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淺談我國建筑節(jié)能材料的應(yīng)用與發(fā)展綜述
摘要：21世紀(jì)是可持續(xù)發(fā)展的新世紀(jì)，隨著能源問題的日益緊張，建筑節(jié)能問題引起了越來越多國家的重視，發(fā)展節(jié)能建材是建筑節(jié)能的根本途徑。本文以建筑節(jié)能材料的應(yīng)用與發(fā)展為著眼點(diǎn)，從廣義建筑節(jié)能的角度綜述了國內(nèi)外建筑材料的發(fā)展概況和趨勢，以及在推廣應(yīng)用中存在的一些問題和解決方法，這將對建筑節(jié)能材料的選取提供參考，促進(jìn)建筑節(jié)材料的研究和發(fā)展。
1引言
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全球?qū)δ茉吹男枨笠踩找嬖龃蟆Ｔ诓粩嘣龃蟮目偰芎闹校ㄖ芎募s占總能耗的30%。而對能源問題的日益緊張，建筑節(jié)能問題引起了越來越多的國家的重視。而建筑離不開材料，開發(fā)研制建筑節(jié)能材料，是建筑節(jié)能的根本途徑。
建筑節(jié)能就是在建筑中合理使用和有效利用能源，不斷提高能源利用效率，降低建筑能耗[1]。建筑能耗包含廣義的建筑能耗和狹義的建筑能耗。本文所說的建筑能耗指的是廣義建筑能耗。
2建筑節(jié)能材料的內(nèi)涵
建筑節(jié)能這一概念內(nèi)涵豐富，在發(fā)達(dá)國家，這一說法經(jīng)歷了三個(gè)階段:“建筑節(jié)能”、“在建筑中保持能源”、“提高建筑中的能源利用效率”。在我國，現(xiàn)在仍通稱為建筑節(jié)能，但其含義應(yīng)該接近第三層意思，即在建筑中合理使用和有效利用能源，不斷提高能源利用率，降低建筑能耗量。建筑能耗包含廣義的建筑能耗和狹義的建筑能耗。目前所說的建筑能耗，常常指的是狹義建筑能耗，即建筑物在施工建設(shè)過程中所必須耗費(fèi)的資源、能量；廣義的建筑能耗還包括維持建筑物日常使用過程中所耗費(fèi)的資源，包括采暖、空調(diào)、熱水供應(yīng)、炊事、照明、家用電器等方面的能源[2]。
而所謂節(jié)能建筑，概括地說就是“凡是利用新型節(jié)能材料如混凝土空心砌塊，在建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、門窗密封、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、屋面材料等方面的新措施，與普通建筑相比使室內(nèi)達(dá)到更好的隔熱保溫性能的建筑”。節(jié)能建筑一般可分為集中式采暖系統(tǒng)和被動(dòng)式采暖兩大類。被動(dòng)式采暖節(jié)能建筑是利用太陽能的能量而基本上不用正規(guī)能源來達(dá)到節(jié)能的目的，在北方并不常用。而所謂集中式
采暖系統(tǒng)，是以減少外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)或加大熱阻系數(shù)來節(jié)約能耗的，也是建筑節(jié)能的主要發(fā)展方向。
從以上分析可知，建筑節(jié)能材料就是指維持建筑物日常使用過程中能耗低的建材，通過改變材料自身的特性來達(dá)到建筑節(jié)能的目的。節(jié)能材料屬于保溫絕熱材料；絕熱材料是指用于建筑圍護(hù)或者熱工設(shè)備、阻抗熱流傳遞的材料或者材料復(fù)合體，既包括保溫材料，也包括保冷材料。絕熱材料的意義，一方面是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[3]。 3我國建筑節(jié)能材料的應(yīng)用與發(fā)展
3.1建筑節(jié)能材料的發(fā)展現(xiàn)狀
