绝热材料性能优劣之比较

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内容摘要：本文通过对低密度发泡水泥和聚苯乙烯泡沫塑料板的主要物理性能指标进行比较分析，认为在保证保温性能和使用功能的前提下，采用低密度发泡水泥作为地面辐射供暖的绝热层可比使用聚苯乙烯泡沫塑料板做绝热层，地暖构造层的厚度可更薄些，重量更轻些。因而在一定规模下也更合理，更经济。
关键词：低密度发泡水泥 聚苯板 地暖构造层
绝热材料在地面辐射供暖中起着极其重要的作用，它把由地面向下传的热量隔绝，形成单一向上的单向传热，不仅有利于分户计量，更重要的是使室内的温度分布更趋合理，即人们的活动空间―较低部分温度较高，非活动空间―接近顶棚部分温度较低，并将热能通过地面以低温辐射的形式作用于人体，从而降低了室内平均温度，减少了热量损失，达到了节能舒适的效果。
那么，如何选择绝热材料呢？中华人民共和国行业标准《地面辐射供暖技术规程》JGJ142-2004（以下简称规程）中就明确提出：绝热材料应采用导热系数小，难燃或不燃，具有足够承载能力的材料，且不宜含有殖菌源，不得有散发异味及可能危害健康的挥发物。本文根据这些要求，结合施工和经济等方面的因素，将低密度发泡水泥（以下简称“发泡水泥”）和常用的聚苯乙烯泡沫塑料板（以下简称“聚苯板”）进行下列比较，以分辨出各自的优点和劣势。
发泡水泥和常用的聚苯板绝热层的主要性能比较见下表：
通过以上对比我们可以看出：
一、强度。在一般情况下，发泡水泥绝热层的强度明显高于聚苯板绝热层的强度。经适当养护，正常施工的发泡水泥绝热层在容重为400kg/cm3时，其立方抗压强度可达2MPa以上，足够承载各种施工荷载。盘管施工时，可将热水管直接固定在发泡水泥上，施工方便，一般不会出现塌陷变形等缺陷。即使有，也容易及时发现进行修补。随着时间的推移，其强度会越来越高。而当用聚苯板做绝热层时，盘管施工则要格外小心，经过踩踏和浇灌混凝土之后，聚苯板往往会有较大压缩变形，严重者2cm厚的聚苯板最后竟不足1cm。
二、保温性能。《规程》中规定，楼层之间楼板采用聚苯乙烯泡沫塑料板时，其厚度为20毫米。采用其它绝热材料时，可根据热阻相当的原则确定其厚度。我们设苯板单层导热热阻为R1，导热系数计算值λC1，板厚为δ1，则：
R1=δ1/λC1。（m2?k/W） （1）
设发泡水泥的单层导热热阻为R2，导热系数计算值为λC2，厚度为δ2。则：
R2=δ2/λC2（m2?k/W） （2）
考虑到施工中苯板有一定的变形和缝隙等原因，因此，在不同的使用场合下对其导热系数标准值有不同的修正系数，修正后的值才是计算值。一般情况下，用于墙面时修正系数取1.2，用于屋面时修正系数取1.5，在此，参照用于屋面的修正系数取1.5（实际上，用于地暖时由于施工踩踏比较严重，拼接量也较多，变形和缝隙远大于用于屋面时的变形和缝隙，修正系数应大于1.5），就可以进行以下计算：
取：苯板导热系数标准值为λ1=0.042 W/m?k，修正系数为1.5，则其计算值λC1=1.5λ=1.5*0.042 W/m?k =0.063 W/m?k，
取：发泡水泥的导热系数标准值等于其计算值，即修正系数为1，λ2=λC2=0.09w/m?k
取： δ1=20mm δ2= 40mm，则可计算出：
R1= 0.31（m2?k/w） R2= 0.44（m2?k/w）
由此可见，R2 > R1。即发泡水泥的保温效果要明显优于聚苯板的保温效果，从计算数据上看两者相差40%以上。如果采用热阻相当的原则确定发泡水泥的厚度，即：R1= R2，根据公式（1）和（2），可得：
δ1/λC1=δ2 /λC2
δ2=δ1*λC2/λC1=0.02*0.09/0.063=0.028（m）=28mm
即28mm厚的发泡水泥相当于20mm厚的聚苯板。但正常情况下发泡水泥平均厚度一般不少于40mm，这就不仅保证了保温效果，同时也对原有粗糙不平的楼地面进行了找平，是类似聚苯板等材料所不及的。
三、稳定性。发泡水泥与一般混凝土一样，都属于无机材料，有着极其稳定的化学性能，在正常情况下，历经百年也不会老化变质，且不燃烧、环保；聚苯板则易老化（使用寿命一般在15年-25年），且在使用过程中，由于温度的不断变化，在各不同质材料层之间形成较大的温变应力，更容易被压缩变形。当使用温度超过75℃时，还会产生受热变形。
四、施工因素。发泡水泥适合采用机械化进行大面积施工，劳动强度低，工程进度快，且与上、下各构造层容易结合为一体。但要进行湿作业，且技术要求也较高。采用聚苯板做绝热层时，由于基层难以做到平整，一般应先做找平层，再做绝热层，但施工较灵活。在施工面积较小的情况下，有一定的优势。
五、经济性。由于发泡水泥的主要材料是水泥，且基本无废料，又可省略找平层等多道工序，综合造价相对要低一些。而采用苯板施工工序相对复杂，且会留有边角废料，因此也不经济。
相对发泡水泥来讲，聚苯板又轻又薄，由此，就有人误认为聚苯板既可减少对建筑层高的影响，又可减少楼层荷载，这种看法是片面的。其一，如上所述，如果按热阻相当的原则进行比较，当采用20毫米聚苯板时，发泡水泥仅比聚苯板厚8毫米，如果适当降低发泡水泥的干体积密度，其厚度