淺談節(jié)能建材

覃 東，蔡曉軍，趙 臣，張劍成，馬 赫，劉嘉蕙，稅安澤

（華南理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510640）

淺談節(jié)能建材

覃 東，蔡曉軍，趙 臣，張劍成，馬 赫，劉嘉蕙，稅安澤

（華南理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510640）

發(fā)展節(jié)能建材是降低建筑能耗的前提．本文概述了各種節(jié)能建材，介紹了外墻保溫材料、節(jié)能墻體材料、節(jié)能門窗玻璃和節(jié)能塑料材料的性能和用途，以期提供一個較為全面的節(jié)能建材信息．

節(jié)能建材；外墻保溫；節(jié)能門窗

1 發(fā)展節(jié)能建材的重要性

在全球氣候變暖、海平面上升、自然災(zāi)害頻率大幅增加等問題已對人類的生存和發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的大背景下，一股強(qiáng)勁的“低碳之風(fēng)”席卷全球．低碳理念不斷滲透到社會各方面，其中低能耗是實現(xiàn)低碳理念十分重要的一個環(huán)節(jié)．近年來，國家高度重視節(jié)能工作，明確提出了建設(shè)資源節(jié)約型社會的戰(zhàn)略任務(wù)．當(dāng)?shù)吞冀?jīng)濟(jì)和節(jié)能經(jīng)濟(jì)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展熱門話題的時候，如何降低建筑能耗以及推廣建筑節(jié)能材料已成為建筑行業(yè)甚至全社會廣泛關(guān)注的問題．

目前，我國的建筑能耗仍然占據(jù)著社會總能耗相當(dāng)大的比例，這是由于我國仍有大部分地區(qū)采用傳統(tǒng)的磚、瓦、灰、砂來建造房屋，不僅耗費(fèi)大量的原料和能源，而且房屋的能源損耗也很大．隨著我國城市化進(jìn)程的加速，越來越多的人口將生活在城市里，相應(yīng)的建筑物和設(shè)施也將成倍增加，建筑能耗不可避免的會大幅度增加．據(jù)分析顯示，我國北方城鎮(zhèn)，采暖能耗占全國城鎮(zhèn)能耗的45%，為建筑能源消耗的最大組成部分［1］．降低建筑能耗，已成為建筑節(jié)能的核心任務(wù)，也是社會廣泛關(guān)注的問題．

我國節(jié)能建材應(yīng)用和推廣起步較晚，與國外的先進(jìn)國家相比有較大差距．比如美國，早在90年代就設(shè)立法案制定屋面和墻體材料等各類建筑節(jié)能材料的標(biāo)準(zhǔn)，并大力鼓勵發(fā)展節(jié)能建材．我國節(jié)能建材自70年代開始生產(chǎn)以來發(fā)展相當(dāng)緩慢，實心粘土磚產(chǎn)量一直占據(jù)著我國墻體材料的主導(dǎo)地位；我國基本上沒有采用保溫隔熱材料，節(jié)能節(jié)材的門窗及上下水管的普及率更是不及發(fā)達(dá)國家的1／10［2］．因此，我國也逐漸提高對建筑環(huán)保節(jié)能的要求：到2010年全國新建筑三分之一以上達(dá)到節(jié)能建筑的標(biāo)準(zhǔn)，到2020年要通過進(jìn)一步推廣節(jié)能建材使全社會建筑的總能耗達(dá)到節(jié)能65%的總目標(biāo)．在低碳經(jīng)濟(jì)和降低建筑能耗的背景下，節(jié)能建材的廣泛生產(chǎn)和應(yīng)用對推動我國建筑節(jié)能和經(jīng)濟(jì)、社會的長期可持續(xù)發(fā)展有十分重要的戰(zhàn)略意義．

