植物纖維新建筑體系的低碳節能特性——關于低碳建筑體系、建筑形式、建筑構件的探索與實踐

孫成建 曹玉蓮 孫艷清（河北綠環新型墻材科技有限公司，河北 宣化 075100）

1 低碳經濟在中國的現狀與瓶頸

1.1 現狀

中國是世界上耗能大國，也是能源利用率極低的大國。2009 年，全國單位GDP 能耗為1.077 噸標準煤，高于發達國家的近3 倍。2009年全球碳排放316 億噸，中國排放了70 億噸，占到23%。

低碳節能是中國經濟后金融危機時期發展的必經之路，是關乎中國這個巨大經濟體能否生存、可否持續發展的重大課題。在淘汰小火電、小鋼鐵、小水泥較方便措施基本用盡，又找不到節能減排新潛力的情況下，無奈采取拉閘停電等極端手段，這就是中國低碳轉型面臨的嚴峻現狀。

1.2 瓶頸

建筑業節能是中國低碳節能全局的瓶頸。只有突破建筑領域低碳節能這個瓶頸，中國的低碳節能經濟轉型才能實現。建筑業低碳節能的成效，對全國低碳節能的影響巨大。

1）建筑業耗能比重巨大

建筑耗能在全社會耗能中，其狹義的建筑耗能達到37%，這個概念不能準確科學反映建筑耗能的真實狀況，因為這種表述只含括了局部不是整體。而包含與建材生產、建筑施工及建筑使用期耗能相關運輸耗能、維護耗能等都是建筑耗能的范疇，整體或說廣義的建筑耗能，將占全社會耗能的64.09%，甚至更高。

僅以電煤一項舉例：2010 年全國發電耗煤16 億噸，僅城市空調用電占43%以上，電煤消耗約6.8 億噸，加之電煤運輸中的耗能約1 億噸，共計7.8 億噸，空調一項就占了全年電煤總額46.25%，數量巨大，觸目驚心。

2）建筑耗能對其他耗能行業的剛性促動作用

中國低碳節能轉型是個系統工程，而在電力、鋼鐵、有色、建材、石化、化工六大高耗能行業中，建筑耗能是龍頭，對其它行業有巨大牽引推動作用。

圖1 2010 年建筑相關行業煤耗表

建筑業的高耗能狀況，剛性的推動相關行業的高耗能運行，國家低碳節能的全局被建筑業逆向阻滯。

2010 年粘土磚產量：5600 億標準磚，81 億立方，1 立方/30kg，耗煤2.5 億噸。

2010 年我國水泥產量在16.5 億噸，73%用于建筑。耗煤3.2 億噸。

2010 年鋼材產量6.92 億噸，其中粗鋼產量4.68 億噸，用于建筑或相關工程，鋼材生產耗煤4 億噸以上。

2010 年發電用標煤超過16 億噸，占全年煤產量的48%；其中40%的電力用于建筑取暖、制冷，耗煤6.8 億噸.北方4.5 個月取暖耗煤約4.5 億噸。

2010 年全年全國煤產量31 億噸。而建材生產、建筑施工、建筑使用耗能高達21 億噸，占全年煤產量的65%。

由此可見，建筑業是全社會高耗能的剛性推動力和強勁的火車頭，實現低碳節能的國策，必須突破建筑業低碳節能這個瓶頸。

3）中國建筑業的膨脹期漫長，膨脹量巨大

中國的城市化進程過半， 3 級城市尚有10年以上的發展期；而城鎮化建設剛剛起步，如果實現2020 年7 億人的城鎮化目標，建筑總量非常巨大，按照近年的住宅完工面積估算每年20 億平方米，到2020 年將新建200 億平方米新建筑，按磚混建筑50 年使用期取暖耗能3.7/m2噸標煤計算，共需要新增煤炭產量74 億噸;空調用電每年需要新增電煤7.68 億噸，驚人的數字警告我們，如果不能真實有效的加快建筑低碳節能的步伐，一個全社會缺煤、缺電、缺油的窘迫局面將會很快出現。今年下半年，多省市拉電限排，燃油停售運輸癱瘓的局面將愈演愈烈。

按照現在的年建筑量和耗能計算，到2020年我國建筑耗能量達到90 億噸。

4）建筑物節能性能極低

僅以取暖耗能為例，我國單位建筑面積采暖能耗相當于相同氣候地區發達國家的2-3 倍。龐大的舊有高耗能建筑、新建高耗能建筑疊加，使建筑業節能減排的任務異常迫切。

低碳節能型經濟是中國的必由之路，建筑業的低碳節能進程是低碳節能轉型成敗關鍵所在。

2 建筑業低碳節能價值

2.1 建筑業加快低碳節能的價值

1）社會價值

建筑業的低碳節能程度，直接關系全社會的耗能和排放狀況，直接關系到中國的經濟能否可持續發展，中國的小康社會和現代化社會能否實現，決定中國人的子孫后代能否在這片土地上生存。

