塑料和节约能源
作者：张玉川
中国近年经济蓬勃发展，但是在能源利用效率方面的进步比较慢，前期基本上走的是高投入、高消耗、高污染、低效益的粗放型发展道路。2004年中国消耗了全世界7.8%的石油，31%的原煤，而实现的GDP只是全世界的4.1%。规划到2020年我国经济总量将在2000年基础上翻两番，继续沿用传统的经济发展模式已经不可能。近来很多地区出现‘缺电’‘缺煤’‘缺天然气’等紧迫情况，使各级政府到广大公众都认识到节约能源的紧迫性。 大量的能源消耗还带来严重的环境问题。我国的能源消耗总量位居全球第二位，我国向大气排放的二氧化碳等温室气体量也已经是全球第二位，中国对于全球生态环境和可持续发展的影响已日益受到国际的关注。 现在中国的发展已经进入一个新的历史时期。今后的中国将在科学发展观的指导下努力向节约型社会发展，首先是要节能。近年发布的《国务院关于加强节能工作的决定》《国务院节能减排综合性工作方案》明确规定节能目标，强调要建立节能目标责任制，充分显示了我国政府高度重视能源安全，实现能源可持续发展的决心。 历年来，我国塑料的发展和应用已经为节能做出了很突出的贡献，受到社会各方面的肯定和支持。塑料产业应该认识自己的责任，积极发展服务于节约能源的产品，争取今后发挥更加重大的作用。 1建筑节能
建筑耗能目前约占全社会终端能源消耗的1/3，包括建筑应用时采暖和制冷的能耗和生产建材的能耗两方面。我国气候的特点是四季分明，大部分地区冬冷夏热，随着生活水平的提高，采暖和制冷的能耗增长很快。过去国内只有北方严寒和寒冷地区有采暖，夏季也很少使用空调。现在冬季要采暖夏季要空调已经相当普遍，所以建筑业能耗在社会总能耗的比例在逐年上升。现在不少城市在冬夏两季形成用电高潮，甚至要限制工业用电来保居民用电。 但是，我国在建筑节能方面目前还有很大差距。根据建设部资料，我国城乡即有建筑面积共约400亿平方米，其中住宅建筑总量约330亿平方米，而节能型住宅还不足2%。目前节能建筑的总面积仅为2.3亿平方米左右，在每年新增的近20亿平方米的竣工面积中，只有约5000万平方米建筑是节能建筑。 采暖和制冷的能耗取决于建筑的保温隔热性能（既所谓围护结构的热工性能）和采暖和降温系统的热效率。根据建设部调查，因为我国建筑围护结构保温隔热性能差，采暖空调系统能源效率低，建筑用能浪费严重，现在我国单位面积采暖能耗比气候条件接近的发达国家高约3-4倍。近来我国建筑界最热的主题是建筑节能。从中央到地方各级政府都在大力推动。我国‘建设事业“十一五”规划’要求新建建筑严格实施节能50％的设计标准，有条件的大城市和严寒、寒冷地区启动节能65％的新建建筑节能设计标准，同时大力开展对既有居住和公共建筑的节能改造。在全国空前的‘建筑节能热潮’中，发展和应用建筑用塑料受到了广泛的重视： 1-1改善建筑的保温隔热性能方面
