介绍
第六届全国金属围护系统行业大会于2019年3月27日至29日在苏州召开。本次大会由中国建筑防水协会金属屋面技术分会、中国钢结构协会围护系统分会主办，博思格钢结构（苏州）有限公司、中国冶金建筑研究总院有限公司承办。全国金属围护系统行业共计150余家企业、约300名代表参加了本次会议。中国硅酸盐学会保温材料分会胡晓媛在会上作了关于保温材料在“建筑金属围护系统”应用的精彩报告。钢结构公众号将整理报告内容，分享给大家！
前言
胡晓媛 中国硅酸盐学会保温材料分会
•随着国民经济的快速发展，采用彩钢、铝镁锰合金板、保温、隔热、吸声材料组装而成的施工方便、形式美观、性能优良、经久耐用的建筑体系在我国建筑业中日益流行，在工程中得到广泛的应用。据不完全统计，我国各类金属屋面、金属夹芯板、金属内外防护结构年产量达2亿多平方米，应用领域涉及机场、火车站、体育馆等公共建筑、各类工业厂房、冷库、物流仓储等方面。
•因此，为了使金属建筑满足安全、可靠、美观、绿色环保的要求，金属维护系统的耐久性、防火防水、保温隔热、声学性能等应用研究受到越来越多的重视。
•本报告旨在从专业角度探讨隔热材料对金属维护结构的影响。
绝缘材料概述：
•隔热材料定义：一般指25℃时热导率小于或等于0.12W/(m·K)，能阻止热量（能量）流动的材料。
•钢结构建筑中保温材料的主要作用：
• 节能：通过减少热量或冷能的损失来节省能源
• 防凝结：提高表面温度，防止水蒸气在冷表面上凝结
• 室内舒适：减少外界温度对室内环境的影响，使室内温度冬暖夏凉
•吸音降噪：保温材料也是良好的声学材料，可与饰面或穿孔板配合使用，在内部吸音，与屋顶和墙板配合使用，在外部起到隔音作用。
保温材料的分类
• 绝缘材料分类与材料成分
•有机保温材料，如聚氨酯（PU、PIR）、聚苯乙烯板（EPX、XPS）、酚醛板（PF）；
•无机保温材料，如玻璃棉、岩棉、泡沫玻璃、微孔硅酸钙、硅酸铝、珍珠岩等；
•复合隔热材料：如真空隔热板、气凝胶等。
• 绝缘材料分类与材料结构
• 闭孔泡沫隔热材料，如聚苯乙烯板、聚氨酯、泡沫玻璃
• 开孔纤维隔热材料，如玻璃棉、岩棉、硅酸铝
• 各种材料都有其适用的场合钢结构玻璃棉，在金属屋面建筑中，无机保温材料应用较多，主要有玻璃棉、岩棉等，均为不燃A级材料。
不同金属屋面系统的主要保温材料：
• 单/双层波纹金属板复合保温屋面（现场复合）
-玻璃棉
•单层防水卷材保温金属屋面
- 岩棉、聚苯板+防火板、泡沫玻璃
• 异形屋顶
- 岩棉、玻璃棉、聚苯板+防火板、泡沫玻璃
. 预制冷库
聚氨酯 (PU/PIR)、XPS
玻璃棉保温
单/双层波纹金属板保温屋顶系统 - 典型结构
单/双层压型金属板隔热屋顶系统 - 项目照片
玻璃棉是单/双层金属屋顶系统最常用的隔热材料：
原因：非常适合经济实用、对保温材料耐压性能要求不高的内保温系统。
• 保温吸声性能：玻璃棉纤维细长钢结构玻璃棉，基本不含渣球，使得产品具有较低的导热系数和较高的吸声系数，保证了产品优越的保温吸声性能。
• 防火性能：玻璃棉是无机保温材料，防火等级最高——不燃A级。
•重量轻：钢结构用玻璃棉的密度一般为12-16kg/m3，是一种非常轻的保温材料，可以降低建筑物本身的承重能力，同时也使得只使用带有加强型白色防潮层的单板系统成为可能。
•安装简便：玻璃棉可根据建筑要求定制长度，可压缩成卷运输。玻璃棉基本不含渣球，且易于切割，大大提高运输安装效率，节省人工成本，缩短安装时间。
单层压型金属屋面+玻璃棉+防潮贴面系统在北美最为常见：
