發泡材料在HVAC暖通系統上的貢獻

高效節能建築的代表中國尊

HVAC，是英文Heating Ventilating Air Conditioning的縮寫，即採暖、通風與空氣調節；空調供應冷氣、暖氣或除溼的作用原理均類似，利用冷媒在壓縮機的作用下，發生蒸發或凝結，從而引發周遭空氣的蒸發或凝結，以達到改變溫、溼度的目的。三者相互關聯，密切協作，目的就是為了給人們創造更好的室內生活環境。

暖通空調的使用在為人們帶來便利的同時，也產生了相當高程度的能耗，約佔整個建築耗能的40%-60%，節能性已成為是暖通空調節能設計的第一原則；充分尊重每個人的溫度適應性，來確保室內溫度可以自我調節，也是達到節能與舒適同步進行的要求。同時，技術性作為暖通空調節能設計優化設計的根本，通過技術改進暖通空調的設計，能夠促使其具有最大化的節能效益。

圖源：積水化學泰國

保溫材料的研發應用是HAVC系統節能性、舒適性、專業性的直觀體現。易於安裝、同時擁有高度的溼敏性、抗壓強度、較好的導熱性和耐用性的發泡材料，已成為現代建築HVAC系統的重要選材。如以聚氨酯、酚醛、聚苯乙烯、橡膠等為主要材質的發泡材料，複合其他材質的難燃材料，適應了HVAC性能需求和發展方向，為人們帶來美好生活同時，推動社會向更加節能減排的方向發展。

本文基於HVAC，分別從採暖，通風與空氣調節三個角度來講一下發泡材料的性能和貢獻。

圖源：Armacell

採暖

供暖系統有許多種。在氣候寒冷的地區常使用中央空調供暖系統提給私人住宅和公共建築供暖。風暖系統利用空氣作為熱交換介質，利用風管來輸送熱空氣送到室內。若天氣溫暖甚至炎熱時，空調系統也可以使用相同的風管。

人們買中央空調除了要了解空調本身的性能外，還有注意選購有品質的輔材。管道保溫材料是影響中央空調採暖效果的重要因素之一。如果保溫材料節能效果差，輕則電費高，重則結露，吊頂發黴。

聚氨酯發泡材料的導熱係數是常用保溫材料中是最低的，可以將物料的熱損失減少到最低限度。防火性能、防水性能較傳統的材料有了很大提升，作為聚氨酯發泡材料複合板用於空調風箱，可大大降低能耗。由於聚氨酯泡沫的閉孔率達92%以上，因此，用聚氨酯發泡材料作為直埋管道的保溫層，不僅可以起保溫隔熱作用，而且能有效地防止水，溼氣以及其它多種腐蝕性液體、氣體的浸透，防止微生物的滋生和發展。

對於中國北方的市政暖通工程，供熱系統包括加熱蒸氣、水或空氣的鍋爐或加熱爐。在長距離的輸送過程中時常面臨保溫管道凍裂凍壞或者熱量散失嚴重的問題。要是以前，人們在冬天來臨之前，會採用相對便宜的保溫材料進行保溫，這種傳統保溫方式容易腐蝕老化，使用壽命短，增大了人工成本。近幾年市場上受到管道工程市場青睞的PPR複合發泡保溫管很好地解決了管道防凍難題，這其中硬質聚氨酯發泡材料功不可沒。

PPR複合發泡材料保溫管又叫「管中管」，將硬質聚氨酯發泡材料充分填滿鋼管與套管之間的間隙，具有一定的粘接強度，使鋼管、外套管機保管層三者之間形成一個牢固的整體，不易分，這樣就不用擔心聚氨酯保溫層脫落、受損等狀況。

直埋式聚氨酯保溫管 圖源：唐山興邦管道工程設備公司

PPR複合發泡材料保溫管保暖防水和防腐性能強，可直接埋入地下或水中，而傳統的各類保溫管都要附設管溝，這樣工程簡便，縮短時間，造價降低。使用壽命長達30-50年，大大降低了管網更換或者修理的費用。這種結構的聚氨酯發泡材料保溫管熱損失僅為傳統保溫管材25%，能夠節約大量能源的同時，又能明顯減低成本。還具有良好的機械能和絕熱性能，通常情況下可耐溫高達120℃。

聚苯乙烯發泡材料具有閉孔結構，無毒、無腐蝕性、吸水性小、體輕、保溫、模具成型、抗酸鹼腐蝕，有和聚氨酯發泡材料保溫板一樣的保溫效果，也可用於空調風箱、風管等管道保溫。

石墨模塑聚苯乙烯發泡材料板絕熱能力比普通EPS至少高出30%

圖源：天津格亞德新材料

通風

通風是指將一區域的空氣排出或是將外界的空氣流進一區域的程序，其目的包括減少區域內的溼氣、異味、煙塵、細菌及二氧化碳，並補充氧氣。通風也包括建築物內的空氣循環，避免室內氣體停滯，是維持室內空氣品質的重要因素之一。