2 節(jié)能建材介紹

我國建筑能耗過高，其中一個很重要的原因就是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)（圍護(hù)結(jié)構(gòu)是指建筑物及房間各面的圍護(hù)物，分為透明和不透明兩種類型；不透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)有墻、屋面、地板、頂棚等；透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)有窗戶、天窗、陽臺門、玻璃幕等）相關(guān)的節(jié)能建材發(fā)展緩慢，保溫不良．因此我國逐步加緊圍繞節(jié)能保溫建材的開發(fā)生產(chǎn)技術(shù)及大力推廣應(yīng)用做了大量實踐，并取得比較顯著的成效，開發(fā)了許多節(jié)能建材，如蒸壓磚、加氣混凝土、聚苯乙烯保溫板、?；⒅椤⒅锌詹ＡШ退芰瞎懿?、多孔陶瓷貼板等．下面就對不同維護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能建材進(jìn)行簡要的介紹．

2．1 外墻保溫節(jié)能材料

在建筑能耗中，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損耗較大，而外墻保溫主要是依靠保溫絕熱材料作為建筑維護(hù)，建筑節(jié)能材料屬于保溫絕熱材料，一方面為了滿足建筑空間或熱工設(shè)備的熱環(huán)境，另一方面是為了節(jié)約能源．發(fā)展外墻節(jié)能材料及保溫技術(shù)是減低建筑能耗的主要實現(xiàn)方式．

外墻保溫節(jié)能材料的一般特征是內(nèi)部具有大量的封閉孔，表觀密度較小，具有大的熱阻和小的導(dǎo)熱系數(shù)，材料的吸濕率也要盡量低．另外還必須能抵抗一定的沖擊載荷，具有同使用環(huán)境相一致的機(jī)械強(qiáng)度，還要求收縮率小以及與環(huán)境相適應(yīng)的耐久性．

用于建筑外保溫節(jié)能材料主要有：聚苯乙烯泡沫塑料板、聚苯顆粒、?；⒅椋ㄒ卜Q閉孔膨脹珍珠巖）、巖棉板、玻璃棉氈等．

2．1．1 聚苯板

聚苯乙烯泡沫塑料板（包括膨脹聚苯板EPS和擠塑聚苯板XPS）以聚苯乙烯樹脂為主要原料，經(jīng)發(fā)泡劑發(fā)泡制成的內(nèi)部具有無數(shù)封閉微孔，表觀密度小，導(dǎo)熱系數(shù)小，吸水率低，而且尺寸精度高，結(jié)構(gòu)均勻，因此在外墻保溫中其占有率很高．聚苯板保溫系統(tǒng)以板材為基材，以粘結(jié)膠或砂漿粘于墻上，或者以機(jī)械式錨固定，外側(cè)粉刷層壓入玻纖網(wǎng)絡(luò)布．

聚苯板作為外保溫系統(tǒng)的主體材料，其導(dǎo)熱系數(shù)的高低將決定產(chǎn)品本身的保溫隔熱效果．周杰［3］對擠塑聚苯板在粘結(jié)膠漿以及干拌聚合物砂漿施工的保溫系統(tǒng)進(jìn)行對比，得出粘結(jié)膠漿施工的膨脹聚苯板較易在導(dǎo)熱系數(shù)、阻燃性及水蒸氣透過濕流密度指標(biāo)上達(dá)標(biāo)的結(jié)論．

2．1．2 聚苯顆粒

聚苯顆粒保溫砂漿是由聚苯顆粒和保溫膠粉按配比混合而成，使用時將膠粉加水?dāng)嚢璩蓾{體后加入聚苯顆粒，將其抹于墻體干燥后形成保溫性能良好的隔熱層．但其吸水率較高，使用時必須加做抗裂防水層．

