芻議建筑節(jié)能材料與技術的應用

黃江麗

摘 要：隨著科學技術的不斷創(chuàng)新，我國建筑工程得到了進一步的深入發(fā)展，隨之帶來了嚴峻的能源緊張問題，已經(jīng)成為了當前社會發(fā)展過程中的時政熱點。建筑節(jié)能材料作為建筑節(jié)能的有效途徑，對于建筑工程的可持續(xù)發(fā)展起著舉足輕重的作用。

關鍵詞：建筑節(jié)能；節(jié)能材料；技術；應用

一般而言，建筑材料對于建筑工程的安全性與適用性起著重要的影響，隨著人們環(huán)境保護意識的不斷提高，為了提高傳統(tǒng)建筑材料的整體利用效率，新型建筑節(jié)能材料孕育而生。隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對建筑能源利用提出了更高的要求，注重不可再生資源的有效利用率，堅持可持續(xù)發(fā)展理念，積極開發(fā)利用可再生資源。因此，如何利用建筑節(jié)能材料與技術已經(jīng)成為了當前建筑行業(yè)發(fā)展的關鍵課題。

1 當前建筑節(jié)能發(fā)展現(xiàn)狀

雖然我國建筑工程取得了一定程度的發(fā)展，但是在實際的發(fā)展過程中存在諸多的問題，主要表現(xiàn)在四個方面：第一，我國節(jié)能工作與發(fā)達國家相比起步較晚，因此建筑節(jié)能水平比較落后。國內(nèi)大多數(shù)采暖地區(qū)圍護結構的熱功性能都比氣候相近的發(fā)達國家差許多。我國建筑節(jié)能設計與發(fā)達國家間存在差距，我國外墻的傳熱系數(shù)是他們的3至4.5倍，外窗為2至3倍，屋面為3至6倍，門窗的空氣滲透為3至5倍；第二，高耗能建筑數(shù)量龐大，建筑耗能的總量逐年上升，加劇能源危機。據(jù)分析，我國處于建設鼎盛時期，每年新建成的房屋面積高達16億至20億平方米，而96%以上是高耗能建筑，大約只有4%建筑應用了節(jié)能技術。以如此建設增度，從某種程度上來講，加劇了我國的能源危機；第三，節(jié)能技術開發(fā)成本相對較高。建筑節(jié)能設計初期投入成本偏高，同時政府相應的鼓勵政策不健全，大部分投資者對建筑節(jié)能投入積極性不高；第四，我國建筑節(jié)能設計體系不完善，建筑節(jié)能設計人員專業(yè)技能以及專業(yè)素養(yǎng)偏低，對節(jié)能建筑設計標準的認識不足。

2 建筑節(jié)能材料應用分析

2.1 外墻節(jié)能材料

一般而言，外墻保溫主要的建筑維護是保溫絕熱材料，積極開發(fā)與應用高效保溫絕熱材料，已經(jīng)成為了當前構建節(jié)能建筑的有效途徑。通過改善外墻結構的熱工性能，在夏季可減少室外熱量傳入室內(nèi)，在冬季可減少室內(nèi)熱量的流失，使建筑熱環(huán)境得以改善，從而減少建筑冷、熱消耗。在一定條件下，積極利用無定形無機材料以及有機高分子材料，其吸濕率低。同時，在某種程度上能夠抵抗沖擊荷載，具有一定的機械強度，粘結性能良好，環(huán)境耐久性高，對于保溫絕熱具有很大的影響作用。隨著我國外墻節(jié)能技術的不斷發(fā)展，一般的外墻節(jié)能材料主要有三種：第一，聚苯乙烯泡沫塑料。主要原料為聚苯乙烯樹脂，是由發(fā)泡劑發(fā)泡而形成的一種節(jié)能材料，表觀密度與導熱系數(shù)相對較小，吸水率低，同時聚苯乙烯泡沫塑料尺寸精度高、隔音性能良好、機械強度高，在外墻保溫技術應用中具有很高的價值；第二，礦物棉。礦物棉是一種無機材料，不具備燃燒性能，隔聲與保溫效果好，同時價格較低，但其抗拉強度較低、耐久性差；第三，硬質(zhì)聚氨醋泡沫塑料。這種節(jié)能材料絕熱性能優(yōu)越、導熱系數(shù)低、耐水汽性能好，但其價格較高、易燃，一定程度上限制了使用范圍。

2.2 屋面保溫材料

在建筑圍護結構傳熱損失中，一般建筑屋面?zhèn)鳠釗p失所占比例較大，嚴重影響了居住環(huán)境的舒適度，因此強化屋面保溫隔熱性能設計已經(jīng)成為了建筑節(jié)能的有效措施?，F(xiàn)階段，我國常見的屋面保溫材料有加氣混凝土、泡沫混凝土、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料等。加氣混凝土具有質(zhì)量輕、保溫性能好、吸音效果高、可加工等特點，被廣泛運用于建筑屋面上。泡沫混凝土是一種無機材料，其耐火性能好，導熱系數(shù)低，用于屋面保溫材料具有很好的節(jié)能效果。聚苯乙烯泡沫塑料具有質(zhì)量輕、保溫隔熱性能良好、價格便宜、易加工、施工操作簡單等優(yōu)點，但其耐熱性、抗老化性差，使用壽命小，不利于環(huán)保影響。聚氨酯泡沫塑料具有優(yōu)良的保溫性能，同時其導熱率很低，密度小，力學性能好，抗腐蝕、耐老化，使用壽命長，但其投資成本高。

