芻議建筑節能材料與技術的應用

黃江麗

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

關鍵詞：建筑節能；節能材料；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，隨著人們環境保護意識的不斷提高，為了提高傳統建筑材料的整體利用效率，新型建筑節能材料孕育而生。隨著我國社會經濟的不斷發展，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，堅持可持續發展理念，積極開發利用可再生資源。因此，如何利用建筑節能材料與技術已經成為了當前建筑行業發展的關鍵課題。

1 當前建筑節能發展現狀

雖然我國建筑工程取得了一定程度的發展，但是在實際的發展過程中存在諸多的問題，主要表現在四個方面：第一，我國節能工作與發達國家相比起步較晚，因此建筑節能水平比較落后。國內大多數采暖地區圍護結構的熱功性能都比氣候相近的發達國家差許多。我國建筑節能設計與發達國家間存在差距，我國外墻的傳熱系數是他們的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，高耗能建筑數量龐大，建筑耗能的總量逐年上升，加劇能源危機。據分析，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，節能技術開發成本相對較高。建筑節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能投入積極性不高；第四，我國建筑節能設計體系不完善，建筑節能設計人員專業技能以及專業素養偏低，對節能建筑設計標準的認識不足。

2 建筑節能材料應用分析

2.1 外墻節能材料

一般而言，外墻保溫主要的建筑維護是保溫絕熱材料，積極開發與應用高效保溫絕熱材料，已經成為了當前構建節能建筑的有效途徑。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，在冬季可減少室內熱量的流失，使建筑熱環境得以改善，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。隨著我國外墻節能技術的不斷發展，一般的外墻節能材料主要有三種：第一，聚苯乙烯泡沫塑料。主要原料為聚苯乙烯樹脂，是由發泡劑發泡而形成的一種節能材料，表觀密度與導熱系數相對較小，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，硬質聚氨醋泡沫塑料。這種節能材料絕熱性能優越、導熱系數低、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，一般建筑屋面傳熱損失所占比例較大，嚴重影響了居住環境的舒適度，因此強化屋面保溫隔熱性能設計已經成為了建筑節能的有效措施。現階段，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，導熱系數低，用于屋面保溫材料具有很好的節能效果。聚苯乙烯泡沫塑料具有質量輕、保溫隔熱性能良好、價格便宜、易加工、施工操作簡單等優點，但其耐熱性、抗老化性差，使用壽命小，不利于環保影響。聚氨酯泡沫塑料具有優良的保溫性能，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，隨著石膏工業的迅速發展，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。我國工業副產品石膏排放量逐年增長，隨著國家環保政策的不斷推動，天然石膏已經逐漸被氟石膏、磷石膏、脫硫石膏等工業副產石膏所替代，應用于水泥及墻體材料的生產中。積極利用工業副產品石膏，有助于控制固體廢渣的二次污染，變廢為寶，節約天然石膏用量，提高不可再生資源利用率，降低產品生產成本，提高社會經濟收益。其次，太陽能是一種典型的可持續能源，是一種環保、節能、廉價、無污染的綠色能源，因此充分開發和利用太陽能，建造太陽能建筑，可以代替和節約能源，實現可持續發展。

3 建筑節能技術應用分析

3.1 屋面節能技術

屋面由于受太陽輻射面積大、時間長而成為節能設計的關鍵部位。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要偏低、密度要大，避免出現屋面重量與厚度過大等現象，同時對防水性能要求高。因此不斷開發利用屋面節能設計已經成為了當前建筑節能的關鍵措施。在屋面節能設計過程中，主要注意兩個方面的內容：第一，屋面的構造設計。傳統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能型屋面保溫形式，就是將傳統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，防水層受保護，避免了熱應力，抗濕、保溫隔熱與抗壓等性能優越，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展；第二，屋面的節能形式。近幾年，出現了屋面綠化、蓄水屋面、淺色坡屋面等多種屋面節能形式。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 墻體節能技術

傳統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。現階段，單一的墻體材料已經無法同時滿足保溫、隔熱的要求，因此在墻體節能技術設計中，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，復合墻主要有內保溫、中間保溫以及外保溫三種形式。就內保溫而言，主要是在外墻內側運用絕緣材料；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，熱穩定性較強。在墻體節能技術應用過程中，為了提高保溫材料承受惡劣環境影響的能力，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 外門窗節能技術

在建筑節能設計中，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，要對門窗進行節能設計。對門窗的節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，其生產過程中能耗少、無污染，而且材料導熱系數小，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展的節能產品。另一方面玻璃的熱工性能對窗的節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新，現推廣使用的的節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，具有優異的保溫性能。真空玻璃其隔音性能、透光折減系數好。鍍膜玻璃對可見光具有較高的透射率，可以保證對室內的能見度，同時，對紅外光具有較高的反射率，達到保溫節能的效果。

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，包括太陽能熱水系統、太陽能采暖系統、太陽能制冷系統、太陽能照明系統。太陽能熱水系統是通過吸收太陽能的輻射熱能，加熱冷水給人們提供環保、安全、節能、衛生的新型節能設備。太陽能采暖系統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，通過熱水輸送發熱末端（例如：地板采暖系統、散熱器系統等）提供房間采暖的系統。太陽能制冷系統是將太陽能轉換成熱能，再利用熱能使系統達到并維持所需的低溫。在建筑中應用的太陽能空調屬于太陽能制冷的一種實例。太陽能照明系統本質上是一個光電轉換系統，是通過采光裝置聚集室外的自然光線，并將其導入系統內部， 然后經過光導裝置強化并高效傳輸后，由漫反射器將自然光均勻導入室內需要光線的任何地方，達到節約能源、經濟、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品“太陽能燈”具有不受供電影響，不用開溝埋線，不消耗常規電能等特點，廣泛用于住宅樓梯間照明，樓體外部亮化及小區內道路、草坪的照明。（2）太陽能光電能應用系統，太陽能光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。光伏發電的優點是較少受地域限制，因為陽光普照大地，光伏系統還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電及建設同期短的優點。因此，太陽能在建筑中應用的未來發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，達到建筑節能的效果。

4 結語

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

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