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  • 辐射供暖供冷绝热材料常见质量问题分析

  • 来源:  发布时间:2015-10-12 16:06:00  浏览:613
  • 摘 要 辐射供暖供冷用绝热材料是整个系统中长期被忽视的领域。劣质绝热材料对系统能耗影响较大,甚至会影响到整个系统的安全运行。

    本文就辐射供暖供冷领域国内常用绝热材料的质量问题进行了初步分析。

    关键字  EPS;XPS;发泡水泥;绝热材料

     

    前言

    在辐射供暖供冷系统中,绝热材料属于辅材类,且为隐蔽工程材料,施工企业传统上不会多加重视。

    在整个绝热材料工业体系中,辐射供暖供冷用材占比不到千分之一,绝热材料行业对这块小众市场不会多加关注,研发投入少,相关技术资料欠缺。

    绝热材料对辐射供暖体系的节能效果,特别在南方分户采暖中,具有直接的影响作用。在能源价格不断上涨,终端业主节能环保意识强烈,社会整体意识更加重视低碳节能的今天,通过提高绝热材料的质量改善来提升系统整体的节能性,意义重大。

    传统上的绝热材料行业属于建筑用材的一个分支,国内产品普遍存在行业集中度低,企业规模小,产品质量不稳定等缺点,质量问题极为突出。

    在某国内一线城市的材料检查中,产品不合格率达30%以上。这些建筑绝热用材的质量问题,对辐射供暖用材也会产生直接影响,最终影响到辐射供暖供冷系统质量。本文试结合国内绝热材料行业现状,联系实际施工实践,对辐射供暖供冷绝热材料常见的质量问题试进行列举分析。

    1绝热材料产品概况

    1.1常见绝热材料分类

    《JG142-2012辐射供暖供冷技术规程》涉及的保温材料共三种,发泡式聚苯乙烯EPS、挤塑式聚苯乙烯XPS、发泡水泥。其主要性能指标对比如下:

    33.jpg

    1.2常见绝热材料市场占比

    因使用习惯,市场构成不同,南北方采暖对绝热材料使用上有所不同。在南方分户采暖领域,XPS为绝对主流,EPS由于其易开模一次成型,仅用于生产异型板。

    在北方集中供暖领域,EPS,发泡水泥占比略高。但由于XPS性能总体高于EPS或发泡水泥,仍然占据了市场主流地位,各材料市场占比估算如下:

    34.jpg

    1.3常见绝热材料应用特点

    EPS、XPS、发泡水泥主要工业用途均为建筑外墙、屋面保温,相关技术指标也均根据该行业使用要求制订。较地面辐射供暖主要存在以下四点区别。

    一、地面辐射供暖材料地面荷载较高,对抗压性要求高于其他应用场合,对抗折性/抗挠曲度要求较低。

    二、地面辐射供暖材料工作湿度较高,对材料的吸水性要求高于其他应用场合。

    三、地面辐射供暖材料工作温度较高,对材料的化学稳定性有较高要求。较墙体节能应用,对尺寸稳定性要求较低。

    四、地面辐射供暖材料工作于室内封闭环境中,与人体直接接触,对环保性有较高特殊要求。下文我们根据以上四个特殊应用要求,对三种材料常见质量问题进行具体分析。

    2 发泡式聚苯乙烯 EPS

    2.1发泡式聚苯乙烯生产过程

    发泡式聚苯乙烯EPS生产过程为可发性聚苯乙烯颗粒通过高温水蒸气预发、熟化、成型、陈化、切割而成。在整个产品成本中,聚苯乙烯颗粒的成本占到了90%以上。由于密度指标易测量,不易造假,所以在保证密度的前提下,如何减少聚苯乙烯颗粒用料,成为部份商家的生财之道。

    2.2 废旧聚苯颗粒影响

    加入废旧颗粒,即将已发泡完成的废旧聚苯乙烯颗粒掺入新料中生产以降低生产成本。

    该方法如加入比例较少,废旧颗粒质量较高,对实际成品质量影响不大(一般不宜超过10%)。如废颗粒质量较差,添加量过多,将会影响到EPS板的色泽、导热系数、使用寿命等主要指标。

    2.3陈化时间影响

    陈化是指将EPS板在自然条件下陈化42天,或者在60℃水蒸气中养护五天。如果陈化时间不够,可能会产生保温板的翘曲、变形。外墙外保温工程对EPS质量要求较高,翘曲变形的保温板是外保温层开裂变形的潜在影响因素。

    陈化过程将会释放EPS发泡时积蓄的内部水蒸气,陈化时间越长,密度损失越大。

    地采暖工程对EPS稳定性要求不高,生产厂家一般不会严格按42天陈化。到达地暖施工现场的ESP密度实际会有虚高,进而影响抗压性、导热系数等主要指标。

    2.4添加无机杂质增重

    加入无机添加剂,如白色石英砂等,以大大提高EPS表观密度。

    这种造假方式对EPS质量影响巨大;嵫现靥岣逧PS吸水率,影响导热系数稳定。严重降低颗粒之间粘结力,影响EPS机械强度,严重降低EPS使用寿命。

    以上三种影响实际质量的造假方式,仅通过密度称重都无法鉴别,只能从源头上进行控制,应注意供应商的资质审核,检查供应商的质控体系,选择当地口碑较好,品牌知名度较高的EPS供应商。 

