從建筑組成部分和材料出發(fā)淺析建筑節(jié)能

董　如　郭玲麗

摘要： 從建筑工程的組成和構(gòu)造以及各組成部分的建筑材料出發(fā)，分析了目前建筑節(jié)能的發(fā)展情況，結(jié)合我國(guó)節(jié)能建筑的發(fā)展情況，提出了存在的問(wèn)題和解決問(wèn)題的若干措施和建筑節(jié)能技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞： 建筑組成部分；建筑材料；節(jié)能建筑

建筑能耗是社會(huì)總能耗的重要組成部分，據(jù)統(tǒng)計(jì)，西方發(fā)達(dá)國(guó)家的建筑能耗占其國(guó)家總能耗的30％～40％。我國(guó)目前這一比例為27.6％，盡管現(xiàn)在低于發(fā)達(dá)國(guó)家水平，但是隨著人們對(duì)居住、辦公等環(huán)境質(zhì)量的要求逐步提高，建筑能耗尤其是其中的電力消耗，將會(huì)給國(guó)家的能源供應(yīng)帶來(lái)越來(lái)越大的壓力。

建筑從勘查設(shè)計(jì)至竣工交付使用直至其服務(wù)于人們的生活、工作的全壽命周期，由此可以看出，建筑能耗具有明顯的時(shí)間區(qū)域性。相對(duì)從建筑材料制造、建筑施工過(guò)程的能耗來(lái)講，建筑全使用壽命周期的能耗無(wú)論從總量還是總時(shí)間長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)，對(duì)社會(huì)總能耗的影響巨大。因此，本文所討論的建筑能耗主要指建筑使用過(guò)程中的能耗。

中國(guó)目前的建筑能耗以供暖、空調(diào)和通風(fēng)為主,三項(xiàng)之和占到了建筑總能耗的2 /3 。這三項(xiàng)能耗的基本途徑與以下建筑組成部分息息相關(guān)。以下就不同建筑組成部分為分類依據(jù)，分析節(jié)能材料的應(yīng)用和發(fā)展方向。

1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能

我國(guó)幅員遼闊，不同地區(qū)氣候條件差別很大，但統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，不同地區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱能耗，占建筑物總能耗的57%～77%。因此，建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)采取技術(shù)措施的部位。

其中，通過(guò)外墻損失的熱量占建筑總熱耗的35％～49％。因此，許多國(guó)家都大力發(fā)展低能耗的墻體材料。保溫絕熱材料的節(jié)能能力由材料的導(dǎo)熱系數(shù)決定。導(dǎo)熱系數(shù)越小，保溫隔熱性能越好?？傮w來(lái)說(shuō)，絕熱材料都具有輕質(zhì)、疏松、多孔或?yàn)槔w維狀的特點(diǎn)。目前多層建筑中廣泛采用的燒結(jié)多孔磚和聚苯乙烯泡沫塑料就是典型的絕熱材料。建筑物維護(hù)結(jié)構(gòu)的主要建筑材料有砌墻磚、砌塊和板材。