在建筑中，墻體、屋面等圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料的熱工性能決定著整個(gè)結(jié)構(gòu)的熱損耗量，因此建筑墻體的改革與墻體節(jié)能技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用是建筑節(jié)能的一個(gè)最重要的環(huán)節(jié)，發(fā)展外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫技術(shù)及推廣應(yīng)用節(jié)能材料是建筑節(jié)能的主要實(shí)現(xiàn)方式。自1973年全球能源危機(jī)以來，世界上許多國家加緊了建筑節(jié)能 標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)和法令的制定與實(shí)施，使用了大量的保溫絕熱材料，并取得了顯著的節(jié)能效益。我國國家建設(shè)部、原國家計(jì)經(jīng)委和國家建材局于1987年發(fā)出關(guān)于實(shí)施《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中，明確提出新建住宅建筑要普遍采用保溫材料，提高墻體及屋面的熱阻，“九五”至2010年逐步實(shí)施第二步建筑節(jié)能50%的戰(zhàn)略目標(biāo)，建筑保溫節(jié)能材料得到一定程度的應(yīng)用，但由于過分追求降低建筑的一次性投資，至今推廣甚慢。
國內(nèi)外墻體材料改革的一個(gè)重要趨勢是將結(jié)構(gòu)材料與高效保溫材料組成復(fù)合墻體及屋面，以較少的能耗獲得最大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。我國墻改以來，輕質(zhì)墻，加氣混凝土、石膏板、石膏空心條板、紙面石膏板、空心砌塊、空心磚的推廣應(yīng)用取得一定的節(jié)能效益。多年來已發(fā)展了多種輕質(zhì)大板材料及結(jié)構(gòu)，如GRC板、夾心板、彩鋼泡沫夾心板、巖棉及玻璃棉夾心板、水泥聚苯板等，實(shí)踐表明，各有特色。但由于價(jià)格高、防火等級差、吸潮吸濕吸水率大、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工規(guī)范不配套等諸多不足，目前建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)往往無法接受。屋面保溫仍較多采用傳統(tǒng)的水泥珍珠巖、加氣混凝土塊、瀝青，也有采用聚苯板等有機(jī)泡沫保溫，其保溫效果差。
現(xiàn)階段我國節(jié)能材料得到了一定程度的發(fā)展，包括節(jié)能門窗、節(jié)能墻體等。當(dāng)前國內(nèi)外正在研究并推廣使用的節(jié)能玻璃主要有中空玻璃、真空玻璃、鍍膜玻璃等，生產(chǎn)過程中的低耗能建材有生態(tài)水泥、粉煤灰水泥等；外墻保溫根據(jù)保溫層位置的不同分為外墻外保溫、外墻內(nèi)保溫和中空夾心復(fù)合墻體保溫三種。此外，憎水珍珠巖及硅酸鹽復(fù)合絕熱涂料作墻體及屋面保溫，取得較好的使用效果及節(jié)能效益。
3.2建筑節(jié)能材料與技術(shù)
我國建筑節(jié)能材料種類多樣，本文將從節(jié)能屋面、節(jié)能墻體、節(jié)能門窗三個(gè)方面對建筑節(jié)能材料加以闡述。
3.2.1節(jié)能屋面
建筑屋面節(jié)能的最主要措施之一就是發(fā)展和應(yīng)用高效保溫隔熱材料。屋面保溫材料應(yīng)具有吸水率低、表觀密度和導(dǎo)熱系數(shù)較小，并有一定強(qiáng)度的性能。保溫隔熱材料按照材料特性可分為礦物棉制品、玻璃棉制品、膨脹珍珠巖制品、硅酸鋁纖維和泡沫塑料制品。在世界發(fā)達(dá)國家，如美國、西歐、北歐及日本等 國，在民用建筑中早已廣泛地采用了高效的保溫隔熱材料，其保溫隔熱材料以礦物棉、玻璃棉、泡沫塑料等優(yōu)良保溫材料為主。我國應(yīng)用較廣泛的有膨脹珍珠巖制品。如今，保溫隔熱材料即將從初期的膨脹珍珠巖、蛙石制品、工業(yè)鍋爐爐渣、石棉粉為主逐步發(fā)展為礦物棉、玻璃棉及其制品為主；近五年來又大量發(fā)展了發(fā)泡聚苯乙烯制品、發(fā)泡制品、發(fā)泡酚醛樹脂制品等，還有少量的泡沫玻璃制品、發(fā)泡石棉制品。一些新型材料兼具了防水、節(jié)能雙重性能，節(jié)能效果好。
