技术委员会C16《绝热》
对可持续性设计的贡献
作者：Therese Stovall和Andre Desjarlais

      可持续性并不是一个新的概念，早在1789年Thomas Jefferson就曾说过“我认为地球属于每一个人……每个人在他的生命旅程中，完全享有他的权利的同时也不能够背负比付出更多的债务。”¹(Thomas Jefferson在Monticello纤维素绝热研究中据报导使用了可持续性的最初提法。)

      现代注释可持续性， 一般关注在最大利用资源，减少环境污染，以及发展耐用、健康的建筑。一些协会，包括“能源和环境计划领导协会”、“明尼苏达可持续性设计指导协会”、“绿色家园建筑模型指导协会”、“绿色建筑首创协会”IM2-5都已经建立相关指南和等级系统来“测量”可持续性发展的等级。尽管这些等级系统在复杂程度和费用上有所区别，但他们都共同关注土地使用，可回收材料目录，能源节约特性，社会的发展计划以及生活的品质。
      技术委员会C16对可持续性发展的主要贡献在于减少建筑物和过程能源消耗、提高室内环境质量。对扩展建筑毁坏后的回收范围和提高废物回收能力方面的工作也增加了在C16范围内的一些产品及其生产过程的持续性因素。

      技术委员会C16与可持续性
      制造厂商和科研人员为努力寻找一个准确的方法测量绝热材料的导热率，在1938年成立了ASTM绝热技术委员会。第一届ASTM绝热材料讨论会在1939年举行。在1961年由俄亥俄州哥伦布Battelle Memorial学院举办的首届热传导会议论文集的序言里，C.F. Lucks联系到20世纪30年代冰箱出现后对冰箱的研究兴趣和行为大大增加。现在对绝热特性的研究更加重要，设计家努力平衡未来居住者的健康、舒适与通过绝热节约能源之间的关系。与最初的投资不同，这种投资不仅是一种经济行为，而且也影响到与每一个建筑要素相关的空间、原材料以及各种建筑原料废物的总量。
      只有准确了解绝热系统的各方面性能，包括热的、结构的、耐久度和湿度参数，才能在任意建筑或建造过程中选择最佳的绝热材料数量。技术委员会C16鼓励使用他们公布的标准，希望能给系统设计师在超过环境条件时选择绝热材料提供必要的服务。标准序列中包含的文件主要是关于低温应用、建筑应用和其他商业、工业应用等方面。通过提供竞争市场准确的信息，材料和标准经常引导产品升级。更进一步，标准的发展也会通过减少风险和不确定性常常加速市场对新产品或改良产品的接受程度。
      技术委员会C16通过两种方法提供能源节约指南。第一，对每种绝热产品类型，基于公认和一致的测量性能，提供材料的规范说明。技术委员会如今拥有超过40种正在使用的材料、系统的规范说明及一系列的应用指南。第二，开发和使用合适的试验方法及其条件，确保材料等级准确反映材料系统性能，并且保证试验条件与使用条件近似。技术委员会现有超过50种的试验方法和操作指南，近一半是关于测量热性能或能量运输方面的。所有这些标准规范和试验方法都经常进行复审并且会随着市场的需求的变化而发展。