在建筑耗能中采暖和制冷时通过围护结构损失的能耗占很大比例。世界各国的经验证明改善建筑围护结构的热工性能就可以大幅度降低能耗。为了达到外墙和屋顶对于保温隔热的要求必须在结构中采用低传热的材料，传统的围护结构材料是很难，甚至不可能达到要求的。所以，要求建筑节能的外墙和屋顶现在通常采用复合结构，在结构中有一层高保温隔热的建材。建筑用的保温隔热材料有很多品种，如泡沫水泥，岩棉，玻璃棉，泡沫塑料等，各有其优缺点和适用范围。但是经过多年实践，我国建筑界已经公认在大多场合各种泡沫塑料是最有竞争力的保温隔热材料，主要优点是保温隔热性能好、质量轻、不吸水、施工方便、价格低廉。例如一层40毫米的聚苯乙烯泡沫塑料EPS板的隔热效果相当于860毫米厚的砖墙，而每平方米40毫米EPS板的重量不到1公斤。因此在世界各国都大量应用塑料隔热材料，在我国的应用也日益广泛。 保温隔热的外墙和屋顶结构有许多设计方案，目前应用最广的是‘外墙外保温’。简单讲‘外墙外保温’是在混凝土或砖石结构的外墙上采用粘贴，浇入，钉挂等方式从外面加上保温层，然后再做表面防护装饰层。采用的保温层通常采用模塑发泡成型的聚苯乙烯泡沫塑料EPS板。经过多年的发展，我国外墙外保温技术已经比较成熟，造价比较经济，应用量增长很快。外墙外保温技术还特别适合应用于即有建筑的建筑节能改造。在外墙保温有部分是采用聚氨脂PU泡沫塑料，包括用硬泡喷涂和硬PU泡沫塑料板。PU泡沫塑料的保温，机械强度等性能优于聚苯乙烯泡沫塑料，但是价格较高。现在到北京等地的建筑工地上常常可以看到外墙贴满的白色EPS板的建筑，这种冬暖夏凉的建筑被戏称为‘穿棉袄的建筑’。 在屋顶保温隔热方面目前很受欢迎的设计方案是‘屋顶倒置保温法’，简单讲是在屋顶结构完成后先铺设防水层，然后铺设保温隔热层。保温层通常采用挤出发泡成型的聚苯乙烯泡沫塑料XPS。‘屋顶倒置保温法’的主要优点是把防水层放在保温层下不容易变质失效，非常有利于解决屋顶渗漏问题。XPS板强度高，铺设XPS的屋顶可以用做停车场和花园等。 在大跨度工业建筑和商用建筑中目前大量采用钢结构，其围护结构通常采用各种预制板。为了达到保温隔热的要求预制墙板一般都复合有保温隔热层，其中同样大量使用泡沫塑料，如聚苯乙烯泡沫塑料EPS或XPS，聚氨脂泡沫塑料。现在市场上各种复合泡沫塑料的预制板品种很多，用量最大的是泡沫塑料和钢板复合的‘夹芯板’，特别适用于施工快的轻结构房屋。四川地震后政府要求各地支持灾区的100万套过渡安置用板房大量采用了这种泡沫塑料夹芯板。此外，在建材领域采用的泡沫塑料品种还有交联聚乙烯泡沫塑料，酚醛泡沫塑料，聚丙烯泡沫塑料等。 在建筑耗能中采暖和制冷时通过门窗失的能耗也占不小比例。保温隔热的窗户目前也有很多品种在使用，如塑钢门窗，断桥铝合金窗等，同样各有其优缺点和适用范围。但是通过多年的市场竞争，应用量最大应用面最广的是塑钢门窗。因为构成塑钢门窗的聚氯乙烯型材是中空多腔结构，保温性能优越。通常公认采暖地区使用塑料窗替代普通钢窗，可以节约建筑采暖能耗30-50%。在政府的鼓励和支持下，我国塑钢门窗发展非常迅速，在新建筑中采用塑钢门窗的比例已经超过30%。目前我国门窗用塑料型材的年产量已经超过200万吨。 国内外的实践证明，用塑料为建筑保温隔热的节能效果是很显著的。据欧洲塑料协会PlasticEurope介绍，欧洲的老建筑的耗能约在每年每平方米20升燃油，现在德国、英国等的新建筑已经降低耗能到每年每平方米3升燃油，称为‘三升住宅’。现在欧洲已经在试验‘零耗能住宅’（把塑料保温隔热和其他建筑节能措施结合）。我国的一些建筑节能示范项目也做出了非常突出的成果。 1-2提高采暖和降温系统热效率和利用可再生能源。
