建筑節能工程設計中新材料與工藝的應用

（武漢船舶職業技術學院，湖北 武漢 430050）

0 引言

近些年，在國家政策正確引導及社會經濟快速發展的大背景下，我國建筑行業實現了蓬勃發展，人們對建筑工程提出的要求更多樣化、綜合化，此時建筑設計單位應持續提升自身的專業水平，確保工程設計質量持續提升直至符合相關標準，獲得較高的收益，實現長效發展的宏偉目標。建筑設計單位要確立與時俱進的發展觀念，積極將建筑節能理念滲透到設計工作中，結合建筑項目實況，綜合分析氣候條件、技術設備水平、成本以及人力資源配置情況等，科學應用各種新工藝、材料等，力爭設計出高品質的建筑工程產品。

1 解讀建筑節能理念

縱觀我國建筑行業發展歷程，不難發現建筑項目設計始終將經濟效益放置于首位，將建筑項目經濟效益產出情況看成是衡量行業發展情況的標桿，故而千萬百計的提升建筑的經濟價值。伴隨科技創新、時代進步及人們思想觀念的扭轉，建筑行業的發展格局有一定改變，發展目標不單純是提升經濟效益，在項目設計時也考慮了環境保護、資源節約等因素，建設與維護優質的生態環境是當下人們關注的重要內容[1]。在建筑項目設計階段，不管是采用新材料還是新工藝，均要認真貫徹落實國家現行的技術規定與規范要求，并組織專家論證其可行性。在正式投用前，也要認真落實前期試驗準備工作，保證其工藝技術指標和本地現實環境持續發展的需求相吻合，為取得較好的施工建設效果奠定基礎。在具體實踐中，還需給予新舊材料之間對接問題一定重視，測評新工藝或材料使用條件的成熟度，保證以新換舊后不會對建筑工程形成負面影響，比如制約功能發揮、降低居住舒適度等。針對新材料及工藝，一定要始終秉持謹慎態度推廣應用，最大限度的維護建筑節能新材料及工藝的客觀性、可執行性。

2 工程設計中新材料的應用

2.1 節能墻體材料

如果建筑墻體的保暖性較強，那么建筑投用階段能量損失量就會較低，取得較好的節能效果。將節能墻體材料用于建筑領域中，對建成節能建筑起到強大的助推作用。墻體保溫一般是通過內、外保溫兩種途徑實現的，外保溫應用較廣泛，取得的效果也較理想。在設計節能墻體的外保溫性能時，施工方盡量選購那些具有保溫、隔熱、防火多重功能的材料，將其用于墻體施工中，有益于強化墻體自身的熱阻性，削弱建筑外部環境對內部溫度形成的影響，將墻體保溫的功能發揮到最大化。

酚醛泡沫是新一代保溫、防火、隔噪建材，是由熱固性酚醛樹脂發泡制造而成的，有質量輕盈、防火、無毒性、無滴落、使用溫度范圍廣（-196～+200℃）、低溫條件下形體不收縮、隔熱性及抗水性良好等諸多優勢，是節能建筑工程設計的理想新材料之一。因為酚醛有苯環結構，故而尺寸相對較穩定，變化率＜1.0%[2]。

2.2 節能玻璃幕墻

最近幾年中，人們的經濟收入水平有很大提升，針對建筑物提出的要求不只是局限在遮風擋雨等日常基本要求方面上，審美要求有不斷上升趨勢。為更好的滿足人們提出的個性化需求，玻璃幕墻被開發制造，該種材料應用時通常會配合使用硅酮結構膠，確保密封膠、玻璃及索觸及的配套材料之間有較好的兼容性，取得不但無法取得預期的密封效果、美觀性，還可能誘發安全問題。現如今，節能玻璃幕墻在建筑工程設計領域有較高的頻率，但該種新材料應用時，需考慮到建筑熱能交換的問題。既往有研究發現，和建筑墻體相比較，門窗或玻璃熱量交換量大概是其的6～8倍。針對那些傳統的墻體結構，其門窗面積普遍較為窄小，即便門窗的整個傳熱比偏大，但其能傳遞的熱量有限。鑒于以上情況，若建筑工程施工階段大范圍采用玻璃幕墻，那么很可能加速建筑物內部的熱量流失過程，室溫跌落速率較快。為應對以上情況，在具體設計中，應參照建筑體實際狀況，嘗試采用一些高端技術與節能方法，應對既往建筑物能量快速流失的問題。當下，已經研發出一種叫做“雙層皮”的幕墻結構，其在建筑外窗外部增設了一層玻璃幕墻，通常其的外層是單玻，內層為中空玻璃，兩層間距200mm～600mm[3]。并在各層樓中的外層玻璃上下兩端加設可調控的通風口。這樣，當冬季有太陽光照射時，住戶就可以手動開啟上下兩端的通風口，進而使儲留在兩層玻璃之間被陽光“加熱”的空氣流到室內，降低建筑采暖能耗；而在炎炎夏日，若有陽光照射，則可開啟外層上下兩端的通風口，形成向上流通的氣流，驅散熱空氣，降低內層窗戶外表面溫度，進而間接的降低室內溫度，減少空調系統的負荷量。如果還能將一道可調節的遮陽百葉增加到雙層幕墻的中部，則其舒適度與節能效果會進一步提高。