2）經濟價值

提高建筑質量，降低建筑耗能和成本，實現國內自有資源、能源的高儲備、高效能，減少對國外資源的依賴，保證國家能源安全。

2.2 建筑業低碳節能的策略

建筑節能的策略：重在建材生產、建筑安裝、建筑使用耗能三個重點環節上。

2.3 突破低碳建筑關鍵技術瓶頸

1)建筑材料的免燒化，就是用新技術新工藝替代現有建材生產中燃燒耗能。

2)建材原料的生態、可再生化（降低一次性資源消耗）。

3)圍護結構熱工性能高優化。

4)建筑施工的集成化。

5)自然能利用綜合化。

6)建筑構件的輕體化。

2.4 技術創新

胡錦濤總書記在今年兩會強調“技術創新”是“實現產業結構調整的保證和支撐”。我國已經取得了多方面、重大、領先、成熟的實用成果，只要積極推廣和廣泛應用，就一定能夠在較短的時間內，推動中國的低碳建筑走在世界前例。

3 植物纖維建筑

1）纖維建筑及建筑構件具有的低碳、生態、節能特征。

2）植物纖維多層無鋼建筑

（1）植物纖維無鋼建筑的構成

外圍護結構：植物纖維外墻保溫板（專利號：ZL 200520129966.1）、植物纖維屋面板（專利號：ZL 200620148664.3）、植物纖維保溫窗專利授權號：（201020568283.7）組成。

內圍護結構：植物纖維高強樓板（專利號：200620148665.8）、植物纖維內墻隔板、植物纖維隔戶保溫內墻板組成。

承重結構：承重保溫外墻、非承重構造柱 （專利授權號：201020568294.5）、圈梁、輕木屋架組成。

節能配套裝置：中水節水裝置，專利號：（ZL 200620148663.9）、太陽能高敏暖氣（專利授權號：201020568270.1）、自然冷、熱風交換裝置。

（2）植物纖維無鋼建筑的節能特性

已有的試驗樓數據：南京林業大學節能別墅，-5 度24h 室內溫降為7 度。（室溫25 度，全封閉24h 后17 度）。

（3）實現節能的主要技術

外圍護結構構件的高熱阻性能：植物纖維外墻保溫板，結構熱阻2.7（m2·k）/w;植物纖維屋面板，1.6（m2·k）/w;植物纖維保溫窗，傳熱系數1.5 W/（m2·K）。

植物纖維外墻保溫板，采用25%濕度的空氣作保溫介質，資源廉價無限，通過多層空氣間層技術組合使結構熱阻成倍提高，達到2.7（m2·k）/w，實現砌體、保溫一體化、輕體化，防火達到A 級160 分鐘，徹底根除了火災隱患。

外保溫墻無縫全包敷技術：外保溫墻的無縫全包敷是最理想的結構形式，但實現它受限于材料和工藝方面的保障，植物纖維外墻保溫板采用直角轉彎、墻板外掛的技術組合，完整的實現了這種結構形式，從而大大提高了外墻整體的平均熱阻值，達到2.55（m2·k）/w。

高性能保溫窗的節能貢獻率：外窗的傳熱系數直接關系建筑的保溫隔熱性能，我們知道，窗、墻比為37%建筑，外窗的散熱量約為整個外圍護結構總量的42%；如果是做了外墻保溫的建筑，其比例高達50%以上，可見外窗的熱功性能對建筑節能至關重要。植物纖維保溫窗1.5 W/（m2·K）傳熱系數，大大降低了建筑的耗能，我們參照北京地區外窗4 W/（m2·K）傳熱系數規范，比較其節能貢獻。

多種技術組合的節能效力：多種技術和產品的綜合使得植物纖維多層建筑節能效果顯著。植物纖維建筑極佳的整體保溫隔熱性能，使得大熱源供暖成為多余，從而為太陽能暖氣供暖提供了必要條件，植纖建筑使用太陽能暖氣供暖后，耗能大大降低，并為實現建筑0 耗能做了前期探索。

圖2 高敏太陽能暖氣示意圖

屋頂自然風節能設施：植物纖維建筑配備了屋頂自然風節能裝置，在我國大部分地區，尤其是冬冷夏熱地區，日晝的溫差很大。以北京為例，10 月的日晝溫差10 度以上，屋頂自然風節能裝置可以把每天最熱和最冷氣溫時的空氣封閉儲存在屋頂空間，提高屋頂的保溫隔熱性能。配合植物纖維整個外維護結構較高的保溫隔熱條件，大大提高建筑的節能優勢。見圖3。

