热系数为0.018W/m.K，防火性能达到BS476-7的class0。该公司经多年来的开发研究，按照英国标准制定并实施了一套完整成熟的施工应用技术体系规范，在上世纪90年代就成功地将PF保温板应用在砖石或混凝土墙面上，而且无论新的或既有的建筑、高层或低层建筑都可应用。经过检测试验和评审，有关建设部门在1997年2月授予了该公司“普玛洛克酚醛外墙保温系统”应用许可证。据PermaRock宣称，PF保温板经久耐用，在产品说明书标明使用寿命为30年，实际上与建筑生命周期几乎同寿命。普玛洛克酚醛外保温系统试验结果见表2。
3.2.3 英国Angritemp工业保温材料有限公司
Angritemp原是英国一家生产聚氨酯、工业涂料、聚合物、硅酸钙、泡沫玻璃保温材料的公司，因近年PF保温材料在欧洲市场产销两旺，近年也利用公司的工艺技术及设备等有利条件，开发生产酚醛树脂和泡沫。该公司PF保温材料为立体大块状泡沫，管状或板状可用数码仿型切割机量身裁制，适用于大中型深冷或高温储罐管道及空调风管等保温。产品商标为“Nu-Phen”,产品技术指标见表3。
表2 普玛洛克酚醛外保温系统试验结果
表3 Nu-Phen保温材料技术指标
3.2.4 日本旭化成(Asahi)建材公司
日本旭化成(Asahi)建材公司多年来对PF保温材料进行了深入研究开发，推出了商标名为新曙光（Neoma）的PF新产品。新曙光PF保温板已通过了日本、中国和英国的防火等各项试验，达到了日本标准JISD1201《燃烧性》的技术指标,得到了日本不燃材料认定证书,并且获得了日本经济产业厅和环境厅的节能和环保大奖。据报道，旭化成建材在2014年又投入40亿日元扩大茨城县境町的新曙光工厂，使总产能提高到原来的1.8倍。
据称新曙光PF保温板已在木结构房屋墙体上占有日本市场的二分之一。该公司正在大力推广在外墙、屋面、天花板、地板和隔墙等保温应用，并已制定了相应的施工技术规范。该公司为了改善了人们健康、舒适、安全的居住环境，提出了Neoma将成为新世纪新型高性能保温材料，可适用于超低能耗建筑。图7显示既节能又防火，他们有信心到2018年达到原订销售计划。
4 结论
综上所述，建筑节能对节约能源和国家可持续发展起到至关重要的作用，为了摆脱对化石能源的依赖和人们对房屋居住舒适环境和安全性要求，建筑节能已经向超低能耗甚至零能耗方向迈进。国外酚醛树脂及其泡沫复合材料多年来在航空航天领域发挥重大作用，飞机在一万米高空飞行，机外是零下50℃，而机舱内恒温恒湿，PF的防火绝热性能保证了旅客的安全和舒适性。PF泡沫在建筑节能中也发挥出较大作用，我们从未听说建筑火灾是PF保温材料引燃的实例，它的节能效果也是最大的。我们深信PF泡沫今后在建筑节能的发展中会起到更重要的作用。
参考文献
[1]Yichu Yin.Fireproof Phenolic Foam in Building Applications [J]. Micromaterials and Nanomaterials .Berlin.2009(11):116-121.
[2]Yichu Yin, Xiaotian Pan.Future in Phenolic Composites and Applications. 3rd International Symposium on Network Polymers(Proceedings). Toyahashi, Japan. 2011:12-13.
[3]殷宜初.新型防火节能轻质墙体材料——酚醛泡沫彩钢夹心板.保温材料与节能技术.2010(2):1-4.
[4]殷宜初.防火节能兼优的墙体保温材料——酚醛泡沫.全国建筑外墙外保温工程防火技术研讨会论文集.2011.3.18成都.5-10.
[5]殷宜初.酚醛泡沫在墙体保温中的应用.城市住宅.2011,(7):106-107.
[6]殷宜初.超低能耗房屋与酚醛泡沫防火保温材料.第二届全国建筑外墙保温工程防火安全技术研讨会.2012.5.16.
[7]殷宜初.防火隔热酚醛泡沫在推动绿色建筑行动中的发展动向.第二届绿色建材与建筑节能高峰论坛.2016.6.23.
[8]Kooltherm. Kingspan Insulation Ltd. Technical Information.2010.
[9] Neoma. Asahi KASEI. Technical Information. 2011
作者
上海市合成树脂研究所 殷宜初
北京京卫瑞源科技有限公司 刘洪瑞
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