稻草板應(yīng)用于屋頂?shù)墓?jié)能減排分析

趙 攀 何志強

(東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150036)

1 稻草板綜述

目前，我們國家特別重視對新型建筑材料的推廣和應(yīng)用，這也使得新型建筑材料不斷產(chǎn)生和發(fā)展。稻草板這種新型建筑材料最早出現(xiàn)于第一次世界大戰(zhàn)期間，經(jīng)由瑞典向各個國家不斷發(fā)展[1]。它是以農(nóng)民種植水稻產(chǎn)生的廢棄稻草或是麥草為原料，通過加熱擠壓成型，外面再包裹上一層保護面紙而構(gòu)成[2]。這樣一來，一方面能把廢棄的稻草或麥草利用起來，減少了之前人們將它作為傳統(tǒng)燃料而產(chǎn)生的各種有害氣體，降低了這種傳統(tǒng)燃料對環(huán)境產(chǎn)生的有害影響。另一方面，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，稻草板與傳統(tǒng)的建筑材料比如膨脹珍珠巖，石棉隔熱板等相比，具有很好的優(yōu)勢。這些優(yōu)勢主要在于：首先，稻草板保溫隔熱性能良好，其導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.108 W/(m·K)，蓄熱系數(shù)僅為2.33 W/(m2·K)。可以考慮將其代替?zhèn)鹘y(tǒng)的建筑保溫材料。其次，稻草板還具有良好的隔音和減震性能，其隔音效果是普通建材的5倍。如果經(jīng)過特殊處理，還可以實現(xiàn)阻燃，防水的功能。另外，如果用稻草板作為主要的建筑材料和鋼結(jié)構(gòu)混合，建造出來的房屋重量僅為傳統(tǒng)房屋的30%[3]。很大程度上減小了建筑的重量。但是，稻草板在我國目前發(fā)展還不是特別迅速，一方面與市場有關(guān)，另一方面與技術(shù)有很大關(guān)系。我國對于稻草板的研究還遠遠不夠，而且沒有掌握工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)的關(guān)鍵[4]。不過隨著我國綜合實力的提升，這些難題也逐漸會被一一克服。稻草板市場化的發(fā)展情況總的來說還是非常可觀的。

綜上所述，稻草板制作原料屬于可再生能源，對環(huán)境無污染，避免了珍珠巖，石棉等傳統(tǒng)保溫材料對環(huán)境的破壞，而且具有制作成本低，原料容易獲取，加工方便，對環(huán)境無污染，容易降解的特點。充分利用了資源，避免了能源不必要的浪費。

2 稻草板應(yīng)用于屋頂?shù)墓?jié)能減排效果

2.1 節(jié)能減排分析的思路及方法

由于稻草板具有上述優(yōu)點，初步設(shè)想可以將其作為建筑屋頂?shù)谋貙硬牧?，替換掉之前所用的傳統(tǒng)建筑材料膨脹珍珠巖、水泥隔熱板等。從傳熱學(xué)基本理論著手，分析計算采用稻草板作為保溫層材料后，與傳統(tǒng)建筑材料膨脹珍珠巖，水泥隔熱板相比，可以減小冬季采暖熱負荷的程度，從而計算出其能減少多少采暖耗煤量，進而將這些節(jié)約的耗煤量換算成可以少排放多少二氧化碳，二氧化硫，氮氧化物等有害氣體。最后再對其進行簡單地經(jīng)濟分析，研究其是否能推廣到實際應(yīng)用中去。這就是本文對稻草板應(yīng)用于屋頂后節(jié)能減排效果計算分析的大致思路和方法。

2.2 節(jié)能減排分析的具體計算過程

2.2.1基本條件及參數(shù)

下面對用稻草板材料代替了傳統(tǒng)保溫層材料膨脹珍珠巖，石棉隔熱板所產(chǎn)生的節(jié)能減排效果進行技術(shù)經(jīng)濟分析說明。

基本條件及參數(shù)見表1。

表1 幾種保溫層材料的熱物理性能計算參數(shù)

除保溫層外，屋頂?shù)钠渌鲗咏Y(jié)構(gòu)分別為屋面、防水層、找坡層、結(jié)構(gòu)層。各層所用的材料及厚度等參數(shù)如表2所示。

表2 屋蓋其他各層材料的熱物理性能計算參數(shù)

屋蓋內(nèi)表面換熱系數(shù)αi=8.72 W/(m2·K)，傳熱熱阻RI=0.11 (m2·K)/W。屋蓋外表面換熱系數(shù)αi=23.26 W/(m2·K)，傳熱熱阻RI=0.04 (m2·K)/W。