为了实现建筑节能一个重要的方面是提高采暖和降温系统热效率和利用可再生能源。近年我国建筑技术进步很快，在采暖和降温系统和利用可再生能源方面有许多创新技术在应用。其中同样有许多场合适合或者需要采用塑料制品。 近年一种新型的采暖方式发展很快就是所谓‘地板采暖’（或者称辐射采暖，因为采暖管道不一定铺设在地板下也有铺设在天花板和墙内的）。地板采暖有许多优点，突出的是可以节约能耗和可以利用低温差的可再生热源。地板采暖的基本构成是盘绕在地板下的热交换管道，塑料管道因为柔韧可弯曲盘绕具有独特的优势。通常采用的是交联聚乙烯管PEX，耐热聚乙烯PE-RT管，铝塑复合管或聚丁烯PB管。目前我国每年铺设地板采暖的面积已经达到近1亿平方米，使用管道近5亿米。预测地板采暖的应用会继续高速增长。目前已经有一些高档建筑采用‘塑料毛细管系统’来实现房间的冬季采暖和夏季降温，替代常用的用气流调节温度的空调系统。新系统同样有不少优点，可以更加节约能源。 1-3降低建材生产过程能耗方面
建筑耗能包括生产建材过程中消费的能源。我国很多传统建材的年产量非常大，消费的能源在全国能源总消费量中占有相当大的比例，同时产生的污染对生态环境造成的影响也很严重。2005年我国的水泥产量达到10.6亿吨，钢材产量达到3.9亿吨。目前我国建材业的生产能耗占全国能耗9%左右，占工业能耗13%左右。排放粉尘和烟尘占全国工业排放量55%左右。有一资料介绍2002年我国生产水泥7亿吨，就耗煤9360万吨，排放二氧化碳4亿吨，烟尘粉尘809万吨。所以国家要限制，改造和部分淘汰（特别是要淘汰落后技术生产的建材）这些传统建材，在很多领域要鼓励和推动采用耗能低不污染的新型建材，所谓‘绿色建材’。 塑料建材在很多领域可以替代传统建材。近年来我国政府一直在鼓励和推动应用‘化学建材’，除了因为新型的化学建材具有很多性能上的优点以外，就是为了节约能源和保护环境的发展战略。在1997年发布的《国家化学建材推广应用‘九五’计划和2010年发展规划纲要》中明确指出：‘化学建材的节能效益十分突出，其节能效益表现在节约生产能耗和使用能耗两个方面。以单位生产能耗计算，建筑塑料制品仅为钢材和铝材生产能耗的1/4和1/8，硬聚氯乙烯（UPVC）塑料管的生产能耗仅为铸铁管和钢管的30-50%。’在给水，排水和线缆护套管领域目前已经大量应用各种塑料管道替代传统的铸铁管道，镀锌钢管和混凝土管道。塑料管道的应用正在逐步扩大，从建筑内扩展市政工程基本建设，从中小直径发展到大直径。目前年产量已经超过300万吨的塑料管道通过替代高耗能高污染和低使用寿命的传统管道也在为我国的建筑节能做贡献。 综上所述，塑料对于建筑节能的贡献是巨大和多方面的，建筑节能对于塑料的需求是长期和发展中的。希望我国塑料界重视建筑节能热给建筑用塑料带来的社会责任和发展机遇。 2交通运输节能
现在社会的特点是大量运用各种交通工具：车辆，船舶、飞机等，大量的物资和人员在不断的流动和运送。交通运输方面的能耗是非常巨大和逐年增长的。我国国土广阔，人口众多，随着经济的发展交通运输方面的能耗以及造成的环境影响已经成为战略性的大问题。在交通运输节能方面塑料同样起到十分重要的作用。 2-1交通运输工具的节能