2.3 節能屋頂新材料

建筑屋頂節能設計情況也和建筑工程節能效果密切相關，故而為建成節能型建筑，提升建筑屋頂的設計水平有很大必要性。建筑屋頂長時間裸露在室外，承受著雨水的侵蝕、陽光的直射與暴曬等，很可能因為氣候條件劇烈改變而影響屋頂的構造，降低其保溫性能，對人們的居住體驗形成不良影響[4]。應加強建筑屋頂結構的保溫節能的設計，以從較基礎環節保障建筑的節能效果。為提升建筑屋頂的節能設計水平，應加大新型隔熱面板材料的應用力度，確保屋頂有夏季隔熱、冬天保溫的雙重功能，具體設計時應注意如下幾點：一是把屋頂設計成隔空型、植物型及淺色系等，其均有益于減輕因太陽光輻射造成的損傷，規避太陽光線直接照射的情況；二是將一些有保溫、隔熱屬性的面板安置于屋頂，，減少熱量的傳輸等。

2.4 節能門窗材料

對于一座建筑物而言，門窗通常是隔熱、保溫效果較差的部位，故而應提升該處設計的精細化水平。通常情況下，若建筑物內門窗結構面積偏大，那么建筑采暖能耗量也會相應增多，故而應精確測算建筑門窗結構面積，合理控制規格尺寸。為達成建筑節能設計的目標，盡量選用密封性優良的門窗材料，也要選用環保材料填充門窗縫隙，其在降低室內能源耗損量方面發揮一定輔助作用，例如，可以選用泡沫塑料封條提升門窗的氣密性，減少室內溫度流失的情況。結合建筑工程實際狀況，可以開發設計出一套可調節的窗簾，規避夏季強光照射。

2.5 加氣混凝土

硅砂或者粉煤灰是該種建材的常規構成，以此為基礎上和水泥混合，歷經發泡、高溫蒸壓、養護等諸多工藝，制造出石灰、石膏或膠結料等。該種材料的優勢主要表現在如下幾方面[5]：

一是保溫、隔熱、抗裂及抗滲漏性能較強，以上均是提升建筑節能效果的重要基礎；

二是建筑施工領域采用該材料，砌塊操作時能源損耗量偏低；

三是和普通混凝土相比較，加氣混凝土的用量較少，有益于壓縮工程造價成本；

四是該種材料的傳熱系數偏低，故而保溫能力更強，減少建筑物溫度的損失量，能較為有效的控制建筑能耗；

五是適用范圍較廣，用于工民建、建筑外墻等諸多領域中均表現出較好效能。

3 新工藝在建筑工程設計中的應用

3.1 節能工藝

節能工藝是一種新科技，是建設節能建筑、促進建筑行業踐行綠色化發展路線的重要支撐，將其用于工程設計范疇中，宗旨是將建筑物的能源損耗量降到最低，提升各種資源的利用率[6]。使用該項工藝時，需和建筑實況有機整合，在不影響建筑物功能的基礎上，剖析造成能耗量高的成因，有針對性的改進施工時使用的材料，保證工程建設質量的同時，淋漓盡致的彰顯出綠色環保的現代化建設理念。在有效控制建筑能耗費用的基礎上，能規避出現和建材嚴重浪費對等的情況。