聚苯顆粒有機(jī)材料耐燃性、防火性能差，高溫產(chǎn)生有害氣體，而且隔熱性能不及聚苯板，這些缺點(diǎn)限制了聚苯顆粒在工程上的應(yīng)用．

2．1．3 礦物棉

巖棉和玻璃棉可統(tǒng)稱為礦物棉，屬于無機(jī)保溫材料，在滿足保溫隔熱性能同時還能夠具有一定的隔音效果．可是礦物棉的質(zhì)量優(yōu)劣相差很大，保溫性能好的密度低，抗拉強(qiáng)度也低，耐久性比較差．同時，礦物棉在生產(chǎn)、施工、使用過程中易對人體產(chǎn)生危害，必須嚴(yán)格按照安全標(biāo)準(zhǔn)來使用．

2．1．4 玻化微珠

?；⒅橛址Q閉孔膨脹珍珠巖，是由玻璃質(zhì)火山巖經(jīng)破碎、篩分、高溫膨脹?；傻膬?nèi)部呈空腔結(jié)構(gòu)、外表?；忾]的微小不規(guī)則球狀顆粒．玻化微珠保溫砂漿是由?；⒅闉橹鞴橇希瑫r與水泥及外加劑混合組成的單組分干粉保溫砂漿．施工時，現(xiàn)場加水?dāng)嚢杈鶆颍芍苯邮┕び谧鳂I(yè)墻面上．克服了膨脹珍珠巖吸水性大、易粉化，在料漿攪拌中體積收縮率大，易造成產(chǎn)品后期強(qiáng)度低、保溫性能降低和空鼓開裂等現(xiàn)象，同時又彌補(bǔ)了聚苯顆粒有機(jī)材料易燃、防火性能差、高溫產(chǎn)生有害氣體和耐老化性低、施工中反彈性大等缺陷，提高完善了保溫砂漿的綜合性能和施工性能．

聚苯板的導(dǎo)熱系數(shù)在0．03～0．04W／（m·k），聚苯顆粒保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)在0．06 W／（m·k），而?；⒅榕cEPS、XPS板相比，導(dǎo)熱系數(shù)稍高［4］．在用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)找平層的保溫砂漿中，聚苯板需抹面砂漿在表面做加固層，聚苯顆粒砂漿也需要抗裂砂漿做保護(hù)，因為其抗壓強(qiáng)度只有0．2 MPa左右，而?；⒅楸厣皾{不需要額外的保護(hù)，可直接摸抹灰上墻．?；⒅楸厣皾{外墻保溫系統(tǒng)基本構(gòu)造為：基層墻體＋界面砂漿＋玻化微珠保溫砂漿＋抗裂砂漿＋（耐堿玻纖網(wǎng)絡(luò)布或鍍鋅鋼絲加錨固釘）＋外飾層（膩?zhàn)?、涂料或瓷磚、瓷磚粘結(jié)砂漿）．

當(dāng)然從建筑節(jié)能趨勢來看，對墻體導(dǎo)熱要求會越來越嚴(yán)格，要求保溫材料性能會更高，保溫材料厚度會增加，聚苯板的優(yōu)勢會越來越大，而?；⒅楸厣皾{如施工厚度不能太大，自然干燥較慢，對墻體傳熱系數(shù)的降低有一定的局限．但聚苯材料耐火性不及玻化微珠等無機(jī)材料，有機(jī)板類外墻保溫體系存在著易開裂、剝落、無法與建筑同壽命等缺陷．玻化微珠保溫砂漿可以作為聚苯板保溫體系的合理補(bǔ)充．

不可能要求單用一種保溫形式就可能達(dá)到節(jié)能效果，玻化微珠保溫砂漿還可以與低導(dǎo)熱有機(jī)材料聚苯板以及聚苯顆粒復(fù)合使用，能提高保溫系統(tǒng)的綜合性能．李友群等［5］采用雙摻骨料技術(shù)將?；⒅?、聚苯顆粒以適當(dāng)比例摻合使用制成的雙骨料保溫砂漿，具有聚苯顆粒堆積密度、導(dǎo)熱系數(shù)小和?；⒅閺?qiáng)度較大等優(yōu)點(diǎn)，強(qiáng)度高、保溫抗裂性能較好、施工性能好等優(yōu)點(diǎn)，各項性能指標(biāo)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，工作性能良好．