其中砌墻磚按其強(qiáng)度是否是通過(guò)燒結(jié)形成分為燒結(jié)磚和非燒結(jié)磚。燒結(jié)磚包括普通粘土磚，燒結(jié)多孔磚、燒結(jié)空心磚等。普通粘土磚由于其生產(chǎn)會(huì)破壞生態(tài)，給環(huán)境帶來(lái)永久性損害，其燒制過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生二氧化硫等污染氣體，而且其保溫隔熱性能也遠(yuǎn)低于新型材料，目前在我國(guó)的大部分城市已經(jīng)禁止使用，資料顯示，已經(jīng)有139個(gè)城市完成了實(shí)心粘土磚的禁用、限用。非燒結(jié)磚不會(huì)破壞生態(tài)，有利于保護(hù)農(nóng)田和減少環(huán)境污染，利用工業(yè)廢渣制造非燒結(jié)磚已經(jīng)成為砌墻磚生產(chǎn)的主要途徑之一。但是在廣大農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)，粘土磚因其原料廣泛，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，仍是主要建筑材料，粗略估計(jì)，實(shí)心粘土磚的用量仍占?jí)w總用量的80％。北京市4000多個(gè)自然村中，95％以上的建筑依然使用紅磚，即普通燒結(jié)磚。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)墻體材料企業(yè)約有10萬(wàn)家，其中磚瓦企業(yè)9萬(wàn)家以上，墻體材料年總產(chǎn)量折合為普通磚約為8500億塊，其中普通實(shí)心粘土磚為5000億塊。這些數(shù)據(jù)不容樂(lè)觀，普通粘土磚耗能嚴(yán)重，國(guó)家禁令頻頻，卻仍然有很大的市場(chǎng)，主要有以下兩方面的原因，一是節(jié)能宣傳不到位，單純法令禁止不能使老百姓切身感受到節(jié)能材料帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；二是新型墻體材料的成本問(wèn)題，如混凝土空心砌塊，生產(chǎn)周期長(zhǎng)、工序復(fù)雜，銷售價(jià)格遠(yuǎn)高于普通粘土磚。

目前，在使用環(huán)節(jié)，我國(guó)已經(jīng)加大對(duì)新型墻體材料推廣的支持力度。凡財(cái)政撥款或補(bǔ)貼的行政機(jī)關(guān)辦公用房、公共建筑、經(jīng)濟(jì)適用房、示范建筑小區(qū)和國(guó)家投資的生產(chǎn)性項(xiàng)目，都必須選用新型墻體材料。利用預(yù)算內(nèi)資金或國(guó)債資金以及中小企業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金，對(duì)新型墻體材料重大技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化示范項(xiàng)目給予必要的資金支持；在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，利用廢渣、爐渣、粉煤灰等或摻廢料30％以上的非燒結(jié)磚年產(chǎn)量占總產(chǎn)量的16％以上，全國(guó)新型墻體材料已經(jīng)占到墻材年總產(chǎn)量的近39.26％，其中砌墻磚類墻材產(chǎn)品占到了32.13％。

外墻材料的設(shè)計(jì)發(fā)展方向及節(jié)能措施主要以在采用新型墻體材料的同時(shí)在墻體內(nèi)外側(cè)敷設(shè)保溫隔熱材料為主，輔助措施有反射幕墻、植物覆蓋綠化等等。其中玻璃幕墻結(jié)合太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)成為目前節(jié)能建筑發(fā)展的新旗幟，2008年10月18日正式并網(wǎng)運(yùn)行的保定"電谷錦江國(guó)際酒店" 其發(fā)電主體是總計(jì)達(dá)到3800塊、4500平方米的玻璃幕墻。玻璃幕墻是目前高層建筑常用的帶有裝飾效果的輕質(zhì)墻。"電谷錦江"的建成，使我國(guó)節(jié)能建筑的發(fā)展又邁進(jìn)了關(guān)鍵的一步，也為今后建筑材料的功能化發(fā)展指明了方向。

2 屋頂節(jié)能

屋頂是建筑物頂部的外圍護(hù)構(gòu)件和承重構(gòu)件。抵御自然界雨、雪及太陽(yáng)能輻射等對(duì)建筑的影響，同時(shí)承受建筑物頂部荷載。因此屋頂必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度，作為節(jié)能的重要部位，更要有保溫隔熱的能力。目前普通建筑的屋頂依據(jù)建筑材料、結(jié)構(gòu)形勢(shì)、頂部造型的不同，主要分為平屋頂、坡屋頂和其他類型屋頂。坡屋頂一般坡度在10%以上，其特點(diǎn)是屋面排水速度快。坡屋頂在保溫方面較平屋頂有更多的優(yōu)勢(shì)，其保溫方法一般有兩種：一種是在屋面掛瓦和望板之間加保溫材料，另一種是在坡屋頂下做吊頂并在頂棚內(nèi)鋪輕質(zhì)保溫材料，如鋸末、礦渣棉等。北京市從2002年開始實(shí)施的"平改坡"工程，正是坡屋頂良好保溫性能的"發(fā)現(xiàn)之旅"，并為北京采暖季節(jié)的節(jié)能和城市環(huán)境治理帶來(lái)巨大的影響。坡屋頂較平屋頂?shù)淖畲髢?yōu)勢(shì)就在于，屋頂結(jié)構(gòu)為設(shè)置隔汽層和封閉的空氣間層提供了空間。屋頂表面采用柔性防水時(shí)，能夠反射陽(yáng)光輻射的材料也將給建筑的節(jié)能效率帶來(lái)較大的影響。