    3 挤塑式聚苯乙烯 XPS

    3.1 XPS挤塑板生产过程

    挤塑式聚苯乙烯XPS为聚苯乙烯颗粒与助剂混炼融熔后,与发泡剂混合,在模具处直接挤出成型的闭孔型有机保温材料。

    和EPS相类似,XPS的成本构成中,聚苯乙烯颗粒原料成本占比最大。但由于其生产原理和EPS不同,EPS的降低成本措施并不完全适用于XPS。

    3.2 XPS挤塑板生产特点

    XPS制造过程中,聚苯乙烯颗粒从室温升高至200℃,颗粒从固态变成液态,加入助剂后在螺杆中进行混炼推进。在模具处挤出时,压力从原来的10MPa直接降低至室温。聚苯乙烯熔液从液态重新变为固态,高压液态发泡剂变为气态,从而在板材内部产生蜂窝状结构。即同时存在液固转化、液气转化、压力温度极剧下降的变化过程,且该过程为连续不断挤出,压力、温度、螺杆推进量、材料流动系数、助剂添加量等参数的不配合均会严重干扰XPS板材生产,严重情况下,会直接导致XPS板无法成形。所有的造假技术,均须先克服前述技术难点,譬如说增加石英砂增重,完全不适用于XPS生产。

    XPS板生产设备高度复杂,一套生产线控制参数可达数百项

    3.3 陈化时间对XPS的影响

    EPS为水蒸气发泡,在制造过程中,在其内部会积蓄一部份水蒸气,在陈化过程中这些水蒸气的缓慢释放到空气中,逐步降低EPS实际称重。

    陈化42天后的EPS板重量损失可达5%以上。XPS的发泡剂为CO2.F142b、丁烷等低密度材料。陈化过程中,XPS发泡过程中被拉伸的分子链逐步趋于稳定,应力得到释放,最终影响XPS的质量稳定。

    在实践中,我们可以观测到XPS陈化时间越长,板材的强度越高,并在90天左右趋于完全稳定。

    陈化过程中,泡孔中积蓄的发泡剂与外界空气会进行缓慢交换。XPS发泡剂密度与空气相当,陈化过程对XPS密度不造成影响。

    3.4 XPS密度对质量的影响

    通过各种方式降低XPS板密度是国内XPS工业的主要发展方向,全新料聚苯乙烯颗粒经二次真空发泡技术,可将密度最低降致22kg/m3左右。

    但实际上,国内大部分挤塑板密度均在28kg/m3~30kg/m3左右。这是因为国内挤塑板产业基本上100%采用了回收料进行生产,回收塑料流动性低,发泡困难。发泡密度均在30左右,已经为技术极限。

    在原料等级,泡孔结构一致的情况,挤塑板的强度与密度大致成正比关系。35密度挤塑板抗压强度较30密度高出约30%。而一些高抗压的铁路基材用板,密度一般均在45kg/m3之上,抗压可达700kPa以上。

    挤塑板的导热系数与密度关系较为复杂,密度上升可以带来导热系数下降,绝热效果提高。当提高到一定的密度,挤塑板的导热系数反而会有所上升。相关函数关系如下:

    由图可见,优质挤塑板密度在36kg/m3左右,其导热系数最低可达0.026W/m•K。由于36密度挤塑板成本较普通30密度高20%。除绿羽、豪适等品牌挤塑板外,目前国内市场主流密度仍为30kg/m3。

    3.5回收塑料对挤塑板质量的影响

    3.5.1回收塑料国内行业现状

    国外聚苯乙烯回收技术以固体物理压缩为主,对原料各项性能影响较小。

    国内回收技术是熔融造粒为主,熔融过程会较大影响聚苯乙烯原料的各项物性指标。且国外回收塑料行业完整产业链,各种塑料分类严格,掺杂物少。国内回收塑料企业规模较小,行业集中度低,各种类型塑料混杂,外来掺杂物多。

    更为严重的是国内回收设备简陋,温度控制差,会严重影响回收塑料的各项特性指标。

    3.5.2改苯挤塑板

    在挤塑板行业内部,回收料挤塑板又可以分为改苯料与非改苯料,价格和性能差别巨大。

    改苯HIPS全称为:改性聚苯乙烯颗粒,又称:高抗冲击性聚苯乙烯。高压料,是指将较全新料PS加入5%~15%的橡胶成份。

    回收级HIPS主要来源一般为电器外壳,这类注塑产品在生产时会加入大量添加剂,这些添加剂的目的,主要用于提高PS强度,提高塑料抗老化性。这些添加剂在用于XPS生产时,均可视为有害物质。

