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超低能耗房屋---未來房屋節能設計--耗能只有傳統房屋10% [複製鏈接]

hueijan

新手上路

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發表於 2014-10-16 04:45:01 |只看該作者.....

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超低能耗房屋（Passive house，也有人譯為被動式房屋）首先是一位德國專家沃夫岡費士特（Wolfgang Feist）在1988年提出來的理念，這類房屋不主動採用中央空調或外來熱電進行取暖或製冷。主要的理念是使熱量的傳遞、對流和幅射在整座建築設計上更為合理，尤其是使用超厚高效保溫材料，加上三層隔離窗、自動通風、熱回收系統等配置結合，能最大限度地降低能耗，使屋內始終處於冬暖夏涼的恒溫恒濕和新鮮空氣的舒適環境中。符合超低能耗房屋的標準是：每年每平方米低於15kwh，僅是一般傳統房屋的10%，能耗極低。因此未來建築節能的奮鬥目標應是超低能耗房屋。
世界上第一批超低能耗（被動式）房屋建於1990年，是位於德國達姆施塔特（Darmstadt）的四排連體房屋. 沃夫岡費士特隨後于1996年建立了達姆施塔特超低能耗房屋研究所，到2010年世界上已建成約25000棟房屋，主要分佈於德國、奧地利和歐洲其他國家。美國於2003年才建成第一座超低能耗房屋。而世界上第一棟舊房改造成超低能耗房屋位於愛爾蘭，建成於2005年並獲得認證許可。而美國第一棟約240平方米舊房改造成的超低能耗房屋位於加州，在2010年7月建成並獲得認證。 2010年上海世博會裡有座德國的專業館，叫做漢堡之家，就是一座運用最新超低能耗房屋設計、採用高效超厚保溫材料與環保技術建成的綠色建築。這種建築隔熱性能極好，能耗極低，能源不需依賴外部蒸汽或電力供應，冬天僅用太陽能或地下熱源以及居住者的體溫即可保暖。據漢堡之家的建築師聲稱德國已在2010年秋季建成現代化的超低能耗高層建築—德意志銀行。　　近年來我國朗詩等地產商通過運用大量超低能耗（被動式節能）技術，大大降低建築能源消耗，綜合保溫性能4倍于普通的節能住宅，業主為此每年將節約下大量的能源開銷費用。
超厚高效的牆體保溫材料　　
超低能耗房屋只有依靠超厚高效的牆體保溫材料才能實現隔絕熱量，無機保溫材料早在十年前因生產過程耗能高、導熱係數大、吸濕性高、節能效果差、以及對人體皮膚刺激和易致矽肺等原因，無法充當建築節能65％的主體保溫材料而被淘汰出市場，以後十多年來在建設部門的推動下採用節能效果更好的膨脹聚苯乙烯泡沫（EPS）、擠塑聚苯乙烯泡沫(XPS)、聚氨酯泡沫（PU），用於薄抹灰外牆外保溫系統，對多層和高層建築群進行大規模節能改造，這三種保溫材料雖然能夠達到節能65％，但火災隱患卻大大增加了。　　
EPS、XPS、PU均屬有機保溫材料，最大的優點是質輕、保溫、隔熱性好，最大的缺點是防火、安全性差，易老化、易燃燒。燃燒時煙霧大、毒性大。特別是EPS泡沫、XPS泡沫，耐火性極差，在80℃以上就軟化變形熔融滴落。正因為此，在歐美等發達國家，對重要建築、高層建築進行外牆保溫，一般都要求對保溫系統和絕熱材料作燃燒性能及耐火極限試驗，且分為若干等級。不同等級的系統和材料適用不同範圍的建築防火要求。到目前為止，EPS板薄抹灰外牆保溫系統由於涉及嚴重防火問題，在美國有20多個州禁止使用；在英國，18米以上建築不允許使用EPS板薄抹灰外牆保溫系統；在德國，22米以上建築不允許使用EPS板薄抹灰外牆保溫系統。　　
