節(jié)能墻體材料在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

徐 慧，周子惠，劉 毫

（西北綜合勘察設(shè)計(jì)研究院，陜西西安 710003）

我國(guó)的傳統(tǒng)建筑風(fēng)格和現(xiàn)代建筑風(fēng)格有著較為顯著的差異。建筑工程的進(jìn)步隨著改革開放以來飛速發(fā)展，建筑工程在承擔(dān)基礎(chǔ)的功能性之外，還需要有著更為便民的作用［1］。同時(shí)，為了我國(guó)和全世界越發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境問題，將節(jié)能的理念和建筑領(lǐng)域相融，是建筑工程研究人員的新目標(biāo)和追求。建筑節(jié)能的目標(biāo)不僅是建筑領(lǐng)域?qū)Νh(huán)境問題的答卷，同樣也是對(duì)居住者的軟性關(guān)懷。在緩解能源短缺問題的基礎(chǔ)上，降低建材的消耗，減少施工的成本，給居住者更為安全環(huán)保的居住空間、更為綠色的生活方式。簡(jiǎn)而言之，建筑節(jié)能是建筑領(lǐng)域在新時(shí)代的發(fā)展方向，是建筑工程在全球范圍的大趨勢(shì)下的必然選擇。

國(guó)內(nèi)外對(duì)建筑節(jié)能的研究已有很多成熟的技術(shù)，如建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)［2］、新能源技術(shù)和節(jié)能建筑材料等。其中，BIM技術(shù)是建筑工程和計(jì)算機(jī)工程的交叉技術(shù)，將建筑物的設(shè)計(jì)理念以模型的方式展示出來，運(yùn)用合理的模擬程序?qū)Σ晒狻⒈氐冉ㄖ畔⑦M(jìn)行模擬，力求達(dá)到最佳的居住體驗(yàn)和綠色生活；新能源應(yīng)用是為了減少電能的消耗，由于當(dāng)今世界發(fā)電的主要方式仍是火力發(fā)電，發(fā)電效率低且造成污染［3］，故而新能源如太陽能和風(fēng)能等是很重要的清潔能源；綠色建筑材料的開發(fā)是當(dāng)今建筑工程的熱點(diǎn)問題，在傳統(tǒng)建材越發(fā)消耗工人勞動(dòng)力和一些不可再生的傳統(tǒng)資源的情況下，節(jié)能環(huán)保、可循環(huán)的建筑材料無疑給節(jié)能建筑提供了廣闊的視野和思路。然而，我國(guó)對(duì)節(jié)能建材的研究并不夠深入，國(guó)外的新型節(jié)能環(huán)保型建筑材料的應(yīng)用程度要優(yōu)于我國(guó)，并在節(jié)能率上有著更深入的研究。隨著我國(guó)對(duì)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的重視程度越來越高，有關(guān)部門正大力發(fā)展新的節(jié)能技術(shù)和材料，并為這個(gè)新的模塊制定了相當(dāng)完備的法律法規(guī)，這也側(cè)面說明了發(fā)展新型節(jié)能建材的必要性。

在節(jié)能建筑中，保溫系統(tǒng)無疑是其中重要組成部分。而墻體結(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)建筑工程的保溫有著十分重要的作用，墻體材料的選擇直接關(guān)乎建筑物的走向。但墻體材料的選擇需要考慮許多因素，不僅要考慮墻體在建筑物中承擔(dān)什么樣的角色，確保安全的同時(shí)承擔(dān)特定的功能，還需要嚴(yán)格遵守國(guó)家相關(guān)法規(guī)，同時(shí)盡量做到對(duì)環(huán)境的“零排放”［4］。

1 新型建筑墻體材料

1.1 墻體材料的概念

墻體材料指的是制作墻面的原材料，墻體材料不同于墻面材料，墻面材料是裝修房屋時(shí)能夠使得上面更加美觀的材料，常見的產(chǎn)品有墻紙或者墻面漆等，而墻體材料則是堆砌墻體時(shí)使用的材料，代表性產(chǎn)品就是砌磚或者隔墻板等。傳統(tǒng)的墻體材料有傳統(tǒng)石材、磚、瓦及砌塊等，這些建材的生產(chǎn)過程都伴隨著能耗過大、污染嚴(yán)重的問題。以鋼筋混凝土為例，無論是混凝土的生產(chǎn)亦或是鋼材的運(yùn)用，都涉及到高溫冶煉過程，消耗大量的能源，且利用率較低，伴隨著大量的廢水廢氣等污染物的排放。還有燒結(jié)工藝制備的磚瓦等，都不符合我國(guó)節(jié)能環(huán)保的發(fā)展理念，需要淘汰落后的工藝，控制成本和污染物的排放［5］。