    一方面会干扰挤塑板的发泡过程,影响成品质量;另一方面,这些添加剂在高温下会释放有害气体,存在严重的环保性问题。很多板材在常温下已有刺鼻气味释放。

    3.5.3实际性能影响

    在密度均为36kg/m3的最佳数值下,100%全新料挤塑板,普通回收料挤塑板,改苯料挤塑板的原料成本差距数倍。产品性能也存在较大差距,甚至可以认为是三种完全不同的材料。

    100%全新料挤塑板性能极其优越,即使埋藏于地下,50年内导热系数衰减不超过10%。在欧美发达国家,挤塑板均为全新料制造。

    在国内,由于全新料挤塑板成本较普通挤塑板高数倍,在建材领域市场接受度基本为零。

    但随着终端消费者环保意识的提高,地暖施工企业对质量的重视,在南方供暖市场,以绿羽白晶板为代表的100%全新料挤塑板也逐步为市场所接受。

    绿羽白晶板微孔结构(36kg/m3)左

    绿羽地暖专用挤塑板微孔结构(36kg/m3)

    低密度挤塑板微孔结构(30kg/m3)左

    改苯料挤塑板微孔结构(30kg/m3)

    4.发泡水泥

    4.1产品概况

    所有的蜂窝状多孔结构材料,均有一定的绝热效果。发泡水泥实质为一种混凝土为骨料的多孔结构材料,由于混凝土易获得,性价比极高,发泡水泥在市场上有着广阔的应用前景。

    但混凝类的无机材料较PS等高分子材料,延展性可加工性较差,对泡孔的壁厚、孔径、闭孔率都较难控制,再加上混凝土的凝结过程实际为一种较复杂的化学反应,受各项因素影响较大。所以发泡水泥的质量稳定性较EPS、XPS更加难以控制。

    4.2水泥发泡比过低

    施工企业为保证后继施工方便,一般会过于追求水泥的平整度,而容易忽略发泡水泥的实际发泡比。

    用水量过大,发泡不均是实际工程案例中的常见现象。由于发泡水泥施工完成后较难检测,我们目前只能通过单位体积的泡孔数量、孔隙率、实际密度来大致推导发泡水泥的导热系数。

    下左图为工厂预制发泡水泥,实际密度为300kg/m3,泡孔成型良好,泡孔均匀度优良,实测导热系数为0.080W/m•K。

    下右图为现场施工发泡水泥,实际密度为600kg/m3,单位体积的泡孔数量少且不均匀,实际导热系数目前无法测量。

    4.3吸水率对发泡水泥的影响

    前文中提及,地暖用绝热材料工作湿度高,对材料的抗吸水性要求高。这是因为水的导热系数为空气的十倍以上。绝热材料受潮后,导热系数将会急剧升高,严重影响到绝热材料的实际隔热效果。由于水泥固有物性的影响,吸水率较高的问题较难解决。

    由于国家政策法规的调整,近三年内,国内外墙外保温用无机绝热材料增长异常迅猛。受市场需求推动,工厂预制发泡水泥技术最近几年来发展迅速,无论是强度密度的平衡,发泡比的控制,吸水率的降低都有着长足的发展。

    供暖供冷用绝热发泡水泥,还是以现场发泡为主,但应多吸取工厂预制发泡技术的进步。保证发泡水泥的实际绝热效果,并保证导热系数的长期稳定。

    5.总结

    市场需求是推动产品进步的主要动力。在南方采暖市场,以绝热材料为核心的地暖辅材系统已经成为了暖通安装公司的营销卖点。一方面是因为消费者环保意识的提高,对地暖系统的用材用料要求越来越高。另一方面也是暖通安装公司追求精细化施工的需要,以提高公司质量口碑,提升公司综合竞争力的需求。

    在此同时,受国内工业制造水准所限,绝热材料等辅料系统综合质量仍远低于国外同类产品。

    但随着中国制造水准的不断提高,绝热材料质量近几年来提高迅速。再随着信息鸿沟的填平,终端消费者对产品理解不断加深,在采暖用材领域,已经出现了良币驱逐劣币的趋势。这些现象,最终都会大大提高采暖系统的节能性、稳定性,必将为全行业的良性发展起到一定的促进作用。

     

    延伸阅读之

    “良币驱逐劣币”的主流趋势

    上海绿羽节能科技有限公司刘冲在其题为《辐射供暖供冷绝热材料常见质量问题分析》的论文末尾提及“在采暖用材领域,已经出现了‘良币驱逐劣币’的趋势。”

    事实上,“良币驱逐劣币”的正确写法为“劣币驱逐良币”又称“格雷欣法则”,是指当一个国家同时流通两种实际价值不同而法定比价不变的货币时,实际价值高的货币(良币)必然要被熔化、收藏或输出而退出流通领域,而实际价值低的货币(劣币)反而充斥市场。

    而刘冲则提出了“良币驱逐劣币”的悖论,通过分析论证劣质绝热材料对系统的不良影响,认为高品质的材料必将打败劣质材料成为暖通市场的主流,促进全行业的良性发展。

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