實際上，2009年2月9日發生的央視大火，就已經暴露出了外牆保溫材料的易燃問題。當時央視大樓使用的外牆保溫材料是XPS，它遇火熔化後會產生滴落物，滴落物會由下向上形成煙囪效應引發更嚴重的立體式燃燒，並迅速蔓延到整個大樓。因此易燃外牆保溫材料的高層建築一旦著火幾乎不可撲救，如2011年2月3日瀋陽第一高樓萬鑫酒店的大火從10層燒到37層總共才不到5分鐘，因此由EPS、XPS保溫材料引發的火災蔓延極快。而PU雖然是熱固性材料，遇火不會熔化滴落，但PU著火後煙霧毒性更大。根據對2010年11月15日上海膠州路火災事故分析，90％以上人員的傷亡，主要由於PU在燃燒過程中釋放出大量含有氰化氫等劇毒煙氣造成的。火災中PU材料燒起來黑煙彌漫，大部分遇難群眾都是吸了兩口煙氣就立即死亡。上海火災發生後，公安部消防局副局長朱力平公開表示: 從更多火災來看，聚氨酯泡沫等易燃裝修材料已經成為當前火災中群眾遇難的罪魁禍首。不解決中國建築節能保溫技術系統中的泡沫保溫材料防火安全，以及整個建築保溫防火安全問題，中國諸多建築節能工程將留給後人無法回避的建築火災大隱患。一位有著30年滅火經驗的消防局人士說：“如果不在材料上杜絕隱患，一定會再出現上海膠州路大火這樣的悲劇。
第三代保溫材料　　
20世紀80年代，國外科學家通過對酚醛樹脂及其製品進行研究，發現它們具有突出的難燃、無煙、無毒特性(Fireproof, Smokeless, Toxicity free, 簡稱FST特性)。製成的酚醛泡沫（Phenolic Foam，簡稱PF）的難燃程度是PS和PU所遠遠不及的。厚僅30mm的PF平板經受1700℃火焰噴射10分鐘後，僅表面略有炭化卻燒不穿，既不著火也不散發濃煙和毒氣。　　
20世紀90年代以來，包括PF在內的酚醛複合材料得到很大發展，首先受到英、美等國家軍方重視，將其用於航太航空、國防軍工領域中。例如波音飛機的艙壁夾層中就是用PF保溫，艙外在一萬多米高空時氣溫約零下50℃，由於用了PF保溫，能保證艙內乘客處於舒適安全的環境中。後來PF又被應用於船舶、車站、油井等防火要求嚴格的場所，並逐步推向醫院、體育設施和大樓住房等公共與民用建築領域。　　
PF由於導熱係數低，相比傳統的保溫材料如岩礦棉、玻璃棉及膨脹珍珠岩等，其節能保溫性能高約一倍。人們公認其節能保溫性能居於所有保溫材料之首，也有人稱其為”保溫之王”或“第三代保溫材料”。
國外PF外牆外保溫應用實例　　
近年來作者在參加國際會議、考察或技術交流期間對PF也做了調查研究，以下就歐、美、日幾傢俱有代表性的PF生產廠商的產品和應用作一介紹。　　
（1）英國金斯潘（Kingspan）公司是世界上最大的PF生產廠家之一。它的PF商標名Kooltherm, 根據用途不同分成10個牌號。其中K5 EWB是外牆外保溫專用泡沫板，1980年金斯潘公司就開始進行外牆外保溫的應用, 據稱該公司目前每月向客戶提供K5 EWB 約15萬平方米[。　　
中國PF行業在2011年7月組成考察團參觀了曼徹斯特的湖濱開發區四棟公寓大廈（見圖3），該公寓於1961年建成，2006年進行保溫改造。金斯潘公司提供了 K5 EWB泡沫板，這是既有高層建築舊房改造工程的典型成功案例。考察團又在倫敦郊區Hamlets參觀了一處高層建築舊房改造工地，三棟住宅高樓正好處於改造前、改造後和改造中的情景，讓人一目了然。考察團還參觀了倫敦市區在建高層新樓房現場（見圖4），讓大家親眼目睹了PF保溫系統施工全過程。圖3 曼徹斯特高層建築舊房改造　　　　　　圖4 倫敦在建高層新樓房　　
值得一提的是考察團訪問了位於Watford知名的BRE (Building Research Establishment)創新園區, 英國建築界在那裡用最新設計理念和材料建成的超低能耗（被動式）房屋和綠色生態環境，園區裡有十多棟樣版房被BRE評為可持續性綠色安全建築而獲獎。其中一棟綠白相間的三層樓房引起大家的注意，它的外牆和屋頂都是用超厚金斯潘酚醛泡沫做保溫材料，使其達到零碳生態建築標準，獲得了2007年英國住房大獎。這種被人們稱為“21世紀未來綠色之家”的生態房屋設計，已推廣到歐洲大陸。　　