立體綠化也是節(jié)能建筑屋頂設(shè)計(jì)的發(fā)展方向之一，覆土和植草屋面的生態(tài)保溫隔熱效果明顯，在一般的防水層上加塑料凹凸板、蓋土工布，起到防水、擋土、濾水的作用。研究數(shù)據(jù)表明，立體綠化可以使屋頂溫度降低5.C以上。屋頂綠化不僅對(duì)建筑物降低能耗有顯著作用，同時(shí)也能緩解大氣浮塵凈化空氣，保護(hù)建筑物頂部，延長(zhǎng)建筑物使用壽命。西方發(fā)達(dá)國(guó)家在立體綠化方面起步較早，相繼建造了各類規(guī)模和結(jié)構(gòu)的屋頂綠化工程。日本的東京甚至通過(guò)立法強(qiáng)制屋頂?shù)木G色植物覆蓋率，規(guī)定凡是新建建筑占地面積超過(guò)1000平方米者，屋頂必須有20％的植物覆蓋，否則將被處以罰款。我國(guó)屋頂綠化建設(shè)始于上世紀(jì)60年代。深圳、上海、廣東等省市紛紛出臺(tái)屋頂綠化的相關(guān)實(shí)施辦法。屋頂綠化需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是荷載，目前屋頂綠化的種植層使用人工介質(zhì)、輕質(zhì)土、腐葉土、鋸末、復(fù)合肥或者蛭石、珍珠巖、煤渣、谷殼等提前配制好的種植土，這些合成土的特點(diǎn)是重量輕、透氣性好、營(yíng)養(yǎng)充足且不易板結(jié)，不僅利于植物生長(zhǎng)，而且在草坪厚20～30cm時(shí)，增加荷載僅為100kg/m2，即使舊屋也能滿足該荷載要求。

3 門窗節(jié)能

就其建筑部位劃分，門窗應(yīng)屬于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，門窗面積約占建筑外維護(hù)結(jié)構(gòu)面積的30％,門窗傳熱及其空氣滲透耗熱量最大，是建筑能耗散失的最薄弱部位,各地區(qū)約占建筑物總耗熱量的50% ～60%不等，顯然，門窗的節(jié)能在建筑節(jié)能中具有舉足輕重的地位。目前國(guó)內(nèi)在建筑上所使用的門窗，主要有鋼、木、鋁（合金）、塑鋼四大類。木門窗由天然木材加工制成，屬傳統(tǒng)門窗類型，但因木材生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，過(guò)多的使用將會(huì)對(duì)環(huán)境造成惡劣影響，而塑鋼門窗、玻璃鋼門窗與木門窗相比，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久、密封性好，隔音效果好，且具有良好的絕熱性能，正逐漸替代木門窗，成為門窗建材的首選。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，塑鋼門窗節(jié)約能源較鋁合金提高30％以上，特別適合冷氣空調(diào)環(huán)境，使用塑鋼門窗的房間比使用木門窗的房間，冬季室內(nèi)溫度平均提高4℃~5℃，這對(duì)北方采暖季的煤耗、電耗等的節(jié)約都將起到重大的作用，同時(shí)也節(jié)約了大量的木材和鋼材，提高了人們的居住質(zhì)量。目前，由于木門窗易變形、防火絕緣性差、耐久性差等缺點(diǎn)，其應(yīng)用范圍正逐步萎縮，但是，鋁合金門窗因其施工維修方便、重量輕、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，有很大的應(yīng)用量，同時(shí)，因?yàn)槠鋱?jiān)固耐用，已使用該類型門窗的建筑更換的概率較小，但是，鋁合金門窗具有較高的導(dǎo)熱性，這一特點(diǎn)無(wú)論是對(duì)冬季采暖還是夏季空調(diào)來(lái)說(shuō)，都會(huì)造成能源浪費(fèi)。因此，原有鋁合金門窗的改造升級(jí)，將是節(jié)能建筑改造丞待解決的問(wèn)題之一。

