全球变暖,建筑能耗是罪魁祸首!新一代刚性绝缘发泡聚苯板担起拯救人类大义!
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全球变暖,建筑能耗是罪魁祸首!新一代刚性绝缘发泡聚苯板担起拯救人类大义!

10月11日 27
 

 

导读:气候变化是我们这一代人面临的最大设计挑战,我们必须优化建筑设计用材。新一代的EPS及其刚性绝缘的聚苯复合板产品成为发泡材料领域最受关注的建筑用材,有利于化资源的节约并显著减少温室气体排放。建筑师、工程师和建筑商有机会在减少碳排放和跨专业实践的斗争中发挥主导作用

 

 

北京时间10月5日,诺贝尔奖委员会正式向三位物理学家颁发2021年诺贝尔物理学奖金。三名获奖者中,真锅淑郎(Syukuro Manabe)和克劳斯·哈塞尔曼(Klaus Hasselmann ),因其在“地球气候建模、量化气候变化以及对全球变暖的可靠预测”方面的贡献共同获奖。

 

作为根据诺贝尔遗嘱设立的五大奖项之一,物理学奖被授予“ 在物理学领域作出最重要发现或发明的人”,与其他诺贝尔奖相比,物理学奖的荐举和甄选过程更长、更缜密。 诺贝尔物理学奖规则规定,获奖者的贡献必须“已经受时间的考验”。这意味着诺贝尔委员会往往会在科学发现的数十年以后才会为此颁发奖项。

 

如果不是科学家凭借敏感的嗅觉将全球变暖的原因归根到人类排放的二氧化碳,或许人类将大大推迟轰轰烈烈的碳减排行动。如今,我们更加警醒地认识到摆脱这场危机的紧迫性。

 

2018年,联合国政府间气候变化专业委员会公布了一份报告:到2030年,全球气温可能上升1.1℃,40%~70%物种面临灭绝,人类将面临一场巨大的危机。那么从现在算来,留给我们的时间不多了。

◇ 2011 年至 2020 年的平均地表气温与 1951 年至 1980 年的平均值相比 图源:NASA

 

建筑能耗是全球变暖的罪魁祸首,占了碳排放40%以上。在欧盟消耗的所有能源中,40% 用于建筑物,其中三分之二用于加热和冷却。在我国的建筑运行碳排放中,建筑直接碳排放约占28%,电力碳排放占50%,热力碳排放22%。

 

如今,世界各国陆续将建筑物纳入应对气候变化的计划。作为《巴黎协定》的一部分,有意识地践行气候行动计划2050 年低碳经济路线图。

 

◇ 图源:Construction21

 

 

聚苯泡沫板的绿建示范作用
 

绿色建筑是指在建筑全寿命期内(建筑建造维修拆除过程和建筑运行),最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境、减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间,与自然和谐共生的建筑。

 

低碳甚至零碳排放成为绿色建筑和未来建筑的最基本要求。为了提升能效,实现建筑运行碳排放“达峰”和“中和”的目标,绿色建筑不仅要为供暖、通风、冷却、照明系统提供所需能量,也要考虑到全生命周期中所涉及的搭建、使用、维修和拆除中使用到的能耗——碳排放。

 

◇ 中国建筑全寿命周期碳排放总量占全国能源碳排放的比重(单位:%)  图源:中国建筑节能协会 / 前瞻产业研究院

 

为此,在绿色建筑降低能耗方面,绝缘材料的规模化使用可显著节省能源并大幅减少二氧化碳排放。发泡材料及技术是制造绝缘材料的核心模块之一。不仅在建筑使用阶段所节省的能源非常显著,在建设、拆除、以及回收再利用中也产生积极的影响。作为建筑部门的绝缘保温材料可以在稳定大气中二氧化碳 (CO2) 浓度方面发挥重要作用。

 

◇ 低 GWP 配方的XPS 图源:Dupont

 