2.3 其他新型材料

石膏是五大凝膠材料之一，隨著石膏工業(yè)的迅速發(fā)展，石膏的需求量逐年增大，開采量也逐年遞增，這加快了石膏資源危機。我國工業(yè)副產(chǎn)品石膏排放量逐年增長，隨著國家環(huán)保政策的不斷推動，天然石膏已經(jīng)逐漸被氟石膏、磷石膏、脫硫石膏等工業(yè)副產(chǎn)石膏所替代，應用于水泥及墻體材料的生產(chǎn)中。積極利用工業(yè)副產(chǎn)品石膏，有助于控制固體廢渣的二次污染，變廢為寶，節(jié)約天然石膏用量，提高不可再生資源利用率，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，提高社會經(jīng)濟收益。其次，太陽能是一種典型的可持續(xù)能源，是一種環(huán)保、節(jié)能、廉價、無污染的綠色能源，因此充分開發(fā)和利用太陽能，建造太陽能建筑，可以代替和節(jié)約能源，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3 建筑節(jié)能技術應用分析

3.1 屋面節(jié)能技術

屋面由于受太陽輻射面積大、時間長而成為節(jié)能設計的關鍵部位。又因屋面受其自身因素的影響，屋面保溫層材料應選擇導熱系數(shù)要偏低、密度要大，避免出現(xiàn)屋面重量與厚度過大等現(xiàn)象，同時對防水性能要求高。因此不斷開發(fā)利用屋面節(jié)能設計已經(jīng)成為了當前建筑節(jié)能的關鍵措施。在屋面節(jié)能設計過程中，主要注意兩個方面的內(nèi)容：第一，屋面的構造設計。傳統(tǒng)的屋面做法是將保溫層放置于防水層的下方。其所用的保溫材料如果吸濕后，導熱系數(shù)會陡增，因此需做隔氣層、排氣孔，施工條件苛刻，屋頂結構負荷大，容易老化而且不易翻修。倒置屋面是一種新型的節(jié)能型屋面保溫形式，就是將傳統(tǒng)屋面構造中的保溫層與防水層顛倒，把保溫層放在防水層的上面，其保溫層一般采用擠塑聚苯乙烯等新型材料。其構造簡單，不需設屋面排氣系統(tǒng)，防水層受保護，避免了熱應力，抗?jié)?、保溫隔熱與抗壓等性能優(yōu)越，施工簡易等特點。因此倒置式屋面技術得到了極大的應用與發(fā)展；第二，屋面的節(jié)能形式。近幾年，出現(xiàn)了屋面綠化、蓄水屋面、淺色坡屋面等多種屋面節(jié)能形式。城市建筑實行屋面綠化，可降低建筑能耗、減少溫室氣體排放，同時可以美化城市改善城市氣候，應積極推廣。蓄水屋面就是在剛性防水屋面上蓄一層水，其目的是利用水蒸發(fā)時，帶走大量水層中的熱量，大量消耗曬到屋面的太陽輻射熱，從而有效地減弱了屋面的傳熱量和降低屋面溫度，是一種較好的隔熱措施，是改善屋面熱工性能的有效途徑。淺色坡屋面對于太陽光的反射率高達65%，其隔熱效果好，能減少大量的能源消耗。

3.2 墻體節(jié)能技術

傳統(tǒng)墻體材料主要使用實心黏土磚，為了滿足保溫要求，通常要增加砌筑厚度，這種做法嚴重浪費了建筑能源和土地資源，其浪費率高?，F(xiàn)階段，單一的墻體材料已經(jīng)無法同時滿足保溫、隔熱的要求，因此在墻體節(jié)能技術設計中，推廣采用復合墻體以及空心磚墻技術，具有重要的現(xiàn)實意義。復合墻體一般用塊體材料或鋼筋混凝土作為承重結構，與保溫隔熱材料復合，或在框架結構中用薄壁材料加以保溫、隔熱材料作為墻體。當前，復合墻主要有內(nèi)保溫、中間保溫以及外保溫三種形式。就內(nèi)保溫而言，主要是在外墻內(nèi)側運用絕緣材料；中間保溫方法是將絕緣材料設置在外墻與內(nèi)墻之間，其保溫性能好；外保溫方法將復合絕緣材料設置在承重墻外側，熱穩(wěn)定性較強。在墻體節(jié)能技術應用過程中，為了提高保溫材料承受惡劣環(huán)境影響的能力，要注意保溫材料的耐久性以及墻體朝向的不同。通常墻體朝向不同其吸收的太陽輻射量也存在很大差異，向陽一面的墻所吸收的熱量較多，因此要在其它方向的墻體中設置保溫材料，有助于降低保溫費用消耗。

