建筑節能型調濕功能陶瓷的研究與展望

張緹+劉俊榮+周雅琴+梁耀龍

摘 要：隨著人們生活水平的提高和環保意識的增強，以綠色、低碳、環保、資源循環利用為基本概念的建筑陶瓷，以及產品對環境的協調發展，將成為陶瓷未來發展的趨向。本文對建筑節能型被動調濕功能陶瓷的研究現狀進行了闡述，并對其應用技術及市場前景提出了展望。

關鍵詞：建筑節能；被動調濕；功能陶瓷磚

1 引言

隨著人們生活水平的提高和環保意識的增強，以綠色、低碳、環保、資源循環利用為基本概念的建筑陶瓷，以及產品對環境的協調發展，將成為陶瓷未來發展的趨向。我國是世界上最大的建筑材料生產和消費大國，隨著中華人民共和國工業和信息化部《建筑衛生陶瓷工業“十二五”發展規劃》、《新型建筑材料工業“十二五”發展規劃》等相關政策的出臺，在節能環保方面提出了更高的目標，這也是陶瓷產業首次列入國家戰略的范疇。推動建筑衛生陶瓷的綠色化，是行業發展必須解決的重大課題，綠色化發展也是我國建筑衛生陶瓷行業可持續發展的重要保證和努力的方向。

空氣相對濕度是表示空氣中水汽的多少，即干濕程度的物理量，是衡量室內環境的一項重要參數，它對人體健康、室內空氣質量，以及物品的存放都有重要意義。過高或者過低的濕度都會影響人體健康，對物品的保存、儀器的壽命等密切相關。國家《空氣質量標準》規定室內相對濕度標準值，夏季空調房間為40%～60%，冬季采暖房間為30%～60%。我國潮濕地區年平均相對濕度在70%～80%，有時高達95%～100%[1]，北方干燥時期的相對濕度甚至可以達到10%以下。這些地區的建筑要達到室內環境的熱舒適要求，就需要采取高效的方法解決相對濕度帶來的室內環境質量問題。目前，按是否消耗人工能源可將濕度控制調節方法分為主動式和被動式兩種。前者即空調技術，是目前普遍采用的方法，但存在耗電大，污染環境、破壞生態，以及引發“建筑室內綜合癥”等問題，不符合可持續發展戰略。后者是利用可再生能源或材料的吸放濕特性來控制調節濕度，無需消耗任何人工能源，是一種生態性控制調節方法。

近幾年，我國已進行了一部分與調濕材料相關的研究，大多集中在硅膠、高分子聚合物、無機礦物質以及復合材料上，但由于調濕機理的復雜性，這方面的研究進展緩慢，某些調濕產品存在制造工藝復雜、生產成本高、濕容量過小、調濕速度慢等缺點。所以，工藝簡單、生產成本低廉，且調濕性能優良的調濕材料，將成為目前調濕材料研發的主要方向。

從能耗和能效上可以反映出一個國家生活質量的高低，以及經濟效益的大小。從長遠來看，也是國家可持續發展能力的具體體現。現在我國正處于房屋建設的戰略機遇期，到2020年，我國還要建造約300億m2的建筑。也就是說，中國正以前所未有的規模和速度建造高能耗建筑，這些高能耗建筑將在近百年的時間內大量消耗我國寶貴而稀缺的能源。

建筑節能技術種類很多，如：被動技術是針對建筑物整體而提出的一種建筑節能技術，它按照作用對象可分為作用于建筑物屋面；作用于建筑物墻體；作用于窗、陽臺等開放空間三種。被動蒸發冷卻技術結合了被動技術及蒸發冷卻技術的特點，利用清潔無污染的能源——水、太陽能來降低建筑物維護結構的冷負荷。隨著現代建筑業的不斷發展，為了節省占地空間，出現了越來越多的高層建筑。高層建筑的出現使得建筑物墻體面積比例大大增加。據統計，在建筑物空調能耗中建筑物維護結構所占能耗比例大約為25%～50%[2]。因此，將建筑物墻體作為主要的研究對象，在干熱的夏季，將具有調濕功能的建筑陶瓷材料作為墻體或者貼附于墻體的外表面，研究其制冷運行情況將對建筑節能有著重要的意義。

