調(diào)溫節(jié)能技術在建筑領域中的應用

崔榕健

提要建筑行業(yè)節(jié)能潛力很大，調(diào)溫節(jié)能技術有利于降低建筑能耗，其意義和影響十分重大。本文簡要介紹調(diào)溫節(jié)能技術的特點和應用，包括調(diào)溫節(jié)能墻體、調(diào)溫節(jié)能屋頂、調(diào)溫節(jié)能玻璃、調(diào)溫節(jié)能壁紙和窗簾。

關鍵詞：降低能耗；調(diào)溫節(jié)能；建筑

中圖分類號：TU-022文獻標識碼：A

一、引言

自20世紀七十年代末在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)能源危機以來，新能源與可再生能源的開發(fā)利用迅速成為全球科技界關注的一個焦點。建筑行業(yè)是耗能大戶，節(jié)能潛力很大。隨著生活水平的迅速提升，人們對居住環(huán)境的舒適性提出了越來越高的要求，為了滿足人們對居住舒適性的要求，同時大幅度降低對能源的消耗、減少溫室氣體的排放，開發(fā)新型復合建筑材料，最大限度地利用太陽能、地熱能、工業(yè)余熱等熱能資源是很有發(fā)展前景的一個新領域。

調(diào)溫節(jié)能建筑就是綠色可持續(xù)發(fā)展的建筑。這個概念所針對的就是與人類生活密切相關的生存問題。建筑室內(nèi)外設計就是可持續(xù)的設計，其表現(xiàn)為：靈活高效、健康舒適、節(jié)約能源、保護環(huán)境等方面的含義。建筑內(nèi)外生態(tài)設計的基本思路是以人為本、以環(huán)境為本，在為人們創(chuàng)造舒適的生活、工作環(huán)境的同時，最大限度地節(jié)約能源和減少污染、保持生態(tài)環(huán)境的持續(xù)發(fā)展和平衡，確立人與自然的和諧共存。因此，建筑業(yè)的發(fā)展與保護生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的關系是擺在我們面前最主要的問題之一。調(diào)溫節(jié)能技術是將相變儲熱技術用于建筑節(jié)能領域，以達到節(jié)約能源，保護環(huán)境的目的。調(diào)溫節(jié)能建筑新材料是將相變儲熱技術用于建筑節(jié)能領域產(chǎn)生的新型材料，這種新型材料可以根據(jù)環(huán)境溫度的變化在一定的溫度范圍內(nèi)自動儲存和釋放可觀的潛熱，減小室內(nèi)溫度的波動幅度，提高室內(nèi)熱舒適性。調(diào)溫節(jié)能建筑材料可用于墻體、墻板、地板以及家具材料，在冬季晴朗的白天可以儲存太陽熱能以備夜晚采暖之需；在夏季可以吸收室內(nèi)多余的熱量，防止室內(nèi)過熱，取得節(jié)約采暖和空調(diào)能耗、減少溫室氣體排放的目的。

二、調(diào)溫節(jié)能技術的特點

調(diào)溫節(jié)能技術是通過在普通建筑材料中加入相變材料制成的具有較高熱容、蓄熱性能較好的新型建筑材料技術。這種新型建筑材料通過其中的相變材料實現(xiàn)熱能的儲存和釋放。當環(huán)境溫度高于相變溫度時，材料吸收并儲存環(huán)境熱量；當環(huán)境溫度低于相變溫度時，材料將儲存的熱能釋放出來，用于升高環(huán)境溫度；在此相態(tài)變化過程中，材料的溫度維持在一個很窄的范圍內(nèi)。恰當?shù)厥褂脙δ苷{(diào)溫建筑材料構筑建筑圍護結構，可均衡或部分消除采暖與空調(diào)負荷或?qū)⒏叻遑摵赊D移至低谷，同時還能有效改善室內(nèi)的熱環(huán)境。此外，采用儲能調(diào)溫建筑材料可以減小外墻厚度，達到減輕建筑物自重、節(jié)約建筑材料的目的。新型建筑材料的特點是：相變溫度滿足要求；相變潛熱高；相變過程可逆性好；膨脹收縮性小、無過冷或過熱現(xiàn)象；導熱系數(shù)大、密度大、比熱容大；無毒、無腐蝕性；成本低、制造方便。此外，相變材料還需與建筑材料相容性好、可被吸收。

三、調(diào)溫節(jié)能技術的應用

下面根據(jù)調(diào)溫節(jié)能技術在建筑圍護結構中的應用形式，將其分為調(diào)溫節(jié)能墻體、調(diào)溫節(jié)能屋頂、調(diào)溫節(jié)能玻璃、調(diào)溫節(jié)能壁紙和窗簾。

