再从窑洞及其效应说起对保温隔热材料的研究应用

谢文丁

(西安力致节能环保科技有限公司 陕西 西安 710065 )

摘要：“窑洞效应”的核心是引发出科技兴国之举，用民族复兴精神，使该效应延伸到节能环保建设美丽家园的新境界。

关键词：窑洞效应;  创新绝热材料

1  窑洞效应的创造与发明

窑洞及其窑洞效应，就是我们祖先创造的，至今仍是震惊着世界的发明之一。简朴而利民生，它存留人间，为人们创建出自然生态的居住条件。在这里不需人为的空调等设施，就能使人们一年四季生活在冬暖夏凉的环境中，并与自然环境和谐共生,一劳永逸，既节能又环保。这种现象在我国北方尤其是黄土高原地带到处可见。人们在塬壩前、山坡旁挖洞建起了一座座窑洞，祖祖辈辈生活在其中，过着日出而作，日落而息的祥和岁月。而且这种窑洞现象也因它的效应演绎出多种形式，如平地一处深挖在其下,挖处四面开洞居住则更有一番新天地和情趣。在南方山区也有利用自然形成的山洞，同样是可以利用的居住处，且有着神祕莫测的效果……而这些至今也成了城市人们向往的地方。因为它依山傍水，恰似陶渊明所著的世外桃源，同样显示着青山绿水就是金山银山的一角。

2 窑洞效应的传承与新型保温隔热材料

社会要发展，不改革、不创新必然要落后。新形势下，“只要能让人们生活更加幸福美满为目的，就是我们造福人民的最大政绩。”这是习主席要求的。我们就应该在从事的专业领域里，传承和发扬我们中华民族的光荣传统，改革创新再显辉煌。笔者在《认真梳理保温隔热材料及其市场下定决心进行行业改革创新》一文中，已经把理念和方法说明了。但为什么又再次以窑洞及其效应说起，其意义就在唤醒我们的民族复兴精神，愿与我们广大的理论家、专家教授共同呐喊，把我们本民族的光荣传统及他们光辉的典范发扬和光大，是我们与企业家们的共同责任和担当。让我们携起手来从理论与实践上追求我们自己的共同目标,开展具有窑洞效应的新型保温隔热材料研究与应用工作。

从冬暖夏凉效应说起，道理很简单，像人们着衣一样，天热了，薄衣。天冷了，厚衣。窑洞(含地窖子等)用其自然的厚壁抵挡了热冷的传递，这就是学术上的热阻及其系数变化。运用在现代建筑物体中，其四周围墙体不可能用其自身的厚度来改变冷热交替。其一种方式就是采用空调设施，但需消耗大量的能源，涉及到能源问题以及带来的“热岛效应”；另一种方式就是保温隔热材料，却又涉及到其材质及结构。现如今的隔热保温材料材质繁杂，没有理想的产品和高质量的保障。还有如何与墙体结合的问题，这就是现实，需要我们去认真分析研究。

    1)研究这一效应，R(材料层的热阻)=δ（材料厚度）/λ（材料导热系数）涉及到保温隔热材料中的多个重要要素：①材质的导热系数。这是材料其中的一个物理指数，与材料结构、密度、含水率和使用温度等因素有关。非晶体结构密度较低，材料导热系数较小，把导热系数控制在0.05W/m·k，可称为高效保温材料。②热阻稳定状态下与热方向的垂直的物体两表面温度差除以热流密度，其计算方式R(材料层的热阻)=δ（材料厚度）/λ（材料导热系数）。即R为材料层的热阻（m²·k/w）、δ--材料层厚度，λ--材料的导热系数（w/m·k）③水蒸气渗透系数关系到保温材料置身于自然环境中受水蒸气的渗入而影响质量。④密度、容重、孔隙率等都直接影响到材料的保温效果。

还有温度梯度、膨胀系数，热桥、pH值等因素都从不同角度影响着材料应用效果，而且他们之间也有着相反或相辅的作用，都是材料本身的质量因素，在材料合成时都应考虑周全。

2)在材料的材质上，我们曾在不同用途上做不同的材料配置而进行验证其保温的隔热效果。表一不同地区不同季节的验证效果。

    表1  不同地区不同季节的验证数据

注明：在外墙做JGN15mm左右厚层的条件下,①测试面积45m²  ;②西安地区是1996年、1997年;③ 陕北：1997年;④为一个完整的暑期或采暖期。

     另外，实例同样证明了10mm厚的保温材料就可达到120mm墙砖的隔热保温作用。

表2是在户县热电厂的设备上用该专利绝热材料做管道大修，分别对比，即在介质温度505℃测试时管道负荷200T的试验结果。

表2 介质温度为505℃测试时管道负荷200T的结果数据

此次实验历经两年观察，再次显示GGN/JGN绝热材料有明显的绝热效果，能在505℃高温下用一定的材料厚度具有如此的效果，如果移植在建筑物体上，会有更优的效果。对于保温材料要进行深层次的开发,其根本目的就是实现其最佳的应用效果，以达到节能与环保并举,这也是用于衡量当前各类隔热保温材料的标准。

3 保温隔热材料的应用研究  

    保温隔热材料，通常都是以隔材，围材、衬材作用于建筑物体中，被称为围护结构，要根据建筑物体自身结构而变化，这就提出了一个与建筑结构学相结合的问题。这对于其施工要求就要更加严格，否则会造成“两张皮”的危险。在这方面近期内有人提出建筑墙体材料与保温隔热材料如何结合在一起而形成二合一，又和装饰材料相结合形成三合一,即一气呵成组成的建筑物结构，这都是要研究的议题。我们曾在轻质钢结构的建筑上做过尝试，采用JGN绝热墙板外敷强度较高的保护板，并在保护板上，加上各种装饰图案，一起压制成三合一墙板，直接按事先设计的板块填充在钢架结构中可装可卸效果较好。曾得到北京一家公司的赞赏，只是在总体设计上还需下一番功夫。因为它将是一个新形式的整体的建筑结构，也是我们所努力的方向。

为了我们民族在科技上的复兴，我们应该从我做起，切实做到责任担当，认真研究其材质与建筑结构，创新的发扬了我们祖先留下的窑洞及其效应，以一个崭新的建筑面貌，崭新的居住环境，真正创建出和谐的人居环境。

在新农村建设方面：用该专利产品和高质量的新式结构屋架为农村各种建屋“穿衣戴帽”，不再用空调等设备，就如当年窑洞及其效果一样，既能享受冬暖夏凉,又节能环保，而且其效应一经使用，经久不衰。

在城市住房建设和旧房改造上任重而道远。我国已有400亿平方米建筑物体都是99%的高耗能建筑，其外墙传热系数是国外的3.5-4.5倍，外窗为2-3倍，屋面为3-6倍，单位建筑面积的能源利用率仅为28%，相比欧美平均近50%和日本57%的效率相距甚远。到2020年，我国建筑能源占全社会总能耗的比例将达到35%左右。需要我们去研究旧房如何节能改造，新房如何与节能相结合，不要空调等设备也能享受着冬暖夏凉的待遇。有了新的隔热保温材料和能与房屋一整体结构相吻合，我们又将引领世界建筑而成为典范，至于在工业领域里的应用更是海阔天空。

参考文献:

[1]谢文丁.绝热材料与绝热工程[M] .国防工业出版社，北京,2006.5

[2]汪刚.实用建材手册[M].上海科学技术出版社,上海,1997.11第二版

[3]张德信.建筑隔热保温材料[M].化学工业出版社.北京,2006.3