近些年来,聚苯乙烯泡沫板(膨胀聚苯乙烯EPS、挤塑聚苯乙烯XPS)成为绿色建筑/装饰行业用量巨大的绝缘材料。它们有极佳的保温性能、出色的抗压性能、极低的吸水率、良好的隔音性、超长的耐久性能、较好的尺寸稳定性及抗蠕变性能,这些性能为绿建提供了可靠的解决方案。同时,相对于砖石或其他保温材料,无论EPS还是XPS,质轻、便于运输、可自由切割,都是一种物美价廉的建筑节能材料。特别适用于采用倒置式屋面保温隔热工艺的屋面保温隔热系统、冷库、墙体内外的保温隔热以及家庭装潢等方面(或者模块化/装配式建筑、保温与结构(或装饰)一体化、墙面、屋面和地面)。

 

◇ EPS模块 图源:Unipod

◇ 挤塑聚苯乙烯 (XPS) - 多用途 XPS 板 图源:可耐福

 

然而,面对法律法规的限定和人们对建筑低排放甚至是零排放的渴望,伟大的发泡材料参与者和引领者的创新产品,绝不止于EPS或者XPS。创新的技术贯穿于绝缘材料从生产、使用到回收再利用的碳减排全周期。

 

 

超低GWP(<1)发泡剂

可提高 XPS 生产中的热导率

 

XPS板以聚苯乙烯树脂或其共聚物为主要成分,添加少量添加剂,通过加热挤塑成型而制得的具有闭孔结构的硬质泡沫制品。具有高防水、高抗压、高隔热性能可用于其他类型的隔热材料不适用的区域。可在厚度受限的应用中实现更薄的绝缘层。

 

◇ Styrofoam™ 低GWP XPS绝缘材料 图源:杜邦

 

创新的应用案例验证,使用超低全球变暖潜值(GWP)的发泡剂,可保证XPS绝缘材料的性能,为您带来与期望相同的热性能、防潮性、耐用性和易用性,可安全用于商业和住宅建筑系统,提高能源效率,同时减少对环境的影响。

 

传统的XPS绝缘面板,使用的发泡剂是氢氟烃-134a (HFC-134a)。HFC-134a 虽然是一种很好的发泡剂,但它的GWP 为 1,430,这意味着它在 100 年内吸收的热量是二氧化碳的 1,430 倍。新一代气候友好型的发泡剂用于XPS等建筑泡沫板以取代氟氯化碳、氬氯烃和氢氟碳化合物成为流行趋势。

 

随着寻求消除 HFC-134a 的法规在加拿大和美国生效,欧文斯科宁和杜邦等面板制造商正在将其发泡剂改用含有氢氟烯烃 (HFO) 的混合物。XPS 制造商在技术上已经准备好转向 HFO。(随着环保压力增大,国内厂家逐渐接受戊烷用作发泡剂,但其GWP仍为4。)

 

图源:EPA

 

霍尼韦尔、杜邦、科慕和其他氟化物制造商(生产 CFC 和 HCFC 的公司)在 2000 年代的前 20 年开发了 HFO。氢氟烯烃对臭氧层和 GWP 的影响微乎其微,接近1。HFO全球升温潜能值低的主要原因是,与它们的前辈不同,氢氟烯烃含有双键。在大气中,羟基和其他自由基物质可以与该双键反应,能在20-40天内降解 HFO。使这种化学转换复杂化的一个因素是,新发泡剂将 HFO 与戊烷等物质混合,而 HFC-134a 则必须全部单独使用。目前在生产XPS板方面,低GWP发泡剂产品己占全球市场的一半以上,而CO2发泡剂也将近占用了半壁江山,然而CO2发泡过程中终究还会产生CO2。

 

 