而目前采用的屋面節(jié)能技術(shù)主要有倒置式屋面、屋面綠化、蓄水屋面、平改坡等幾種技術(shù)。倒置式屋面是與傳統(tǒng)屋面相對而言的，就是將傳統(tǒng)屋面構(gòu)造中的保溫層與防水層顛倒，把保溫層放在防水層的上面。由于工程中常用的保溫材料如水泥膨脹珍珠巖、水泥蛙石、礦棉巖棉等都是非憎水性的，這類非憎水性保溫材料如果吸濕后，其導(dǎo)熱系數(shù)將陡增，因而倒置式屋面采用的是“憎水性”保溫材料。這種倒置式屋面具有保溫隔熱性能極佳、施工方便、不易老化、不需排氣孔、維修方便的特點(diǎn)。屋面綠化、蓄水屋面、平改坡等幾種節(jié)能技術(shù)在我國也是常用的。
3.2.2節(jié)能墻體
外墻保溫節(jié)能主要是靠保溫絕熱材料作為建筑圍護(hù)，開發(fā)和應(yīng)用高效的保溫絕熱材料是保證建筑節(jié)能的有效措施。絕熱就是要最大限度地阻抗熱流的傳遞，因此要求絕熱必須具有大的熱阻和小的導(dǎo)熱系數(shù)。從材料的結(jié)構(gòu)上看，當(dāng)材料的表觀密度降低、孔隙率增大、材料內(nèi)部的孔隙為大量封閉的微小孔時(shí)， 材料的導(dǎo)熱系數(shù)是比較小的。
外墻的保溫方式根據(jù)保溫層位置的不同，可以分3類:外墻外保溫、外墻內(nèi)保溫和中空夾心復(fù)合墻體保溫3種。目前常用的保溫絕熱材料主要有:聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS, XPS)、泡沫玻璃、膨脹珍珠巖、巖（礦)石棉板、玻璃棉氈、海泡石、以及超輕的聚苯顆粒保溫料漿等。這些材料共同的特點(diǎn)就是在材料內(nèi)部都有大量的封閉孔，它們的表觀密度都較小，這也是作為保溫隔熱材料所必備的[4]。
1）礦物棉。巖（礦）棉和玻璃棉有時(shí)統(tǒng)稱為礦物棉，巖棉是以精選的玄武巖或輝綠巖為主要原料，經(jīng)高溫熔制成的無機(jī)人造纖維。巖棉制品具有良好的保溫、隔熱、吸聲、耐熱、不燃等性能和良好的化學(xué)穩(wěn)定性。巖棉有三種絕熱方式:內(nèi)絕熱、中間夾芯絕熱和外絕熱。但巖棉的質(zhì)量優(yōu)劣相差很大，保溫性能好的密度低，其抗拉強(qiáng)度也低，耐久性比較差。
2）破璃棉。玻璃棉與巖棉在性能上有很多相似之處，但其手感好于巖棉，可改善工人的勞動(dòng)條件。但它的價(jià)格較巖棉為高。目前我國的玻璃棉產(chǎn)量僅為美國的1 /60。
3）聚苯乙烯泡沫塑料。聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯樹脂為主要原料，經(jīng)發(fā)泡劑發(fā)泡而制成的內(nèi)部具有無數(shù)封閉微孔的材料。其表觀密度小，導(dǎo)熱系數(shù)小，吸水率低，隔音性能好、機(jī)械強(qiáng)度高，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。
4）硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料具有非常優(yōu)越的絕熱性能，導(dǎo)熱系數(shù)極低(0.025W/(m·K))且其特有的閉孔結(jié)構(gòu)使其具有更優(yōu)越的耐水汽性能，由于不需要額外的絕緣防潮，簡化了施工程序，降低工程造價(jià)。但因其價(jià)格較高、而且易燃，限制了它的使用。
5）硅酸鹽復(fù)合絕熱砂漿。硅酸鹽復(fù)合絕熱砂漿是一種新型墻體保溫材料，是以精選海泡石、硅酸鋁纖維為主原料，附以多種優(yōu)質(zhì)輕體無機(jī)礦物為填料，在數(shù)種加劑的作用下經(jīng)細(xì)纖化、擴(kuò)散膨脹、混溶、粘接等多種工藝深度復(fù)合而
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