為了區(qū)別于傳統(tǒng)的墻體材料，新型的墻體材料一般指不需要消耗土地資源（如磚瓦等），對(duì)環(huán)境友好（生產(chǎn)、施工和回收步驟都盡量避免對(duì)環(huán)境的污染）和 不破壞生態(tài)壞境（不散發(fā)對(duì)生態(tài)有害的污染物如甲醛等）的墻體材料。根據(jù)墻體承擔(dān)的角色，可將墻體材料分為承重和非承重墻體材料，而非承重墻體一般承擔(dān)建筑設(shè)計(jì)中多功能化的模塊，如保溫功能等［6］。

1.2 應(yīng)用現(xiàn)狀

新型墻體材料在我國(guó)的應(yīng)用時(shí)間較短，相比某些發(fā)達(dá)國(guó)家的節(jié)能建材市場(chǎng)，我國(guó)在環(huán)保節(jié)能建筑材料上的發(fā)展處于初級(jí)階段 。與國(guó)外的大企業(yè)相比，我國(guó)新型節(jié)能環(huán)保建材企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備都比較粗糙，良品率低，建筑工人的整體素質(zhì)也無法滿足對(duì)新型材料的施工。故而，我國(guó)市場(chǎng)上的新型墻體材料的成本要比傳統(tǒng)墻體材料要高出許多，建筑工人的施工技術(shù)也有所欠缺，在這樣的背景下，新型墻體材料在我國(guó)建筑工程上的應(yīng)用也比較困難。但隨著我國(guó)在節(jié)能環(huán)保型建筑材料上的投入和發(fā)展比重增大，以及相關(guān)方面的法律法規(guī)的健全，新型墻體材料在我國(guó)市場(chǎng)上所占比重也會(huì)越來越大，以更為低廉的價(jià)格和更好的功能性走入尋常百姓家。

2 新型墻體材料在建筑工程中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

承重墻體材料需要滿足一定的強(qiáng)度和韌性以成為整個(gè)建筑工程的“龍骨”，而非承重墻體材料則扮演了建筑工程功能化的角色，一般而言，墻體材料在建筑物中所具有的功能性有以下兩方面。

2.1 保溫系統(tǒng)

我國(guó)是人口大國(guó)，為了滿足人民的日常所需，需要大量的能源消耗，而我國(guó)屬于人均能源占比較小的國(guó)家，節(jié)約能源和減少能源浪費(fèi)是我國(guó)綠色發(fā)展理念中不可缺少的組成部分。在建筑工程領(lǐng)域而言，推廣建筑物保溫體系是必然趨勢(shì)，其中，建筑保溫分為內(nèi)保溫和外保溫。2.1.1 內(nèi)保溫

內(nèi)保溫顧名思義，是在外墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)部進(jìn)行保溫系統(tǒng)的覆蓋處理。由于在外墻結(jié)構(gòu)完成后施工，所以內(nèi)保溫的施工效率高、操作簡(jiǎn)便，普通的建筑工人就可勝任內(nèi)保溫的施工。但內(nèi)保溫系統(tǒng)的搭建不可避免地需要犧牲一定的居住面積，常見的內(nèi)保溫材料有高分子保溫板如復(fù)合聚苯保溫板、酚醛泡沫板和聚乙烯保溫板等，和高分子材料與砂漿、水泥等復(fù)合板材，是絕大多數(shù)建筑物選擇的保溫方式［7］。

2.1.2 外保溫

相對(duì)內(nèi)保溫而言，外保溫的操作難度較高，工期較長(zhǎng)，但外保溫作為近年來興起的保溫系統(tǒng)，具有保溫效果穩(wěn)定、技術(shù)搭配合理和減緩建筑老化等顯著的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，外保溫技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域較寬，不僅可以配合新建工程的功能化設(shè)計(jì)，也可以運(yùn)用在對(duì)老舊建筑物的改造工程中。外保溫系統(tǒng)的技術(shù)搭配合理，在承擔(dān)保溫功能的同時(shí)也對(duì)建筑物的主體部分有緩沖和保護(hù)的作用，也減少了由于建筑物中金屬材料產(chǎn)生的熱橋效應(yīng)。常見的外保溫體系中的墻體材料有苯乙烯泡沫板、巖棉板等［8］。

2.2 隔音系統(tǒng)

隨著社會(huì)的發(fā)展，噪音污染已經(jīng)成為打攪城鎮(zhèn)居民生活舒適度的問題之一，所以現(xiàn)代的建筑設(shè)計(jì)理念中，隔音需求的地位也隨之升高。而選用孔隙率大、結(jié)構(gòu)蓬松的墻體材料可以有效地降低聲音的隔墻傳播，帶來更舒適安靜的居住體驗(yàn)，常見的隔音材料有發(fā)泡塑料隔聲板、聚酯纖維吸音棉等［9］。