窗戶上能量傳遞方式主要有：輻射傳遞、對(duì)流傳遞、傳導(dǎo)傳遞，另外空氣滲漏也是窗戶能量損失的重要組成部分。輻射傳熱可通過(guò)物理學(xué)原理境地玻璃表明發(fā)射率得到改善，如鍍膜玻璃對(duì)太陽(yáng)光中的熱射線具有一定的控制作用，在保證室內(nèi)采光柔和的條件下，可以有效的屏蔽進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射能，從而避免暖房效應(yīng)，節(jié)約能耗，而且鍍膜玻璃對(duì)于可見(jiàn)光有較高的透過(guò)率，有利于自然采光，從而節(jié)省照明費(fèi)用；傳導(dǎo)損失主要發(fā)生在玻璃和窗框之間，通過(guò)使用絕密的邊部密封材料可以有效的減少此類損失；對(duì)流損失主要指玻璃間隔層內(nèi)的氣體運(yùn)動(dòng)所帶來(lái)的熱量損失，通常通過(guò)充入特殊氣體解決。

玻璃的發(fā)展日新月異，現(xiàn)代玻璃技術(shù)的發(fā)展，使其裝飾性和功能性緊密的聯(lián)系在一起，成為未來(lái)節(jié)能建筑的主要材料之一。

4 樓地面節(jié)能

由于建筑物地面并不直接暴露在外界環(huán)境中，所以，相對(duì)其他結(jié)構(gòu)，樓地面更利于保溫。現(xiàn)在的大部分的民用建筑都有地下室和一定的地下空間，使地面與地基之間有一定的空氣隔層，提高保溫性能。如今，地板采暖在城市建筑中的應(yīng)用十分廣泛，較普通的散熱片采暖方式，地板采暖在節(jié)能方面表現(xiàn)突出，采用散熱片采暖，一般出水溫度要求在70度以上，而地板采暖的輻射面大，要求的供水溫度相對(duì)較低，只需40～50度，而且可以克服傳統(tǒng)采暖部分熱量從門窗散失的缺點(diǎn)，地板采暖的節(jié)能幅度約為10％～20％。但是，地板采暖同時(shí)對(duì)樓地面的鋪設(shè)材料的絕熱性能提出了更高的要求，需要在樓地面的中間層鋪設(shè)有較好的剛性、韌性和較大的蓄熱系數(shù)的保溫材料。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源需求不斷增長(zhǎng)，能源供應(yīng)面臨巨大挑戰(zhàn)。和西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在能源問(wèn)題上所面臨的形勢(shì)相當(dāng)嚴(yán)峻，人均主要能源資源占有量低。建筑能耗巨大，大力發(fā)展節(jié)能建筑是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。

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作者簡(jiǎn)介：董如女，碩士研究生，河北省辛集市人，主要研究方向?yàn)榧夹g(shù)經(jīng)濟(jì)及管理、能源等。

郭玲麗，女，碩士研究生，吉林省長(zhǎng)春市人，主要研究方向?yàn)榧夹g(shù)經(jīng)濟(jì)及管理、能源等。