2.2.2具體計算分析過程

1)首先分別計算出使用不同保溫層材料屋蓋的傳熱系數(shù)。

對于膨脹珍珠巖，計算其傳熱系數(shù)為：

1.410 W/(m2·K) 。

對于石棉隔熱板，計算其傳熱系數(shù)為：

1.172 W/(m2·K) 。

對于稻草板，計算其傳熱系數(shù)為：

0.967 W/(m2·K) 。

2)根據(jù)上述算出的傳熱系數(shù)計算其節(jié)能效果。

根據(jù)傳熱學(xué)理論計算公式，每平方米面積屋蓋的熱量損失為：

q=k(tf1-tf2)。

其中,tf1為室內(nèi)溫度；tf2為室外環(huán)境溫度(以哈爾濱為例，tf1=20 ℃，tf2=-24.2 ℃)。

可見，使用稻草板比使用石棉隔熱板，節(jié)約的能源為17.5%，使用稻草板比使用膨脹珍珠巖，節(jié)約的能源為31.4%。

3)將節(jié)能效果轉(zhuǎn)換為減少的耗煤量。

供暖耗煤量指標(biāo)qc(kg/m2)標(biāo)準(zhǔn)煤，可按下式計算：

qc=24zq/Hcη1η2。

其中，z為供暖期的天數(shù)，d(以哈爾濱為例，z=176 d);Hc為標(biāo)準(zhǔn)熱值，Hc=8.14×103W·h/kg;η1為室外熱網(wǎng)的輸送效率，采取節(jié)能措施后，η1=0.90;η2為鍋爐運行效率，采取節(jié)能措施后，η2=0.58。

由上述公式計算得出，稻草板與石棉隔熱板相比，每個采暖期內(nèi)(以哈爾濱為例)節(jié)約的耗煤量為：

Δqc=24zΔq/Hcη1η2=

24×176×9.061/8 140×0.9×0.58=9.010 kg/m2。

稻草板與膨脹珍珠巖相比，每個采暖期內(nèi)(以哈爾濱為例)節(jié)約的耗煤量為：

Δqc=24zΔq/Hcη1η2=

24×176×19.581/8 140×0.9×0.58=19.465 kg/m2。

4)將節(jié)約的耗煤量轉(zhuǎn)化為減少排放的有害氣體的量。

已知：每燃燒1 kg/m2標(biāo)準(zhǔn)煤，就會向大氣排放CO22.62 kg，SO20.008 5 kg，NOX0.014 8 kg。所以可根據(jù)上述計算出的節(jié)約耗煤量算出減少排放的有害氣體的量。稻草板與石棉隔熱板相比，每個采暖期內(nèi)(以哈爾濱為例)減少排放有害氣體的量為：少排放CO223.61 kg，少排放SO20.076 6 kg，少排放NOX0.133 4 kg。稻草板與膨脹珍珠巖相比，每個采暖期內(nèi)(以哈爾濱為例)減少排放有害氣體的量為：少排放CO250.98 kg，少排放SO20.165 2 kg，少排放NOX0.288 1 kg。

2.3 經(jīng)濟性分析

以哈爾濱為例，每1 kg/m2標(biāo)準(zhǔn)煤的價格按市場價0.5元計算，并且稻草板每平方米價格為33元，膨脹珍珠巖每平方米價格55元，石棉隔熱板每平方米價格44元(根據(jù)實際情況不同，上述數(shù)據(jù)可能會有變動)。稻草板與石棉隔熱板相比，每平方米面積屋蓋能節(jié)省4.51元標(biāo)準(zhǔn)煤費用，11元材料費用。稻草板與膨脹珍珠巖相比，每平方米面積屋蓋能節(jié)省9.73元標(biāo)準(zhǔn)煤費用，22元材料費用。

3 稻草板的發(fā)展前景

我們都知道，中國是一個農(nóng)業(yè)大國，每年種植的水稻產(chǎn)生的稻草能達到好幾億噸。這些稻草往往被農(nóng)民當(dāng)成燃料來燒，這種做法不僅不經(jīng)濟，而且會對環(huán)境造成很大的危害，不符合當(dāng)代節(jié)能減排的發(fā)展理念。然而稻草板的提出，為稻草的利用提供了一個很好的發(fā)展方向。以北方城市哈爾濱為例，哈爾濱周邊的農(nóng)村其大部分建筑仍是以傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)為主，用的是實心粘土磚，這種材料一方面對環(huán)境有比較大的危害，另一方面在像嚴(yán)寒地區(qū)哈爾濱這樣的城市來說，冬季采暖能耗大。所以如何改造既有建筑已經(jīng)成為大部分農(nóng)村所面臨的最主要的問題[5]。通過本文上述對稻草板應(yīng)用于屋頂?shù)墓?jié)能減排分析研究結(jié)果來看，用稻草板代替?zhèn)鹘y(tǒng)建筑材料還是有很大優(yōu)勢的。可以考慮將其在北方農(nóng)村一些城市開展試用。

4 結(jié)語

稻草板確實是一種相對來說比較好的建筑材料，其各種優(yōu)勢比較突出，并且符合當(dāng)代節(jié)能減排的發(fā)展理念?？墒怯捎诜N種原因，稻草板還沒有在我國廣泛應(yīng)用開來。希望越來越多的研究者能在此方面做出更進一步的研究，早一點讓我們在建筑中找到稻草板的身影。