3 常見新型建筑墻體保溫材料

3.1 酚醛泡沫板材料

酚醛材料是熱固性塑料，遇到明火也不會(huì)產(chǎn)生濃煙，具有高效阻燃的特性，燃燒性能達(dá)到了國(guó)家制定的A級(jí)性能［10］。酚醛泡沫板材料是將硬質(zhì)的酚醛保溫板進(jìn)行處理后得到保溫材料，由于酚醛泡沫板的結(jié)構(gòu)較為蓬松，所以酚醛泡沫板常常也作為優(yōu)秀的隔音材料運(yùn)用在建筑設(shè)計(jì)中。酚醛泡沫板的導(dǎo)熱系數(shù)很小（<0.025W/m?K）,具有典型的有機(jī)高分子材料的耐酸、抗腐蝕性能，相較傳統(tǒng)建材而言，酚醛泡沫板的密度小，可以減輕承重材料的負(fù)荷，同時(shí)，酚醛泡沫板的生產(chǎn)過程已經(jīng)開發(fā)出了無氟發(fā)泡技術(shù)，綠色環(huán)保。然而酚醛泡沫板也有一定的缺陷，它本身的強(qiáng)度不高，為了滿足建筑工程中的使用，需要在內(nèi)部或表面粘貼一層無機(jī)材料，增加了應(yīng)用成本，且粘結(jié)性是酚醛材料的一大痛點(diǎn)，使用酚醛材料后再貼瓷磚等有一定重量的建材就不太牢靠。且酚醛材料本身很脆，容易粉化，加上原料中有苯酚和甲醛等有毒物質(zhì)，并不適合在內(nèi)墻中使用。

3.2 復(fù)合發(fā)泡水泥板

復(fù)合發(fā)泡水泥板的原材料就是市面常見的硅酸鹽水泥，通過對(duì)水泥的發(fā)泡處理后得到的具有多孔蓬松結(jié)構(gòu)的水泥板材。在沿襲了水泥本身的高強(qiáng)度、耐火耐腐蝕和高穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)后，發(fā)泡水泥板的密度較小，重量較輕，且工藝簡(jiǎn)單，易于施工。但多孔的結(jié)構(gòu)也使得復(fù)合發(fā)泡水泥板的抗彎折性能變低，易碎、粘結(jié)度變差，同時(shí)加重了水泥差的抗?jié)B性能，吸水率過大，不宜使用在潮濕的環(huán)境中［11］。

3.3 聚苯乙烯保溫板

按照聚苯乙烯保溫板的發(fā)泡成型工藝，一般將其分為模塑型和擠塑型，聚苯乙烯保溫板的穩(wěn)定性很好，可連續(xù)服役40年以上，擁有優(yōu)異的防腐性能，耐老化。擠塑型聚苯乙烯保溫板是近年來開發(fā)的保溫材料，相比于前代的模塑型聚苯乙烯保溫板，擠塑型保溫板改進(jìn)模塑型保溫板繁雜的成型工藝，擠塑成型的工藝使得材料的多孔結(jié)構(gòu)中，孔隙是緊密的閉孔，因此擠塑型聚苯乙烯保溫板展現(xiàn)出低導(dǎo)熱系數(shù)的同時(shí)，也具有較好的防潮抗?jié)B能力［12］。

3.4 真空絕熱板

在保溫材料的設(shè)計(jì)理念中，除了采用低導(dǎo)熱系數(shù)的材料之外，研究人員另辟蹊徑，開發(fā)出直接降低空氣熱對(duì)流的真空絕熱板，真空絕熱板由表層材料和內(nèi)部填充物組成，導(dǎo)熱系數(shù)在0.002 W/m?K和0.007 W/m?K之間，是十分優(yōu)異的隔熱材料［13］。其中填充物也叫做芯材，一般分為粉體和玻纖兩種，粉體芯材常常選自SiO2材料，導(dǎo)熱系數(shù)較高，主要應(yīng)用在墻體保溫；而玻纖芯材導(dǎo)熱系數(shù)較低，主要應(yīng)用在冷藏領(lǐng)域。但真空隔熱板只可定制，不能隨意切割，使得應(yīng)用成本偏高。

4 總結(jié)與展望

隨著我國(guó)對(duì)建筑工程的大力發(fā)展和節(jié)能理念的持續(xù)推行，我國(guó)的新型建筑材料也在蓬勃發(fā)展，但我國(guó)的新型墻體材料的發(fā)展仍然處于初始階段，與發(fā)達(dá)國(guó)家成熟的節(jié)能建材工業(yè)相比還有較大的差距，如企業(yè)科研人員較少、生產(chǎn)設(shè)備粗糙、專業(yè)人員配套設(shè)施不全等，導(dǎo)致我國(guó)新型墻體材料的價(jià)格偏高，影響新型墻體材料的廣泛使用。但在市場(chǎng)中依然處于火熱的狀態(tài)，這代表著人民對(duì)綠色生活理念和對(duì)綠色建筑工程的認(rèn)同，可以說，隨著我國(guó)科技的發(fā)展和建筑人的努力，新型墻體材料的生產(chǎn)成本會(huì)更低，施工過程更科學(xué)便捷，服役時(shí)間更長(zhǎng)，功能性更大，回收率更高，服役閉環(huán)實(shí)驗(yàn)“零污染”，逐步實(shí)現(xiàn)建筑工程中的“人與自然和諧相處”的目標(biāo)，創(chuàng)造和諧美麗的綠色生活。