举个栗子。霍尼韦尔的Solstice ® 是住宅和商业建筑中使用的 XPS 绝缘材料的理想选择。Solstice® 气体发泡剂 (GBA) 是一种超低全球变暖潜能值 (GWP<1) 替代品,可替代 HFC-134a、HFC-152a、HCFC-142b、HCFC-22 和泡沫应用中的其他发泡剂。Solstice GBA 基于氢氟烯烃 (HFO) 技术,可提供不可燃、不消耗臭氧和良好的机械性能的XPS泡沫绝缘产品, 能够为实现所需性能更薄的XPS面板或具有相同厚度的XPS面板具有更高的隔热值,同时满足绿色节能建筑对强度、耐水性和隔热性能的要求。Solstice GBA 除了适用于挤出聚苯乙烯板,对聚异氰脲酸酯、加压聚氨酯泡沫(单组分和双组分)和其他泡沫同样有效。 

 

◇ Solstice GBA  图源:霍尼韦尔

 

 

0GWP发泡剂

提高 XPS 板的热效率和其他广泛特性

 

热效率高的挤塑聚苯乙烯是承包商、建筑师和业主寻找防潮隔热方法的完美选择。因为更好的绝缘等于高能源利用效率、更少的污染和更美好的未来。

 

FSI Ecomate™是用于生产 XPS 保温板的理想发泡剂,因为它是市场上唯一0全球变暖值(GWP)、0臭氧消耗(ODP)、0挥发性有机化合物( VOC)的物理发泡剂,这样卓越的环境效益系统配方已被证明可以提高 XPS 板的热效率,增强闭孔泡沫结构,使成型的XPS具有出色的轻质、机械、隔热、隔音、防潮和易于加工使用的性能。

 

◇ 图源:FSI

 

Ecomate™的吹塑发泡技术不仅满足XPS等多种泡沫性能要求,而且符合最严格的环境标准。2002年以来,Ecomate™成功替代对环境有害的发泡剂——那些全球变暖的始作俑者——氢氟烃、氢氯氟烃和氯氟烃。由于不是永久性生物累积毒素(PBT),易于生物降解,对水生生物无毒,因此Ecomate™对环境的影响可以忽略不计。

 

 

改性聚苯板中的绝缘王者

石墨聚苯板

 

节能建筑技术不断发展,被动式节能为重要手段。为了进一步提高能源利用效率,降低建筑碳排放,石墨聚苯板成为被动式超低能耗建筑的首选产品,是新一代环保型保温板的代表绿建材料,用于建筑围护结构、内墙、外墙和屋顶保温。

 

石墨聚苯板,全称石墨聚苯乙烯硬质泡沫(俗称“黑泡沫”或“黑板”,简称SEPS)是在普通EPS板的生产过程中,加入一定比例的石墨(4.5%~5%)作为阻燃剂,通过悬浮聚合的方法制备膨胀PS颗粒,进而加工制成,或者采用挤出法工艺生产。

 

改性聚苯板是一个大类,如石墨聚苯板、复合聚苯板(砂浆涂覆)、热固改性聚苯板、硅质聚苯板。可通过增强或改性实现更强劲的绝热或防火性能能。万变不离其宗,采用分仓式用不燃材料,把EPS颗粒包裹起来。石墨聚苯板也是改性聚苯板的一种,属于B1级保温材料。 图源:BASF

通过嵌入石墨颗粒,这种外观呈灰色的刚性聚合物绝缘材料中的石墨能够反射和吸收热能,增加材料的热阻。其特点是:添加的阻燃剂石墨耐高温、化学稳定好、韧性好,在常温下使用时能经受住温度剧烈变化而不破坏,温度突变时,石墨的体积变化不大,不会产生裂纹。导热系数随温度升高而降低,甚至在极高的温度下,石墨成绝热体。石墨聚苯板与普通保温材料相比:导热系数更低(导热系数为0.033左右,和XPS相当)、吸水率低、尺寸稳定性更好。用于住宅建设或改造工程中,包括建筑内、外墙保温系统空心墙、连续保温、预制混凝土等场景。

 