2 調濕功能陶瓷的國內外研究現狀

“調濕材料”這一概念是由日本學者西藤宮野[3]首先提出來的，是指不需要借助任何人工能源和機械設備，依靠自身的吸放濕性能，感應所調空間空氣溫、濕度的變化，從而自動調節空氣相對濕度的材料。用調濕材料調節房間的溫、濕度就是利用材料的多孔性結構，以及水蒸氣在孔中的擴散而起到調濕作用，并且在調節濕度的過程中吸收或者釋放汽化潛熱，從而調節室內的溫度。對于那些全年所需除濕量與加濕量相當的房間，如果房間內部采用調濕材料把除濕階段的余濕儲存起來，到需要加濕時再釋放出去，那么該房間將不需要其它的除濕、加濕設備，這樣既可以替代傳統空調處理方式達到調濕效果，又可節省電能，起到節約能耗，減少排放的作用，而且能明顯改善室內空氣品質；對于居住建筑室內濕度環境改善，實現全面建筑節能，促進可持續發展，具有重要的理論意義和應用價值。

在20世紀60年代，調濕材料這一概念被西藤宮野提出，隨后日本的材料工作者就前赴后繼地展開調濕材料的研究及應用工作。日本在1980～1987年期間，大約在近百項工程中使用了調濕材料，對文物及重要的美術書刊的保護與保管起了很大的作用。近幾年，日本的調濕材料研究專利呈上升的趨勢，主要是無機調濕材料。

日本的INAX公司（2002）用石灰、鋁礬土、砂等通過混練制成濕度控制抹面材料；國立產業綜合技術研究所前田雅喜將水玻璃、氫氧化鋁與高嶺土混合，并經800～1150℃煅燒成型，制成具有濕度調節功能的鋁基調濕材料；JANIS公司（2002）利用海泡石、硅藻土、沸石和輕質混凝土的一種或幾種和無機粘結劑為原料，經過成型干燥制成濕度控制材料。日本INAX公司最近研制開發出一種“健康建材”，不僅降低了有害化學成份的含量，且更具有調節室內濕度的作用[4]。此外，日本還申請了多項關于濕度調節或控制材料的專利，奠定了日本作為調濕材料研究領域的主導地位。

相對于日本對新型無機非金屬類調濕材料的研究，國內關于調濕材料的研究尚停留在初級階段，1990年7月，清華大學土木系建材研究室開展了調濕材料的研究[5]。1991 年12月，該研究室與日本大學生產工學部的笠井芳夫等聯合進行了“關于采用天然沸石作調濕材料”試驗研究。

田福禎[6]等篩選了幾種無機材料及合成的硅酸鈣，并對其調濕性能進行了測試；復配了五種調濕材料，與日本樣品進行試驗對比。其結果表明，這五種調濕材料的調濕性能達到了日本樣品的水平。endprint

王新江[7]等利用煤系高嶺土為原料制備了自律型調濕材料，其產品是采用選擇性浸取法，以煤系高嶺土為原料制備的多孔質燒成品，通過對燒成品的比表面積、細孔容積、細孔徑分布及水蒸氣吸附量的測定，評價了其調濕特性。古緒鵬利用氧化鈣和含結晶水的無機鹽在一定條件下能形成穩定的不溶、透氣性好的薄層等特點，探索研制了一種低成本，能自動調節室內濕度，且耐濕擦性好的內墻涂料。