在中英雙方會議交流中，多次提到建築消防安全設計和防火標準規範問題，英方介紹了金斯潘酚醛泡沫都能達到BS 476-6和BS 476-7等英國標準燃燒等級中的零級要求。英方對於我國近年來發生的幾次高層建築大火也有所聞，在英國規定18米以上的建築不准用EPS等易燃或可燃材料，對中國十多年來使用易燃或可燃材料於高層建築中表示不可理解。他們認為PF能通過BS 8414就可用於任何高層建築，它的保證使用期為30年，自然壽命60年。目前PF在民用和公共建築中應用已占首位（60%）。　　我們通過這次考察，瞭解到近年在英國政府部門的大力支持和推動下，用於建築牆體上的PF以每年50 %的增長速度得到很大發展。學習英國先進技術，特別是英國的外牆外保溫系統施工技術和標準規範更先進更合理，值得我們學習和借鑒。“他山之石，可以攻玉”，我們相信我國PF行業在政府部門的大力支持和推動下也會得到很大發展。　
　(2) 英國普瑪洛克(PermaRock)製品公司是一家以生產PF及礦棉等外牆保溫板的知名廠家。普瑪洛克製造的PF保溫板的尺寸為900-1200mm x600mm，最厚不超過100mm。導熱係數為0.018W/mK，防火性能達到BS476-7的class 0。該公司經多年來的開發研究，按照英國標準制定並實施了一套完整成熟的施工應用技術體系規範，在90年代就成功地將PF保溫板應用在磚石或混凝土牆面上，而且無論新的或既有的建築、高層或低層建築都可應用。經過檢測試驗和評審，有關建設部門在1997年2月授予了該公司“普瑪洛克酚醛外牆保溫系統”應用許可證。　
(3) 美國西碧(C.P.)化學公司建立於1966年，多年來主要從事於酚醛樹脂、表面活性劑、催化劑及相關發泡設備的生產銷售和研究開發。30多年來該公司致力於開發一種名為Tripolymer的PF，1975年得到了美國能源部的支持和認可，經過三年來的深入研究和試驗，成功地將它推出市場。如今公司在美國國內已有8個生產廠，在英國、德國和澳大利亞也建立了工廠。36年來已在新建或既有的民用和商用建築上共裝配了3.9億平方英尺的Tripolymer。據稱在911事件中被毀的紐約世界貿易中心也曾用它作為牆體保溫材料。此外，在美國各地的沃爾瑪(Wal-Mart)大超市、萬豪（Marriott）大酒店和會議中心等知名建築中都曾用過。值得一提的是在25年前用於水泥砌塊中的Tripolymer至今仍無損壞現象。　　近年來西碧公司又開發了一種直接將發泡漿料通過噴槍現場噴注到空心磚或中空水泥砌塊中的專利技術，發泡漿料是改性酚醛樹脂共聚物與固化劑的雙組份Tripolymer予聚體。　　由於Tripolymer具有最好的防火性和隔音性，所以它已廣泛用於學校、醫院和民宅。通過美國標準<燃燒級別測試準則>（ASTM E-119），證明沒有其它能現場噴注的有機泡沫可達到Tripolymer優良防火性能。　
　(4) 日本旭化成(Asahi)建材公司為了保護地球環境和改善居住環境，多年來對PF保溫材料進行了深入研究開發。近年來該公司推出了商標名為新曙光（Neoma）的PF新產品[10]。在生產過程中，發泡劑採用碳氫化合物代替會破壞臭氧層的CFC、HCFC，從而保護了地球環境。新曙光PF保溫板已通過了日本、中國和英國的防火等各項試驗，由於達到了日本標準<燃燒性>的技術指標（JIS D1201）, 得到了日本不燃材料認定證書（證書號：NM-0315）, 並且獲得了日本經濟產業廳和環境廳的節能和環保大獎。　　以下圖5顯示新曙光由直徑不到100微米的微小氣泡構成，而XPS和PU的氣泡要大得多圖5 新曙光與XPS、PU泡孔微觀結構　　　
作者在2011年9月訪問了旭化成公司東京總部，據稱新曙光PF保溫板已在木結構房屋牆體上佔有日本市場的二分之一。該公司正在大力推廣在外牆、屋面、天花板、地板和隔牆等保溫應用，並已制定了相應的施工技術規範。該公司為了改善了人們健康、舒適、安全的居住環境，提出了新曙光將成為新世紀新型高性能保溫材料。　　
節能的建築首先它的前提是安全，離開安全，建築也就失去了存在的意義。只有杜絕了可燃、易燃、危險的保溫材料在建築牆體上使用，才能從源頭上遏制重大火災事故的發生，PF作為牆體保溫材料，不失為減免火災和降低火災危害的最有效辦法。我們深信：不久的將來，新一代保溫材料酚醛泡沫一定能成為建築節能的主力軍。我們更期待PF能在超低能耗高層建築中做出更大的貢獻。

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