众所周知，交通运输工具的能耗和其本身的重量密切相关。采用性能重量比大，容易成型加工的塑料可以显著地节约能耗。（大部分塑料的比重在1左右，而钢铁的比重超过7。） 我国迅猛增加的汽车对于能源的需要已经形成很大的压力，节能的措施之一是更多地采用更轻的塑料件。据报道，汽车每减少重量10%，油耗可以降低8-10%。现代的汽车上已经大量采用各种塑料和增强塑料件，如仪表板、保险杠、油箱等，在现代的汽车中塑料件的重量比已经在12-19%（1970年时约在6%）。按照我国汽车工业“十一五”计划到2010年我国汽车产量将接近1000万辆（实际上今年就要达到），保有量将达到5300万辆，平均每辆轿车塑料使用量将达到130-135公斤。预测汽车工业每年用塑料量将达到120万吨。 在其他交通运输工具中同样由于应用塑料取得显著的节能效果。例如；最新的‘空中客车’Airbus 380-800就因为25%的材料采用了纤维增强塑料，所以乘客可以多到853人，能耗可以降到每人每100公里3.3升燃油的创新水平（Boeing 747要耗4.3升）。 2-2减轻货物重量节能
塑料的迅速发展和广泛应用在很多领域内都带来了减轻重量的结果。减轻运输货物重量就可以通过节能取得经济和环境的效益。 最明显的是在包装领域。全球塑料包装的应用一直在不断地扩大。除了其他优点以外一个重要的原因就是重量轻。根据欧洲塑料协会的资料，塑料包装和其他包装的重量比（平均）约在四份之一，例如一个38克的塑料瓶就可以安全地包装1.5升流体。在今年全国支援抗震救灾中大家看到塑料瓶装水起到多么重要的作用，很难想象如果没有塑料瓶将是怎样的情况。
3利用可再生能源
为了节约有限资源保护自然环境，世界各国都在努力开发和利用可再生能源：太阳能、水力、风能、地热、潮汛等。在2007年欧盟各国达成协议要在2020年前把可再生能源在欧洲总能耗中的比例从现在的6.4%提高到20%。在开发和利用可再生能源塑料的作用同样到处可见。 在建筑耗能中利用可再生能源已经有很大进展，其中一类新技术是所谓‘地源热泵系统’，简单讲是利用土壤或地下水中的能源，设法在夏天把多余的热量移走送入地下存储，冬季把地下的热量取出采暖。该系统运行消耗的能量只是实现热量移动（热泵）的能量，比用不可再生能源采暖和降温要节约许多，通常可以节能40%-60%。这些系统也有许多不同的设计，但是都需要大量的管道来完成输送和热交换。我国的塑料管道业已经大量进入此领域。 2008年初我国南方的雪灾让我们注意到在现在社会中道路的冰冻会造成多么严重的后果。我们目前的办法除了人工清扫以外就是撒防冻冰剂（可能污染环境损坏路面的盐类），在欧美和日本已经采用的一种新技术是在路面下铺设塑料管道系统，利用土壤储能原理，在冬季通过循环地下水防止路面积雪和结冰，在夏季通过循环地下水防止路面因为温度过高而软化。天津已经开展‘公路太阳能-土壤蓄热技术用于公路融冰’的试验研究。 另一类新技术是太阳能利用系统。我国太阳能热水器快速增长，到2005年底累计推广使用面积已经达到7500万平方。‘中国可再生能源协会’预测到2020年我国太阳能热水器总集热面积将达到3亿平方米。推广使用太阳能热水器需要配套大量塑料管道。发展太阳能电池已经成为我国新的投资热点，制造太阳能电池同样需要大量塑料件的配套。 利用风能是当前的另一个热点，中国正在大量投资建设风力发电。现在的风力发电都采用高塔大风叶，这些尺寸巨大的风叶绝大部分采用纤维增强塑料。 除以上所述以外，在每个领域都可以看到发展和应用塑料对于节能的贡献。