可以將太陽能、地熱能工藝技術用于建筑施工中，將傳統電能裝置取而代之，實現了對可再生資源利用最大化的目標，減輕建筑設計對傳統能源的依賴性，能源使用階段表現出綠色、環保特征，且還能較好的滿足建筑在供電、供熱等方面提出的需求。

3.2 生態工藝

在建筑工程設計中采用生態工藝，主要是為維護生態自然的穩定性、人類身心健康及建設兩者和諧統一的關系，在很大程度上也為社會經濟持續發展注入能量，還能以建筑物態為載體呈現出自然和社會之間的差別。生態工藝的應用形式主要表現在如下幾方面[7]：

一是因為采用隔熱、保溫材料時，會對建筑室內溫度形成不同程度的影響，故而工程設計極端要選用適宜性高、針對性強的材料，加強節能綠化工藝方法的應用，比如把保溫層安放在防水層上方等，借此方式取得較理想的節能保溫效果；

二是針對樓房的遮蔽陽光等現實問題設計及處理時，可以依照樓房的現實運用情況科學布設，也可以結合樓房的地理位置，設計相配套的裝備；

三是采用生態工藝設計階段，應加強自然環境條件的分析與利用，測評既往工藝技術的節能效果，有針對性的作出完善與改進，一方面確保其和當下社會整體發展態勢相契合，另一方面也確保建筑能源利用的合理性，減少污物的排放量。

3.3 智能化工藝

現如今，智能化已經滲透到社會多個領域中，建筑工程設計也要做到與時俱進，加大對智能化控制技術的應用力度。比如，設計實踐中，照明系統運作階段會耗用大量電能，市面上可供選擇的照明燈具類型、型號繁多，節能效率有一定差異。為減少建筑照明系統啟用時電能損耗量，設計人員在確保符合成本控制標準的基礎上，盡量選擇節能性優良的智能化燈具，該燈具配置的控制系統歷經智能化升級、改造后，具備聲控功能，可以結合用戶真實的照明需求精確調節照明強度值。

也可將智能化控制用于建筑的溫控系統內。大部分智能溫控系統被安設在室內多個空間結構內，其能自動感知室內空間的真實溫度，精確測量，系統內設定了室內舒適溫度區間，若檢測到室溫發生明顯波動并超出標準值，則就會有相關信號反饋到系統的傳感器內，系統會自行調整室內空調設施，以把室溫調控在合理范疇中[8]。為規避高溫條件下溫控裝置傳送出預警信號的情況，可以在和設備相距較遠的內墻門旁結構上增設溫度監測傳感器，不僅能控制室溫測量情況，還能檢測到空調系統的出口風溫度，結合探測結果精確分析空調的真實制冷效率，改進溫控過程。該種智能化控制技術將人力調控形式取而代之，提升了系統運作過程的安穩性，減少建筑運行階段不必要的能耗。

3.4 變頻技術

越來越多的新型電氣設備被用于建筑工程建設領域中，且處于不斷改革完善的狀態中，變頻設備就是其一。變頻技術的原理是對直流電進行逆變處理，而后結合建筑物的現實運行需求，將其轉換為頻率存在差異的交流電，也能將頻率有區別的交流電轉換成直流電，在以上過程中，僅有電流的頻率發生改變，設備內的電能恒定。將該項工藝技術用于建筑電氣設備內，可以采用轉換電流頻率的形式節約更多電能，這同樣是節能建筑建設的基礎工藝類型。把多種變頻設備裝設到建筑項目內，能動態化調控電氣設備的真實功率，結合電機的現實運行需求，提供與之相配套的電源電壓。此外，變頻設備還有過流、過壓保護等功能，以防電氣設備運轉階段發生空載、負載損耗等問題，實現節能目標。

5 結束語

在節能建筑工程設計階段，加強新工藝及材料的使用，能創造出不可預估的實用價值，比如推動社會經濟平穩發展、改善建筑環境等。本文對節能工藝、生態工藝、智能化控制即變頻技術等作出分析，且介紹了幾種實用性較強的新材料，為同行選用提供一定理論支持。相關人員在實踐中也要積極滲透節能環保理念，結合建筑實況科學選用新工藝及材料等，最大限度的提升建筑功能的節能效果，造福人類社會。