由保溫隔熱材料構(gòu)建的外墻外保溫和外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)，有效地解決了保溫隔熱、抗裂、抗風(fēng)化、抗震、防火、憎水、透氣、施工適應(yīng)性等問題，帶外墻保溫系統(tǒng)的建筑將會越來越普及，保溫系統(tǒng)的普及將會給各方面帶來巨大的商機(jī)．

2．2 節(jié)能墻體材料

墻體材料是建筑物的主要結(jié)構(gòu)砌筑及主體材料．以磚瓦工業(yè)為主逐漸發(fā)展壯大起來的我國墻體材料工業(yè)是我國建材工業(yè)的重要組成部分，其產(chǎn)品保溫性能對建筑能耗的影響很大．實心粘土磚一直占據(jù)著我國墻體材料的主導(dǎo)地位，實心粘土磚不僅消耗大量的粘土資源，而且其保溫、隔音性能十分有限．從上世紀(jì)80年代末以來，隨著墻改各項政策的落實，我國墻體材料工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有了明顯好轉(zhuǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平有了顯著的提高，實心粘土磚產(chǎn)量大幅下降，新型墻體材料不僅量上有了很大的增長，而且在產(chǎn)品種類和質(zhì)量水平上也有可喜的進(jìn)步，新型墻體材料在所有墻體材料中的比重由1992年的5%提高到目前的40%左右［6］．下面簡要介紹各類節(jié)能墻體材料．

2．2．1 砌磚

砌磚包括各種節(jié)土型燒結(jié)磚（包括粘土質(zhì)多孔磚和空心磚、燒結(jié)煤矸石磚、燒結(jié)粉煤灰磚等）、各種硅鈣質(zhì)蒸壓和養(yǎng)護(hù)磚（包括灰砂磚、粉煤灰磚、爐渣磚等）．

節(jié)土型燒結(jié)磚減少了粘土用量，添加廢棄物作為原料，不僅節(jié)約原料，還具普通實心粘土燒結(jié)磚所不具備的高強(qiáng)度、隔熱、吸音等優(yōu)良性能．

蒸壓磚是以粉煤灰或其他礦渣或灰砂為原料，添加石灰、石膏以及骨料，經(jīng)坯料制備、壓制成型、高效蒸汽養(yǎng)護(hù)等工藝制成．生產(chǎn)蒸壓磚能充分利用工業(yè)廢渣中產(chǎn)量最大的廢渣—粉煤灰．還可以添加建筑垃圾，萬瑩瑩等［7］利用廢棄混凝土和廢棄磚瓦作骨料生產(chǎn)蒸壓磚，證明是可行的．

2．2．2 砌塊

砌塊包括混凝土或輕集料混凝土空心砌塊、加氣混凝土砌塊和石膏砌塊等．

空心砌塊是由水泥和輕集料（如浮石、珍珠巖、煤矸石、陶粒）按照適當(dāng)配比混合配制，經(jīng)過砌塊成型機(jī)砌塊成型并經(jīng)過養(yǎng)護(hù)而成的產(chǎn)品．具有重量輕、保溫性能好、施工方便、砌筑速度快等優(yōu)點(diǎn)．

加氣混凝土砌塊由硅質(zhì)材料（砂）和鈣質(zhì)材料（水泥、石灰）為主要材料，加入適量的調(diào)節(jié)劑、發(fā)泡劑，經(jīng)混合攪拌澆注發(fā)泡、坯體靜停、切割、高溫高壓蒸養(yǎng)等工序制成．因此加氣混凝土砌塊具有無數(shù)微小、獨(dú)立、分布均勻的氣孔結(jié)構(gòu)而形成輕質(zhì)高強(qiáng)、耐久保溫、吸音、抗震、施工快捷（與粘土燒結(jié)磚相比）、可加工性強(qiáng)等多種功能，是一種優(yōu)良的新型墻體材料．