◇ Neopor®BMB成功应用于意大利L‘Isolante公司绝缘板商标Reverso  图源:Archiproducts

 

那么,石墨聚苯板的碳减排效果如何?我们参考下巴斯夫公司的石墨聚苯乙烯硬质泡沫Neopor®。Neopor®是石墨化可膨胀聚苯乙烯(EPS)造粒新产品,从原材料的生产来看:与使用化资源相比,Neopor®节省了 70%-90% 以上的 CO2的排放。从产品的使用来看,Neopor®的绝缘特性——稳定性、耐久性、耐候性和水分管理(防霉菌、腐烂和结构损坏的风险) 保证了由于建筑围护结构的加热和冷却而导致的碳排放量的显著减少。资源效率方面,与其他硬质泡沫绝缘材料相比,Neopor 使耗材减少了30%-50%,达到了相同的R值。按照REDcert认证的平衡方法,Neopor®BMB代替了100%的原料。节省了建筑材料和安装人员,最终客户节省了材料成本并且在其使用寿命结束时完全可回收或可重复使用。

 

生物量平衡法(BMB)是德国技术检验机构认证红色证书,意味着制造 EPS(可膨胀聚苯乙烯)所需的化石原料可以用可再生原料代替。这种生产方法可以节省宝贵的资源,同时减少 CO 2 排放。使用生物质平衡的EPS泡沫复合材料,可以保护环境和气候,同时保持通常的高品质。这是因为它们在配方和特性方面与化石等效物相同。图源:L‘Isolante

 

EPS/XPS/SEPS

循环再利用

 

 

聚苯乙烯泡沫是可回收的,并且是石油提炼过程中预先存在的废物副产品。与造纸相比,制造所需的能源更少,并且在此过程中造成的污染更少。

 

基于聚苯乙烯和低GMP/0GWP发泡技术的EPS、XPS、SEPS的所有泡沫板材也都是可以回收再利用的。它们的再生过程一般为分选、清洗、破碎、干燥、熔融造粒、高温发泡、收卷、冲压成型。通过这个过程,聚苯板便经历了一次循环再生过程,达到了绿色环保的要求。具体流程和再利用用途可参照我们之前发布的相关文章:

 

 

◇ 再生r-PS珠粒 图源:英科环保

 

◇ 图源:Biesterfeld

 

 

完成双碳目标的根本路径
 

新一代EPS及其升级产品成为发泡材料领域最受关注的建筑用材。同时EPS及其复合板材也成为建筑节能领域应用最广泛的保温隔热材料。但是单凭单一的材质不可能完成建筑节能减排的历史重任。

 

十四五期间我国建筑能耗与碳排放总量控制目标:到2025年,我国建筑碳排放总量应控制在25亿tCO2,年均增速不超过1.50%。要实现建筑运行碳排放达峰、碳中和,按照中国建筑节能协会专家的意见,还是应从四个根本路径入手:

 

  • 加速提升建筑节能水平,具体措施包括提升建筑保温隔热性能、提高设备能源利用效率和建筑节能运行管理水平;

  • 规模化推广可再生能源建筑应用,提高建筑“产能”能力,发展绿色能源供暖技术;

  • 与电力部门脱碳进程协同,推动建筑电气化,提高建筑用电与电网互动能力;

  • 加大小区绿化和城市绿地面积,提高固碳、碳汇能力。

 

另外,从建筑全寿命周期视角看,建筑领域还可以发挥更大的减排能力,如提升建筑寿命,防止“大拆大建”,减少新建建筑量;发展等低碳建筑结构体系,减少建材生产阶段碳排放;大力推广绿色建材的应用,将碳排放强度作为绿色建材认定的关键指标。

 

◇ 图源:BASF

上海国际发泡材料技术工业展览会

2021.04.28-30

上海跨国采购会展中心

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  • 开展时间
    2022年3月8-10日
  • 展会地址
    上海新国际博览中心
    上海市浦东新区龙阳路2345号
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