3.3 外門窗節(jié)能技術

在建筑節(jié)能設計中，外門窗作為關鍵的傳熱通道，是太陽輻射得熱與建筑結構失熱的重要部件。門窗具有采光、通風和圍護的作用，為了確保通風順暢以及采光效果的良好，要對門窗進行節(jié)能設計。對門窗的節(jié)能處理主要是改善材料的保溫隔熱性能和提高門窗的密閉性能。一方面從門窗框扇材料來看，目前主要有塑鋼型材門窗框扇、塑鋁型材門窗框扇、玻璃鋼型材門窗框扇及UPVC塑料型材門窗框扇。我國現(xiàn)使用較廣的是UPVC塑料型材及玻璃鋼型材門窗框扇。UPVC塑料型材，其生產(chǎn)過程中能耗少、無污染，而且材料導熱系數(shù)小，多腔體結構密封性好，因而保溫隔熱性能好。玻璃鋼型材熱導率低，玻璃鋼窗體保溫性能好，對熱輻射和太陽輻射具有隔斷性，隔熱性能好，而且具有耐腐蝕耐寒熱的特點。因此UPVC塑料型材及玻璃鋼型材是國家重點鼓勵發(fā)展的節(jié)能產(chǎn)品。另一方面玻璃的熱工性能對窗的節(jié)能性能也是有重大影響。為了增大通風采光面積，建筑門窗面積越來越大，大面積玻璃會造成能量損失過大的問題。因此通過不斷的技術創(chuàng)新，現(xiàn)推廣使用的的節(jié)能玻璃主要有中空玻璃、真空玻璃、鍍膜玻璃。中空玻璃導熱率很底，具有優(yōu)異的保溫性能。真空玻璃其隔音性能、透光折減系數(shù)好。鍍膜玻璃對可見光具有較高的透射率，可以保證對室內(nèi)的能見度，同時，對紅外光具有較高的反射率，達到保溫節(jié)能的效果。

3.4 太陽能技術

太陽能源作為一種可再生能源，具有安全性、可靠性、資源的廣泛及充足性等優(yōu)點。隨著科學技術的不斷進步，目前太陽能技術在建筑上取得了較大的突破。太陽能技術在建筑中主要應用于兩個方面：（1）太陽能光熱能供應系統(tǒng)，包括太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能采暖系統(tǒng)、太陽能制冷系統(tǒng)、太陽能照明系統(tǒng)。太陽能熱水系統(tǒng)是通過吸收太陽能的輻射熱能，加熱冷水給人們提供環(huán)保、安全、節(jié)能、衛(wèi)生的新型節(jié)能設備。太陽能采暖系統(tǒng)是將分散的太陽能通過集熱器把太陽能轉換成方便使用的熱水，通過熱水輸送發(fā)熱末端（例如：地板采暖系統(tǒng)、散熱器系統(tǒng)等）提供房間采暖的系統(tǒng)。太陽能制冷系統(tǒng)是將太陽能轉換成熱能，再利用熱能使系統(tǒng)達到并維持所需的低溫。在建筑中應用的太陽能空調(diào)屬于太陽能制冷的一種實例。太陽能照明系統(tǒng)本質(zhì)上是一個光電轉換系統(tǒng)，是通過采光裝置聚集室外的自然光線，并將其導入系統(tǒng)內(nèi)部， 然后經(jīng)過光導裝置強化并高效傳輸后，由漫反射器將自然光均勻?qū)胧覂?nèi)需要光線的任何地方，達到節(jié)約能源、經(jīng)濟、光效好、健康、提高工作效率的效果。光電轉換技術的一種應用產(chǎn)品“太陽能燈”具有不受供電影響，不用開溝埋線，不消耗常規(guī)電能等特點，廣泛用于住宅樓梯間照明，樓體外部亮化及小區(qū)內(nèi)道路、草坪的照明。（2）太陽能光電能應用系統(tǒng)，太陽能光伏發(fā)電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變?yōu)殡娔艿囊环N技術。光伏發(fā)電的優(yōu)點是較少受地域限制，因為陽光普照大地，光伏系統(tǒng)還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發(fā)電供電及建設同期短的優(yōu)點。因此，太陽能在建筑中應用的未來發(fā)展趨勢是建筑太陽能一體化，利用太陽能光熱能及光電能技術，把太陽能材料與建筑材料相結合，達到建筑節(jié)能的效果。

4 結語

綜上所述，建筑節(jié)能材料與技術的應用已經(jīng)成為了當前我國建筑行業(yè)發(fā)展的必然發(fā)展趨勢。因此，對新的節(jié)能材料的開發(fā)與應用勢必成為今后研究的重點，通過建筑節(jié)能新材料應用研究最終達到節(jié)約能源的目的。

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