2．2．3 輕質(zhì)隔墻條板

包括玻璃纖維增強(qiáng)水泥輕質(zhì)條板、石膏空心板等．

輕質(zhì)隔墻條板重量輕，導(dǎo)熱系數(shù)低，隔音好，耐火度高，占用建筑面積小，施工方便，能有效減輕建筑載荷、提高抗震性能，增加使用面積、降低成本，是一種符合節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)的墻體材料．

耿玉珍和網(wǎng)新平［8］提到的玻璃纖維輕質(zhì)石膏速成墻板，不灌孔時用于隔墻，通過孔內(nèi)灌注混凝土可用于承重墻體結(jié)構(gòu)，具有良好的絕緣性，強(qiáng)度高而結(jié)構(gòu)自重輕，抗震、防火、耐腐蝕性能好、制作生產(chǎn)簡便．李?。?］提到，采用兩塊纖維增強(qiáng)硅酸鈣薄板作為面板材料，夾合水泥基聚苯乙烯顆粒混合料芯體制成的硅酸鈣復(fù)合式新墻板，具有實心、輕質(zhì)、薄體、隔熱、隔音、防火、易加工等優(yōu)點(diǎn)．

2．2．4 墻用薄板及復(fù)合墻板

包括紙面或無紙面石膏板、鋼絲網(wǎng)架水泥夾心板、彩鋼聚苯乙烯泡沫夾心板等．

石膏板作為非承重內(nèi)墻和吊頂板材，具有質(zhì)輕、保溫、隔熱、吸音、無毒等優(yōu)點(diǎn)．紙面石膏板是以建筑石膏為主要原料，摻入適量添加劑與纖維做板芯，以特制的板紙為護(hù)面，經(jīng)加工制成的板材．無紙面石膏板取消了護(hù)面紙，具有更好的濕度調(diào)節(jié)功能．

鋼絲網(wǎng)架夾心板的結(jié)構(gòu)是采用低碳冷拔鋼絲焊接成三維空間網(wǎng)架，然后將阻燃聚苯乙烯泡沫塑料板填充在預(yù)先焊好的兩片鋼絲網(wǎng)中間，經(jīng)斜插絲，點(diǎn)焊聯(lián)接而成．具有自重輕、保溫、隔熱性能較好、施工方便等優(yōu)點(diǎn)．廣泛應(yīng)用于各種建筑物非承重的內(nèi)墻、外墻、陽臺、舊樓改造加層等．

2．3 門窗保溫材料

門窗是建筑能耗的最薄弱部位，面積占建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積的30%．建筑能耗主要來自圍護(hù)結(jié)構(gòu)和門窗兩部分，其中門窗的能耗約占建筑總能耗的61%，是建筑能耗中最高的．因此，如果不解決好門窗的能耗問題，只考慮墻體保溫，建筑節(jié)能效果將十分有限．人們采取了各種節(jié)能門窗玻璃材料，如中空玻璃、真空玻璃、吸熱玻璃、透明隔熱涂料玻璃、鍍膜玻璃等．

中空玻璃由兩層或多層玻璃夾著空氣或惰性氣體，主要通過中間的氣體層來降低導(dǎo)熱系數(shù)，此外還具有較佳的防結(jié)露和隔音效果．真空玻璃將兩片平板玻璃四周密封起來，將其間隙抽成真空，真空玻璃比中空玻璃的保溫、隔音性能更好，同時熱阻更高．

此外，在玻璃表面覆蓋具有隔熱等性能的貼膜、涂料，也能達(dá)到節(jié)能效果．

2．4 塑料門窗及塑料管道

以塑料管和塑料門窗為主的節(jié)能化學(xué)建材制品，不僅生產(chǎn)能耗低，而且由于具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，比傳統(tǒng)的鋼、鋁制品具有更好的隔熱效果．如在采暖地區(qū)采用塑料窗替代普通鋼，可節(jié)約建筑采暖能耗30%－50%［10］．