      C16标准的影响
      C16标准对可持续性设计的影响是非常广泛的。下面是绝热标准促进实现能源节约目标的一些具体事例。
      过去使用的绝热聚亚氨酯泡沫由于其高的热阻在冰箱和制冷器中作为人造循环介质，但是对臭氧破坏的隐患也很高。在限制直至禁止使用这些气体的蒙特利尔议定书通过后，在美国政府支持下，电器和绝热泡沫生产企业努力寻找可替代介质。几种有潜力的循环介质正在比较中，但由于这些泡沫老化过程相对缓慢，需要花费数年时间才能找到哪种替代品能提供更好的循环生命周期特性。使用ASTM C1303公布的检测方法加速了这种老化过程，并提供给企业建立产品设备和生产步骤所需的实时信息⁶。
      大部分正在使用的可持续性设计指南描述改进商业、公共机构以及居民住宅相关部分的建造设计。可持续性设计也应用到工业生产过程中。由于没有使用足够的绝热工业管道，每年都损失了大量的热量。从三种主要工业的能源节约评定细节中发现，绝热蒸汽管道每年能够节约能源超过50万亿英热单位(50TJ)⁷。这种预算仅覆盖这三种工业和基于2002年燃料消耗判断为商业投资项目的建设以及蒸汽系统。如果将范围拓宽到其他加热和冷却过程中的管道以及其他工业，能源节约潜力将更加巨大。技术委员会C16通过绝热管道试验方法、安装指南，材料规范和保温外套操作规程促使了工业能源节约。
      长久以来都意识到无论你多么了解各种建筑原料的性能，也难以预测这些原料组合安装后的系统性能。为此，C16开发了：
      • 一套在实验室装置中将热能仪器放入完整系统(如一面墙，屋顶或者地板)的试验方法；
       • 在已建立好的开放的建筑系统中原地检测热流及其他参数的试验方法；
       • 一套原地数据分析操作规程；
       • 使用热像仪确定受潮绝热材料位置或者评价绝热空芯墙壁安装质量的操作规程。
      在20世纪70年代出现第一次能源危机后，人们开始在屋顶安装更厚的绝热层。这导致技术委员会C16开始关注两种消费者保护议题。首先，在这以前，普遍只提供1英寸(25mm)厚度样本绝热材料的热阻值。但对某些类型的绝热材料，当超过1英寸厚度，阻值不能正确反映其绝热性能。标准操作规程C687《计算自由堆放建筑绝热材料的热阻操作规程》规定需要使用“典型厚度”，即增加更多绝热材料也不太影响单位厚度的热阻值的最小厚度。 研究者也注意到在特定的环境条件下(依据温差和绝热层厚度)某些绝热材料中存在自然对流。操作规程C1373《模拟冬季条件下计算屋顶绝热系统的热阻操作规程》将这些研究成果转换成实用方法，用于工厂评估在类似冬季条件下的产品性能。
      类似的， 研究者发现在屋顶绝缘、辐射屏障、屋顶管道设计之间有重要的联系。在居住建筑里选择空调时这些热传递现象显得尤为重要。操作规程C1340《使用计算机程序预算天花板与屋顶间的辐射屏障造成的热增益或损失的操作规程》用来帮助工厂评价他们的产品在这些复杂条件下的性能。
      在建筑围护结构里窗户是一个重要的能源消耗途径。由于迫切需求一个更精确的方法测量开窗引起的能量损失，技术委员会C16连同ASTM 技术委员会E06《建筑性能》为满足这种需求研究了试验方法C1199《在开窗系统中使用热容器法测量稳态热传递试验方法》。
      随着新兴材料的出现，C16提供将其有效的从研究转换到实际应用中所需的评价和材料规范。
      在过去的三年里增加了对聚酰亚胺硬塑料和聚丙烯塑料的新标准。
      当“凉爽屋顶”或能反射固定比例光辐射的屋顶引起加利福尼亚立法会和其他市政管理者的兴趣时，技术委员会C16已经研究了的基础试验方法测量屋顶材料是高反射率(C1549，大气温度下使用便携光反射计测量光发射率的试验方法)或是高发射率(C1371，常温下使用便携发射计测量材料发射率试验方法)。
      真空绝热层能够在有限空间里提供额外的高热阻率。对应这种新产品的出现，开发了一种新的材料标准 C1484《真空绝热层规范》和新试验方法。
      在常规基础上，将提高物理性能的新型绝热材料加到相应的材料规范中。

      C16的未来
      技术委员会C16对可持续性发展有哪些未来计划？一个重要的策略是保持和其他标准组织合作扩大ASTM标准的影响力。“美国热能协会”、“冷藏和空调工程师协会”正在研究一个标准就需要针对所有新建筑设计使用具体的湿度控制模型。这些模型需要广泛的材料特性数据，而不只是可用到的所感兴趣的材料。为满足这些需要，技术委员会C16加速研究湿度特性相关的试验方法，并且创立一个任务小组专门负责整理广泛的材料特性清单和满足温湿模型需求的相关试验方法。
      技术委员会将继续与国际标准化组织(ISO)以及“加拿大标准协会”合作协调绝热标准。其他正在从事的工作是，每当可能的时候采用强制性语言增加立法机构对C16标准的使用率。在未来几年，技术委员会C16将继续提供对建造和商业领域有益的产品，促使他们的新设计减少对化石燃料的依赖并提高我们环境的可持续发展。

参考文献：
1. As quoted in Alex Wilson, ed., Greening Federal Facilities, 2nd Edition, http://www1.eere.energy. gov/femp/pdfs/29267.pdf, May 2001
2. U.S. Green building Council, Leadership in Energy and Environmental Design, Washington D.C., http://www. usgbc.org, 2007
3. The State of Minnesota Sustainable Building Guidelines, Version 2.0, www.msbg.umn.edu, Sept. 1, 2006
4. NAHB, Model Green Home Building Guidelines, Version 1, NAHB, Washington, D.C., www.nahb.org/gbg
5. Green Building InitiativeTM, 2004, Green Globes, The Green Building Initiative, Portland OR, www.thegbi.com, 2007
6. K. E. Wilkes, et al, Aging of Polyurethane Foam Insulation in Simulated Refrigerator Panels–Four-Year Results with Third-Generation Blowing Agents, Earth Technologies Forum, Washington, DC, April 22-24, 2003
7. Resource Dynamics Corp., Steam System Opportunity Assessment for the Pulp and Paper, Chemical Manufacturing, and Petroleum Refining Industries, U.S. Department of Energy, October 2002

技术委员会C16对可持续性发展的主要贡献在于减少建筑物和过程能源消耗、提高室内环境质量。

在未来几年，技术委员会C16将继续提供对建造和商业领域有益的产品，促使他们的新设计减少对化石燃料的依赖并提高我们环境的可持续发展。

(卢小丰 译 原增东 校)