1、調(diào)溫節(jié)能墻體。調(diào)溫節(jié)能墻體材料是一種含有相變材料的建筑圍護結構材料，根據(jù)不同的建材基體可將其分為三類：一是以石膏板為基材的調(diào)溫石膏板，主要用作墻體內(nèi)襯和室內(nèi)裝修；二是以混凝土為基材的調(diào)溫混凝土，主要用作外墻材料；三是以保溫隔熱材料為基材，制備的高效節(jié)能型保溫材料。調(diào)溫墻板增加了圍護結構的熱惰性，大大降低了通過圍護結構的傳熱量，可顯著提高室內(nèi)環(huán)境的熱舒適性。調(diào)溫混凝土一般做成板狀或空心砌塊直接用于建筑墻體。將調(diào)溫節(jié)能墻體材料與一定的通風方式及性能良好的保溫材料相結合，能起到更好的調(diào)溫、節(jié)能作用。比如，在調(diào)溫節(jié)能墻體中設置風道，利用夜間通風，在冬季可以由空氣將墻體日間所蓄熱量帶入室內(nèi)供夜間采暖之用；在夏季可以將墻體在夜間散入室內(nèi)的熱量帶出，降低夜間空調(diào)系統(tǒng)的負荷；還可以在調(diào)溫節(jié)能墻體或樓板中設置電加熱器、冷（熱）水管等輔助熱源。使用相變墻可使建筑的逐時負荷均勻化，減少空調(diào)設備的初投資和運行費用。

2、調(diào)溫節(jié)能屋頂。對包含不同熔點的雙層調(diào)熱模塊用于屋頂時的調(diào)溫機理和使用效果進行了模擬和實驗研究。所研究的節(jié)能模塊由長方形不銹鋼容器包封共晶水合鹽構成。結果表明：將含較高熔點相變材料和較低熔點相變材料的兩個蓄熱體按從外到內(nèi)的順序夾在普通屋面材料和混凝土天花板之間可實現(xiàn)全年自動調(diào)溫，取得冬暖夏涼的效果。

3、調(diào)溫節(jié)能玻璃。瑞士的建筑師設計并申請了“神奇玻璃”的專利，并于2001年前后安裝在了一面向陽的玻璃墻上。太陽光被玻璃墻吸收，轉化為熱量使相變材料熔化，在完全熔化之前，墻體的溫度保持在相變溫度27℃附近。達50℃時，4cm厚的玻璃墻儲存的熱量相當于30cm磚墻可儲存的熱量。晚上自然冷卻或陰天時，溫度又可維持在27℃附近，墻體在一個小的溫度范圍內(nèi)釋放儲存的熱量。保溫良好時，可避免熱量向外界散失。在夏季或太陽光強烈時，為避免模塊化相變材料 墻過熱，高于40℃的太陽直射光被三棱鏡玻璃反射回去，不能被吸收。由于相變材料玻璃的光學特性，玻璃墻是半透明的，可透過太陽光。墻體蓄熱量越大，其導熱性就越好，如今的“神奇玻璃”幕墻可滿足供暖、透光和室內(nèi)裝修等多方面的要求。

4、內(nèi)墻調(diào)溫壁紙和調(diào)溫窗簾。美國專家研制出一種調(diào)溫壁紙。當室溫超過21℃時，將吸收室內(nèi)余熱，低于21℃時，又會將熱量釋放出來。這種調(diào)溫壁紙可設計成三層：里層是絕緣層，能把冷冰冰的墻體隔開；中間是一種特殊的調(diào)節(jié)層，由經(jīng)過相變材料處理的纖維組成，具有吸濕、蓄熱作用；表層美觀大方，上面有無數(shù)的孔，并印有裝飾圖案。建筑物中一個重要的熱量弱環(huán)是窗戶。由于玻璃的絕熱性能差，大量的熱在夏日白天通過玻璃進入建筑物內(nèi)；冬天的晚上，窗戶成為熱損失的主要原因。經(jīng)過相變材料處理的百葉窗或窗簾可以解決這一問題，并保證建筑物內(nèi)空氣調(diào)節(jié)的效率。相變調(diào)溫窗簾是一種三層織物，由兩層紡織物和一層填充有相變材料的泡沫層壓而成。泡沫中的相變材料通過吸熱或散熱節(jié)通過三層結構的熱流，形成了一個熱屏障。對調(diào)溫窗簾進行測試表明，與普通窗簾相比，其熱流量可降低30%。

四、結語

近年來，隨著我國城市化建設的快速發(fā)展，能源緊缺的問題凸現(xiàn)，已經(jīng)嚴重影響和制約了我國經(jīng)濟社會的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，建筑在建造和使用過程中直接消耗的能源占全社會總耗能的30%，并呈上升趨勢。要加快建設節(jié)約型社會，建筑節(jié)能潛力巨大。調(diào)溫節(jié)能技術有利于降低建筑能耗，促進我國能源、經(jīng)濟、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展、其意義和影響十分重大。

（作者單位：山東建筑大學）

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