加上生產(chǎn)塑料的原料來源比較豐富，近年來塑料門窗和塑料管道在建筑市場中得到廣泛的應(yīng)用．

3 結(jié) 語

抓好建材產(chǎn)品的開發(fā)，研發(fā)和推廣更多的新型低碳節(jié)能建筑材料，逐漸淘汰一些性能不足、缺乏競爭力的建筑材料．除了開發(fā)低碳節(jié)能材料，還要建立節(jié)能系統(tǒng)，節(jié)能材料的發(fā)展必須與節(jié)能技術(shù)相結(jié)合，才能真正發(fā)揮其作用．單一保溫材料難以滿足節(jié)能的需要，因此應(yīng)該合理選擇各種材料或者構(gòu)建復(fù)合節(jié)能系統(tǒng)，來滿足綜合的節(jié)能要求．同時，國家須出臺和完善各種建筑節(jié)能政策措施，政府相關(guān)部門和企業(yè)抓好建材行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，通過技術(shù)改造、資源優(yōu)化配置和產(chǎn)業(yè)升級，提高節(jié)能建材的生產(chǎn)．開發(fā)低碳型節(jié)能建材，將出現(xiàn)各種低碳節(jié)能建材；而建材行業(yè)把握低碳經(jīng)濟(jì)帶來的商機(jī)從低碳行業(yè)向低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，將真正迎來一場偉大的低碳革命．這樣的革命，對推動我國的建筑節(jié)能和經(jīng)濟(jì)、社會的長期可持續(xù)發(fā)展有十分重要的戰(zhàn)略意義．

［1］江億，楊秀．我國建筑能耗狀況及建筑節(jié)能工作中的問題［J］．中華建設(shè)，2006（2）：12－18．

［2］呂昌祝．淺談節(jié)能建材發(fā)展動向［J］．建筑創(chuàng)新導(dǎo)報，2008，25 （9）：71．

［3］周杰．聚苯板在建筑外保溫系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］．施工技術(shù)，2003（12）：42－44．

［4］俞紅蕊，朱磊．?；⒅闊o機(jī)保溫材料在工程中應(yīng)用的研究進(jìn)展［J］．資源節(jié)約與環(huán)保，2009（4）：44－46．

［5］李友群，李麗娟，蘇健波．不同級配?；⒅椋郾揭蚁╊w粒雙摻建筑保溫砂漿研究［J］．新型建筑材料，2009（6）：49－51．

［6］黃勇．新型墻體材料現(xiàn)狀及發(fā)展對策［J］．磚瓦世界，2007（11）：6－7．

［7］萬瑩瑩，李秋義，軒書琴．用建筑垃圾和工業(yè)廢渣生產(chǎn)蒸壓磚［J］．磚瓦世界，2006（7）：46－47．

［8］耿玉珍，王新平．新型墻體材料—速成墻板的應(yīng)用與發(fā)展［J］．建筑設(shè)備和建筑材料，2008，28（6）：196－197．

［9］李巍，黃見秋．纖維增強(qiáng)硅酸鈣復(fù)合實心輕質(zhì)隔墻條板［J］．新型建材，2004（8）：33－35．

［10］汪多仁．塑料門窗的開發(fā)與應(yīng)用［J］．門窗，2009（8）：20－23．

Discussion on the energy－saving building materials

QIN Dong，CAI Xiao－jun，ZHAO Chen，ZHANG Jian－cheng，MA He，LIU Jia－h(huán)ui，SHUI An－ze
（College of Materials Science and Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）

The precondition of reduce the building energy consumption is to develop energy－saving building materials．Various energy－saving building materials were summarized in this paper，the properties and applications for energy－saving wall materials，outer wall heat preservation materials，energy－saving door and window glasses，and plastic materials were also introduced，in order to provide a more comprehensive information on energy－saving building materials．

energy－saving building materials；outer wall heat preservation；energy－saving doors and windows

TU111．4

A

1673－9981（2010）04－0609－04

2010－10－19

覃東（1986—），男，廣西橫縣人，碩士．