理由：施工简便、性价比高
• 室内降噪、有效吸音：玻璃棉及饰面的吸音系数NRC一般为0.75-0.9（棉越厚，吸音系数越大），而硬质波纹钢板基本不吸收声音，但会将声音在房间内部反射，导致噪音水平增大。
•易隔离蒸汽，防止结露：由于玻璃棉是开孔材料，如果隔离蒸汽做得不好，会导致保温失效。由于钢板本身的波纹结构，双层板系统中钢板之间的接缝很难密封。因此，不管是单板还是双板，使用好的防潮贴面，并做好防潮层搭接处和边缘的密封工作都是非常必要的。对于双板系统，由于防潮层是由内板覆盖的，因此在施工前后，需要注意和检查防潮层是否损坏，搭接处是否密封。
• 使空间更加明亮 – 广泛使用的增强型白色阻燃聚丙烯饰面对可见光的反射率高达 85%，使室内美观明亮。同时由于隔汽层暴露在外，不存在破损、重叠的问题。可以及时发现和修复
•安装简便、高效、经济：可省去内板安装，一次性完成防潮层和玻璃棉铺设到位，更快捷、更高效，当然也更划算。
玻璃棉知识（供参考）：
玻璃棉生产工艺及保温原理
•生产工艺 玻璃棉是将熔融玻璃采用离心法或其他工艺纺成纤维，喷洒粘合剂，再经过热固化处理而制成的隔热吸音材料。
•保温原理 玻璃棉内部纤维结构蓬松、相互交织，存在大量微小气孔，因而具有良好的保温、吸声性能。
生活中常见材料：导热材料
上图为生活中常见材料的热导率（W/m·k）。
玻璃棉的导热系数一般为0.045-0.032w/mk
热导率
在稳态条件下，厚度1m的物体，两侧温差为1k，1秒内通过1㎡面积传递的能量为（J），单位为（W/m·k）
热阻
R = 绝缘层厚度/热导率
热损失
Q=ΔＴ×S/R（温差×面积/热阻）
影响玻璃棉导热系数的因素
三大影响因素
• 纤维直径是关键
• 产品密度是产品选择的一个重要考虑因素。
• 平均温度不是一个物理参数，但它也有影响
影响玻璃棉导热系数的因素——纤维直径
纤维直径越小，导热系数越小
• 玻璃棉产品规格要求纤维直径6-10μm，头发直径约80-120μm
• 交织的纤维结构将大量空气分开并困在内部，形成静态空气网格
• 细而长的纤维在微观结构中形成较大的比表面积，增强了内部反射热阻
优质玻璃棉：纤维细长，平均直径5-6μm，纤维越细，手感越好，越柔软不痒，导热系数越低。
单板绝缘系统的建造和安装
防潮层水平重叠：
水平重叠法
边缘精加工
从搭接到收尾，可以看到整个防潮层的连续性、密封性和可观察性良好。
增强聚丙烯防潮贴面
岩棉保温：单层防水卷材屋面保温系统
•金属屋面板外保温系统
• 柔性卷材，焊接后持续防水
•基本无冷桥，防结露性能好
•保温材料密度高，耐高压
• 屋顶易于维护
单卷屋面岩棉的主要作用：
单层防水卷材屋面岩棉技术参数：
岩棉和生产工艺 – 回顾和定义
矿棉的概念
矿棉是矿物棉的翻译，根据欧洲标准EN13162-2001第3.1.1.1条的定义，是由熔融的岩石、冶炼炉渣或玻璃制成的一致性的棉状隔热材料。具有羊毛稠度的材料，由熔融的岩石、矿渣或玻璃制成。
酸度系数的概念
比例=(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO)
岩棉与矿渣棉在理论上没有严格的界限，一般以酸度系数1.6作为判断界限，酸度系数在1.7以上的产品各项性能指标会明显优于1.6以下的产品。SiO2、Al2O3为中性物质，化学性质稳定；CaO、MgO为碱性物质，比较不稳定。矿渣棉含氧化钙、氧化镁较高，即酸度系数低，不耐老化。低、中碱性对玻纤行业来说比较合适。