保障對風管的選材和質量，是通風質量、減震降噪、節能降耗直接體現。

然而市面上有些保溫材料使用較差的原材料，含有甲醛、SCCPs等致癌物。在開啟空調時候，人們處於相對密閉的室內環境，室內空氣一旦受到汙染，會嚴重影響室內人們的呼吸健康。一些管道常年暴曬，受紫外線侵害，容易出現老化、開裂。即使絕熱材料在室內使用，也容易受環境影響（如溫溼度、燈光輻射、臭氧等）而產生老化現象。

很多情況下，空調風管系統都會全年運行，例如食品廠房的製冷和供熱管道，居住、辦公、商業建築中常年運行的空調系統管道。類似於熱管道，對冷管道進行絕熱，由於降低了冷損失，同樣降低大量的能源損耗，提高系統的能源利用率。

在聲控方面特別要指出空調管道中高速通風過程中帶來的噪音問題，對人們正常的工作和生活造成很大影響。建築物內噪聲主要來源有管道衝水聲、樓上人們活動產生的撞擊聲以及空調系統和機房噪聲。噪聲由物體振動產生，以波的形式在介質（如固體、液體、氣體）中進行傳播。在傳播途徑上控制噪聲的方法主要有吸聲、隔聲、減振和阻尼。在傳播途徑上控制噪聲的方法主要有吸聲、隔聲、減振和阻尼。因此，選擇合適的發泡材料，是實現中央空調通風系統和水管道降噪的重要途徑。

所以，需要採用各項性能都足夠好的發泡材料來解決通風帶來的問題。

圖源：Armacell

那優質的保溫材料要怎麼選？可以看技術參數，如導熱係數、阻溼因子、燃燒性能、阻尼性能等，或者查看第三方檢測報告。市場上，中央空調常採用以下發泡材料複合結構用於風管保護和隔聲降噪：

玻鎂複合板風管，採用難燃B1級聚苯乙烯發泡材料板保溫，板兩邊複合玻璃纖維增強氯氧鎂水泥；

聚氨酯鋁箔複合風管，採用難燃B1級聚氨酯發泡材料板保溫，板兩邊複合鋁箔；

酚醛鋁箔複合風管，採用難燃B1級酚醛發泡材料板保溫，板兩邊複合鋁箔；

彩鋼板保溫複合風管，採用難燃B1級聚苯乙烯、聚氨酯或酚醛發泡材料板，材料板兩邊複合彩鋼板。

中央空調通風管道 圖源：慧聰網

聚氨酯發泡材料憑藉容重輕、強度高、絕熱、隔音、難燃B1級別、耐寒、防腐、不吸水、施工簡便快捷等優異特點，被大規模應用於中央空調通風管道、市政工程的通風管道中。可用於空調器的過濾層隔音消聲，也可當做隔音襯墊，可有效降低結構聲傳播。

聚苯乙烯發泡材料25 ℃ 時導熱係數僅為028 W /( m·K) ， 密度為 70 kg /m3， 燃燒等級 B1， 適合用於中央空調的風管系統中。該材料吸水性、吸音降噪、耐低溫性、耐溶凍性具有良好表現，也廣泛用於機冷風管道。

酚醛發泡材料已成為建築工程項目的通風和空調系統中發展最快的風管保溫材料之一。該發泡材料是由酚醛樹脂發泡而成，絕緣性好、難燃性佳、導熱係數好、機械性能高、抗腐蝕抗老化好、是酚醛發泡材料能夠用作風管的主要原因。酚醛發泡材料作為風管的夾芯層表現出較強的隔音性能，能起到有效的降低噪音作用。

金斯潘酚醛發泡板 圖源：Insulationhub

高質量的橡膠發泡保溫材料是優質保溫降噪材料的首選，近年來被大力應用到大型市政工程和高端樓房通風管道的保溫降噪工作中（也同樣適合於採暖系統的各個板塊）。該發泡材料是以天然或合成橡膠和其他有機高分子材料的共混體為基材料，加各種添加劑，如抗老化劑、阻燃劑、穩定劑、硫化促進劑等，經混煉、擠出、發泡和冷卻定型，加工而成的具有完全閉孔結構的柔性絕熱製品。它具有導熱係數小，吸溼率低，吸音效果好、燃燒性能達到難燃B1級，表觀密度適中，撕裂強度大等優點。

對於高級橡膠發泡材料，屬於天然無機類整體成型保溫材料，採用丁晴橡膠 (NBR)和聚氯乙烯 (PVC)， 經過工藝發泡而成。適用於介質溫度為零下5O℃～ l20℃。它具有密閉式的氣泡構造，有效地隔絕了水汽的進入。具有較為優良的絕熱性，而且導熱係數低長時間保持穩定性。防結露效果顯著，宜作為保溫管道的最外層；外觀勻整、高檔美觀；安裝方便、施工快捷。

特別強調下橡膠發泡材料優異的隔音降噪效果，其吸聲性能將與產品本身的物理結構有很多直接關係。它們的厚度和密度以及空氣的流動阻力對隔音降噪有很大的影響。由於橡膠發泡材料具有緊密發泡的結構，並且表層具有彈性，因此對減少外部聲音具有良好的效果。噪音在空氣振動的過程中特別容易通過這種材料，從而導致吸音降噪性能將會下降。實際使用過程中許多環境因素決定了橡膠發泡材料對聲音的隔離還有削減效果。