總而言之，國內對于被動式綠色調濕材料的研究及產品都尚未成熟。由于目前國內相關調濕產品尚處于初開發階段，研發出的調濕產品還存在許多問題，有機調濕材料雖然吸濕量大，吸濕速度快，但放濕量小，放濕速度慢；蒙脫土具有天然的多孔和層狀結構，作為濕度調節劑，濕容量較小；某些新型的調濕材料雖然調濕性能較好，但具有制造工藝復雜、生產成本較高等缺點。迄今為止，未見價格適中、性能良好的調濕材料產品推出，且完整的吸、放濕理論的研究和科學系統調濕材料性能評價體系的建立尚待完善。

3 調濕功能陶瓷的發展趨勢

在我國工業、建筑、交通和生活四大節能產業中，建筑節能被視為熱度最高的領域，是減輕環境污染、改善城市環境質量的一項最直接、最廉價的措施。隨著我國城鎮化、工業化進程的加快，以及社會主義新農村建設的逐步展開，每年竣工的房屋建筑面積約為20億m2。預計到2020年底，全國房屋建筑面積將新增250億～300億m2 [8]，也就是說，中國正以前所未有的規模和速度建造高耗能建筑，這些高耗能建筑將在近百年的時間內大量消耗我國寶貴而稀缺的能源。但是到目前為止，大部分建筑物都不節能，因此，開發出具有節約土地、能源、淡水、礦產資源的產品將是目前大家關注的課題。

建筑用能包括建造能耗和使用能耗兩個方面。據統計，我國總能耗中建筑能耗占30%左右（工業能耗占60%，交通能耗占10%）。其中，空調能耗占建筑能耗的50%～60%，照明能耗占建筑能耗的20%～30%。如果延續目前的建筑能耗狀況，預計到2020年，我國建筑業每年將消耗1.2萬億度電和4.1億噸煤，接近目前全國能耗的3倍，加上建筑能耗所占比例（16.7%），建筑建材能耗約占全社會總能耗的46.7%。因此，降低建筑材料的總體生產能耗，提高墻體材料的被動調濕等綠色環保性能迫在眉睫。因此，將建筑物墻體作為主要的研究對象，無論是在潮濕的春季還是在干熱的夏季，將具有調濕功能的建筑陶瓷材料作為墻體或者貼附于墻體的內、外表面，利用其自身的調濕特性能延緩空調或者除濕機的開啟頻率、減少設備初投資與運行費用，具有明顯的經濟性。同時，該材料也具有非常廣泛的市場前景，值得大力推廣。

4 結語

隨著材料不斷向著高性能化、功能化、智能化、生態化的方向發展，現代建筑技術既要求建筑材料本身具有安全、輕質、高強、耐久等特征，又要求建筑材料在制備、使用與廢棄等過程中對環境負荷小，對資源、能源消耗少。所以，能開發出具有自清潔、自調濕、自調溫、吸波等功能的生態建材對改善人類生活環境、促進循環經濟、可持續發展具有重要的意義。

參考文獻

[1] 余曉平.夏熱冬冷地區住宅新風能耗分析和降溫除濕方式的研

究[D]. 重慶：重慶大學，2000.

[2] 黃翔，范影，狄育慧. 用于墻體表面的多孔調濕材料實驗研究[J].

西安工程科技學院學報，2006（6）.

[3] 西藤宮野，田中. 屋內濕度變化と壁體材料[R].日本建築學會研

究報告：第3集. 福罔：秀巧社印刷株式會社，1949（21）.

[4] 廣東家具網整理.日本開發除濕地板薄膜[N]. www.driveryes.com.

[5] 馮乃謙，李桂芝，刑鋒. 調濕材料的研究[J]. 新型建筑材料，1994（6）.

[6] 田福禎，李曉麗，劉治虎，等. 濕度調節材料的試驗研究[J]. 天津

輕工業學院學報，1995（2）.

[7] 王新江，渡村信治. 利用煤系高嶺土制備自律性調濕材料的研

究[J].中國非金屬礦工業導刊，1998（6）.

[8] 黃翔，范影，狄育慧. 用于墻體表面的多孔調濕材料實驗研究[J].

西安工程科技學院學報，2006（20）.endprint