不易燃、高抗压性、封闭泡孔
——泡沫玻璃是一种更好但更昂贵的屋顶隔热材料
优异的防火性能
泡沫玻璃是完全纯净的无机材料，不含任何有机阻燃剂、催化剂或粘合剂。
Ø A1级不燃
Ø 火灾时不会释放烟雾或有毒气体
Ø 不会助燃或导致火焰蔓延
Ø 泡沫玻璃熔点高达1000℃，可起到防火屏障的作用
完全防水、防蒸汽、防潮
泡沫玻璃不吸水，是唯一可以完全隔绝水蒸气的保温材料。
Ø即使在高湿度环境下也不会出现内部凝结
Ø冬季和夏季保持材料干燥
Ø优异、稳定的保温性能
自然环境中水汽无处不在，而水汽渗透对保温材料及整个结构体系影响极大，进入保温材料内部的水汽可能凝结甚至结冰，不仅降低保温材料的性能，还会对整个保温结构造成致命的损坏。
抗水蒸气渗透性：
岩棉 1 至 2
聚氨酯 50 至 100
聚苯乙烯 100 至 300
沥青 70,000
泡沫玻璃∞
100% 密封材料
高抗压强度和低蠕变
泡沫玻璃
• 低 600KP (60 T/ M2)
中型900KP（90吨/平方米）
高1600KP（160吨/平方米）
•高压下不变形，蠕变小
聚苯板（EPS）：100KPa～250KPa
挤塑聚苯板（XPS）：150KPa～500KPa
聚氨酯板（PU）：100KPa～300KPa
岩棉板（RW）：10KPa～40KPa
玻璃棉板（GW）：抗压强度极低
10%压缩强度，蠕变大
尺寸稳定性好
• 泡沫玻璃具有非常好的尺寸稳定性，无论在常温、低温、高温，还是在高湿、干燥的环境下，都不会变形。
• 泡沫玻璃是热膨胀系数最接近混凝土和钢结构的保温材料
有机保温材料在温差作用下的变形
抗生物和化学腐蚀
泡沫玻璃是由玻璃制成的纯无机硬质材料，具有抵抗昆虫叮咬和其他生物损害的能力。
• 不吸湿、不滋生细菌，在地下使用时尤其有利。
• 强度高，防止有机和纤维材料被啮齿动物轻易破坏
•耐酸、耐油、耐有机溶剂等腐蚀
案例图片
奥地利多恩比恩多功能竞技场
奥地利多恩比恩多功能厅
法国戴高乐机场
异形屋面
• 承压区域：硬质绝缘材料：
- 岩棉，
- 泡沫玻璃
- 聚苯乙烯+防火板
• 无压力：柔软吸音材料：
- 玻璃棉
预制冷库
•定义：采用轻质复合夹芯板作为库房保温围护结构，现场组装的冷库，分为室内库房和室外库房。
• 冷库保温材料的要求：
• 低热导率；
•不会散发可能污染食物的物质，且不易腐败变质；
• 变形系数小；
• 防火：夹芯板必须达到B1级（PIR建议），内部保温达到B1级，地板达到B1级；
•低蒸汽渗透阻力
•用于地面或屋面时，其抗压强度不应小于0.25MPa。
各种常用有机保温材料性能比较
自2012年起，PIR凭借良好的防火性能、尺寸稳定性、低导热系数等特点，逐渐成为装配式冷库的首选材料；对强度有要求的楼面、屋面，首选XPS；防火要求高的冷库，通常采用岩棉夹芯板；外墙、屋面围护采用芯板。
• 热导率（从小到大）：PIR/PU XPSEPX
.尺寸稳定性（从小到大的变形）：PIR XPS PU EPX
. 透湿系数：XPS PIR/PU EPS
. 吸水率: XPS PIR/PU EPS
. 抗压强度：XPS PIR/PU EPS
. 燃烧性能：PIR/PU XPS EPX
物流仓库
• 物流仓库建设量逐年增加，据有关部门估计，每年建设量已达1000万平方米，建设形式以北美流行的单面现场复合瓦楞板屋面体系为主，保温材料的选择以覆盖玻璃为主，优先选择棉毡。
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