例如：在日常生活的节能中同样有塑料在做贡献，只是不容易被注意到。例如：根据欧洲塑料协会的资料，现在的一台A级节能冰箱的耗能大约比1990年的冰箱可以节约50%，，重要原因之一是创新的隔热泡沫塑料。 节能效果还常常源于塑料独特的其他优越性能，如抗磨损，耐腐蚀等。因为使用寿命长就是节能。例如：石油开采业的输油注水管道过去都采用钢管，因为钢管耐腐蚀性差使用寿命低。根据胜利油田管理局调查，一般钢管在投产4-5年后就因为腐蚀需要更换。近年我国已经越来越采用各种增强塑料管，包括玻璃钢管和增强复合塑料管RTP。又如：我国石油抽提泵的井管采用抗磨损优异的超高分子量聚乙烯UHMW-PE衬管以后使用寿命可以提高几倍。这样的实例举不胜举。 4节省塑料和节约能源
节省材料就是节约能源，对于塑料尤其如此。因为塑料的原材料就是可以做燃料的石油、天然气和煤。根据欧洲塑料协会的资料，制造塑料大约用去石油和天然气总产量的4%。用少量石油和天然气和煤制成塑料不仅提供了大量不可缺少的原材料，而且因为大部分塑料在最后被废弃时还可以作为燃料回收能源，是利用这些不可再生资源的有利方式。 为了节约能源必须千方百计节省使用塑料。一方面依靠教育和管理防止浪费，如近年我国政府采取的限制过度包装，禁止免费发放购物塑料袋等措施。另一方面是依靠塑料产业的技术进步，用尽量少的塑料材料实现最大的经济的和社会的效益。 塑料产业的特点是技术进步非常快。在减少原料消耗提高利用效率上不断取得显著成果。其中包括树脂的改进，工艺的革新，应用的发展各方面。近年全球能源供应紧张和价格飞涨更推动了各种节省塑料的技术创新。这里仅举几个实例说明节省塑料的巨大潜力： ? 如聚乙烯树脂的长期强度不断在提高，从过去PE40、PE63等级到现在普遍使用的PE80、PE100等级，可以节省近一半材料。
? 如塑料制品加工很多采用‘分子取向技术’，可以显著提高性能。目前大量使用的包装薄膜和饮料瓶能做得这样薄这么轻，就是因为不少经过‘拉伸取向’。
? 如通过复合技术、改性技术、增强技术等可以把不同性能的材料（包括各种塑料和非塑料）巧妙地组合起来实现单一材料不可能达到的优异性能。 对节约能源有重要意义的是塑料可以大量循环利用，最后被废弃时还可以作为燃料回收能源。由于热塑性塑料具有在加热后可以重新成型的特点，生产和加工中产生的‘边角料’和使用后的废旧塑料有很大部分可以再生为新的制品。我国现在已经形成利用废旧塑料的完整产业链，每年循环利用的塑料量达到近千万吨的巨大规模。例如；我国建筑节能用的挤出聚苯乙烯泡沫塑料XPS板有很大部分是利用回收的废弃EPS（包装物等）再生制成的。
部分被污染，已变质和不适合‘再生’的废旧塑料可以作为燃料回收其中包含的能源，或者用在工业炉窑（水泥或钢铁），或者用于焚烧发电站。这方面国内刚起步，目前和发达国家还有较大差距。根据日本废旧塑料管理协会PWMI报告，2005年日本的废旧塑料中35%是作为能源回收的（总的循环利用率62%）。根据欧洲塑料协会资料，瑞士的废旧塑料约22%被再生回收，其余78%都被作为能源回收。 综上所述，塑料对节能大业已经有重大贡献，同时有重要的责任。为了节能大业，希望国家和社会各界鼓励和支持发展塑料产业，希望塑料产业在努力服务节能的同时抓住节能带来的市场机遇。
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