圖3 屋頂間層空氣調節示意圖

綜上所述，植物纖維多層建筑的節能特性突出，技術可靠，實施便捷，是一種成熟的建筑節能技術和產品。

3)植物纖維構件與高層建筑

植物纖維部分建筑構件與混凝土框架結構、鋼結構建筑配合使用對提高高層建筑節能性、產業化及土地恢復利用有重大價值。輕體優勢減低建筑自重，從而保證土地即時復耕。

高層建筑配用植纖建筑構件，使得整體建筑的平均阻熱值大大提高，建筑整體的節能性能大大的提升。

圖4 植物纖維建筑外圍護結構熱阻系數示意圖

植纖建筑構件的使用推動了建筑產業化的進程，實現了標準化設計、工廠化生產、集成式拼裝的建筑產業化的要求。以2006 年南京林業大學223 平米節能別墅為例：主體建筑施工時間6人9 天完成。同樣的磚混建筑，施工工期需要60天以上。

配用植纖建筑構件可以實現干法施工，根除了泥水、灰塵、噪音的污染、不使用大型機械，最大的機械是電鉆；耗能為每10 建筑平米0.3 度電；每100 建筑平米用水1 噸，大大降低了施工耗能和污染。

4 完整的低碳節能建筑體系

低碳節能效益，涵蓋了建材生產、建筑安裝、全壽命期、相關產業、生態利廢、自然能利用、建筑使用后的回收再利用的全過程。圖5 僅對植物纖維建筑的全程耗能與現行建筑進行了比較。

圖5 植物纖維建筑與磚混建筑全序耗能比較表

生產耗能150kg/1kg 運輸耗能13kg/13kg；施工耗能50kg/8kg；全壽命耗能3700kg/150kg。

植物纖維建筑構件是系列化產品，涵蓋了整體建筑結構的各個部分。它從課題提出—研制計劃—試制實驗—試驗工程—規模化生產線研制，綜合了各種技術手段，取得了建筑生態化、節能化、產業化、可再生化的理想效果。

外圍護結構產品有：①植物纖維外墻保溫板；②植物纖維輕體保溫屋面板；③植物纖維保溫窗。內維護結構產品有：①植物纖維輕質內墻板；②植物纖維保溫隔音隔戶墻板；③植物纖維樓道隔墻板。承重結構體系產品有：①植物纖維輕質無鋼承重梁；②植物纖維構造柱、植物纖維無鋼過梁；③植物纖維無鋼屋架。綜合能源節能配套裝置產品有：①中水利用裝置；②太陽能高敏暖氣；③自然冷熱風交換裝置。

5 推廣應用

植物纖維低碳建筑廣泛應用對低碳經濟的推動作用如下。

1）為我國的低碳節能經濟發展模式進行了有益的探索。

我國的低碳節能經濟轉型，時間緊迫壓力沉重，箭在弦上，從哪里突破這一難題？方向在哪里？潛力在哪里？答案是建筑業。

建筑業突破技術瓶頸的方向和環節應是：①建筑原料的生態化；②建材生產的免燒化；③建筑安裝的集成化；④建筑體系的無鋼化、少鋼化；⑤保溫隔熱介質的自然化；⑥自然能技術的組合化。

表1 植物纖維建筑與現行建筑的性價比

建筑業通過技術創新，實現低碳節能突破，對低碳節能的全局，具有重大的意義。可比計算：建筑業節能50%，全社會耗能和排放將降低30%以上。

2)為節能建筑的大面積推廣提供了技術保證。

植物纖維建筑及建筑構件為低碳節能建筑的發展，提供了創新的、系列的、扎實的技術和產品保障。

3)為十二五的小康社會建設提供了高性、低價產品

植物纖維建筑立足中國大眾，創造極好的產品性價比，為大眾夢想的實現提供了可能（詳見[中國建材科技]2006 年第六期）。

4)植物纖維建筑及建筑構件項目，為占領后金融危機產業先機提供了可能。

植物纖維建筑及建筑構件是中國獨有的，是完全自主知識產權的，是一個完整的新建筑體系。植物纖維建筑及建筑構件項目，為經濟結構轉型戰略，抵抗馬上到來的國際“碳關稅”打壓，保持經濟可持續、高質量增長，探索了道路。

植物纖維建筑及建材構件項目，已經完成各種試驗工程，進入產業化展開階段。自2006 年至2008 年完成各種示范工程如下：①2006 年南京林業大學保溫別墅工程；②2006 年張市世紀豪園外保溫墻工程；③2006 年宣化萬豪會館強隔音內墻工程；④2007 年宣鋼2300 平米屋面工程；⑤2007 年國家地震局靜海地磁機房工程；⑥2007 年張家口市供電局樓上樓工程⑦2008年12 月北京銘商植物纖維無鋼節能住宅樓；⑧2010 年我公司植物纖維節能廠房工程。

綜上，植物纖維建筑及建筑構件項目，是代表低碳生態經濟新時期建筑理念、建筑性能、建筑方式的發展方向，是一種全新的，具有始創價值的技術和產品，為我國建設低碳節能型經濟，建設環境友好型社會，建設社會主義新農村提供了技術和產品保證。