市場上一些進口的高級橡膠發泡絕熱材料由於採用優質環保原材料，超強阻燃、低產煙量、不含甲醛、SCCPs等致癌物，對環境、人體健康友好，具備顯著的抗老化性，可從容應對極端環境挑戰，延長了空調系統的使用壽命。

世界上第一款柔性閉泡橡塑絕熱材料福樂斯 圖源：Armacell

空氣調節

廣義的空氣調節是指室內空氣的溫度、溼度、清淨度的調整，狹義的空氣調節即為冷氣，也就是降低室內空氣的溫度。空氣調節系統的功能包括冷氣、通風及空氣溼度控制等。

現代空氣調節系統都在內部裝有空氣過濾器。一般都使用重量較輕的空氣濾網，空氣經過濾網後才送到蒸發盤管。若空氣濾網遲遲沒有更換，會造成空氣流量的下降，降低熱交換效率、一方面浪費能源，使電費上升，也會縮短設備壽命。若冷凍系統中的空氣流量不足，會使得蒸發盤管結冰，使空氣流量變得更少。若暖氣系統中的空氣濾網很髒甚至已經堵塞空氣流量不足，會造成暖氣循環系統過熱，甚至有失火的危險。室內空氣中的異味、TVOCs、甲醛、PM2.5/PM0.3以及病毒和細菌對空氣過濾器的性能也有極大的考驗。

採用高性能發泡材料的空氣過濾器，與標準紙式和單棉式過濾器相比，可以增加過濾器的進風面積而且具有可清洗性，而標準紙和單棉結構過濾器會在表面形成過多灰塵，使用越多效率就越低，最後還是需要更換。作為空氣過濾器，在保持流量效率的同時，還能收集灰塵和汙垢。因此具有吸附過濾、降噪隔音、抗老化、去除微生物和汙染物的高性能發泡材料是被用作空氣調節系統的空氣濾網的必選材料。

聚氨酯過濾棉，不僅具有一般網狀海綿的優點，而且還具有顏色變化微小，開孔率高，透氣性好，抗壓強度高並具有永久彈性的特點，過濾性能佳，可反覆水洗，顯示起耐用，經濟等優勢。

用於空氣過濾器的特種棉結構 圖源：FoamPartner

活性炭海綿是最為常見的空氣淨化吸附材料，是採用高分子粘結材料將優質、吸附性能較強粉狀催化活性炭載附於聚氨酯發泡載體上製成的空氣淨化過濾材料。活性炭含有豐富的多孔結構，大的內表面積，高的表面反應性和吸附能力。能吸附微生物、病毒和一定量的重金屬，並能夠吸附甲醛、苯、二甲苯等易揮發性有機物，也能清除微塵、煙霧、臭味等汙染有害物。可用於空氣淨化器、家用空調、中央空調、空氣清新機、暖風機、空調扇以及特殊用途的風道過濾等。

泡沫鎳，通孔性高、孔隙率高、比表面積大、容納性強、吸聲、吸能、耐高溫、無毒、無掉落殘渣，用作過濾材料，具有流動阻力小和濾出率高的優點。

近年來研究人員開發了用於水和空氣淨化的納米多孔炭泡沫，具有分層多孔結構，密度低、孔隙率高、對有機物的潤溼性好、濾過性好等優點。在空調過濾中具有很大的潛力。

納米多孔炭泡沫和緻密炭泡沫、吸附/脫附等溫線和傅立葉變換紅外光譜

圖源：中國科學院上海矽酸鹽研究

能源節約的需求增加和建築支出的高增長將推動建築HAVC市場的發展。國際能量節約準則(IECC)的普及增長，刺激了發泡材料在建築暖通領域的應用需求。此外，政府的規範中呼應了限制溫室氣體排放和能源節約，這有望推動發泡材料在HAVC領域的市場份額。

發泡材料的性能直接影響到以中央空調為代表的HAVC系統的能耗、重量、防火性能、隨著保溫材料需求量的增大，國內有很多廠家從國外引進技術設備進行保溫材料生產，在安全性能上得到很大提升。保溫材料的品種繁多，保溫性能各有所不同，可選用的範圍也大大增加。

但在人們越來越苛刻的舒適性和個性化需求上，國內的保溫發泡材料廠商與國外知名企業仍存在較大差距。像國內的一些重大基礎設施、市政工程、高端商業樓和私人別墅HVAC系統中所用的高端保溫材料大都被國外企業壟斷。其在專業性、安全性、舒適性、高效性、節能降耗排放標準和人們的個性化體驗上，依靠領先的核心技術和環保工藝，走在了時代前列。包括但不限於發泡材料，對高端保溫材料領域，我們還需要深化節能減排的建築理念，深入對HAVC市場調研，建立行業細分生產標準，全面優化材料高端性能設計，為滿足人們高品質的現代生活不斷努力。

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