節(jié)能材料在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探析

南天柱

（山西省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司， 山西 太原 030000）

當(dāng)代人們物質(zhì)生活水平不斷提升， 對(duì)于建筑物的功能和舒適性提出了新的要求。 建筑行業(yè)作為支持國(guó)民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的支柱型產(chǎn)業(yè)之一， 應(yīng)積極迎合時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)， 踐行節(jié)能減排理念到實(shí)處， 推動(dòng)節(jié)能材料和節(jié)能工藝創(chuàng)新發(fā)展。 這就需要在各級(jí)政府支持下， 加強(qiáng)節(jié)能材料和節(jié)能工藝研發(fā)， 依據(jù)實(shí)際情況合理化運(yùn)用到實(shí)處， 在提升建筑工程施工質(zhì)量同時(shí)， 盡可能減少建筑物總體能耗， 以此來(lái)助力建筑行業(yè)高水平發(fā)展。 但部分建筑企業(yè)管理人員節(jié)能意識(shí)不強(qiáng)， 對(duì)于成本普遍較高的節(jié)能材料存在抵觸情緒， 更加傾向于成本低的劣質(zhì)材料， 因此不僅為工程埋下了質(zhì)量隱患， 也會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。如何有效改善此類問(wèn)題， 還應(yīng)該進(jìn)一步推動(dòng)建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化， 合理化運(yùn)用節(jié)能材料施工全過(guò)程， 進(jìn)而建造資源節(jié)約型、 環(huán)境友好型建筑工程項(xiàng)目。

1 建筑設(shè)計(jì)中節(jié)能材料應(yīng)用重要性

1） 減少建筑物總體能耗。 建筑行業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展聯(lián)系密切， 在行業(yè)發(fā)展中， 需要大量資源和能源支持， 但由于我國(guó)的建筑行業(yè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大， 所消耗的資源總量十分驚人。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)， 我國(guó)建筑能耗逐步提升， 已經(jīng)達(dá)到全社會(huì)能源總量30%左右， 每年房屋建筑材料生產(chǎn)能耗13%左右， 建筑總能耗在全國(guó)總能耗占比達(dá)到43%左右。 因此， 在可持續(xù)發(fā)展背景下首當(dāng)其沖， 如何節(jié)能降耗成為主要目標(biāo)[1]。 鑒于此， 建筑行業(yè)應(yīng)該大力推廣應(yīng)用節(jié)能材料， 優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)， 在提升設(shè)計(jì)方案合理性同時(shí)， 最大程度降低建筑物總體能耗， 助力經(jīng)濟(jì)高水平發(fā)展。

2） 改善建筑環(huán)境。 當(dāng)代社會(huì)發(fā)展背景下， 人們對(duì)居住環(huán)境提出了諸多要求， 尤其是要保證建筑物的舒適性和安全性。 對(duì)于北方地區(qū)的建筑物， 保溫性要求較高， 每年采暖空調(diào)消耗的資源總量較大，背離可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。 對(duì)此， 在建筑設(shè)計(jì)中合理化運(yùn)用節(jié)能材料， 可以減少建筑物不必要的能耗和污染， 優(yōu)化改善建筑居住環(huán)境， 在提升居民生活質(zhì)量有著積極作用[2]。

3） 助力經(jīng)濟(jì)發(fā)展。 時(shí)代進(jìn)步和發(fā)展下， 全球變暖問(wèn)題日趨嚴(yán)峻， 對(duì)于環(huán)境保護(hù)重視程度大大提升。而目前城市化進(jìn)程逐步加快， 能源消耗、 環(huán)境污染問(wèn)題持續(xù)惡化， 進(jìn)一步加劇了能源短缺和經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾沖突， 嚴(yán)重影響了我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。因此， 建筑設(shè)計(jì)中合理化運(yùn)用節(jié)能材料， 不僅可以推動(dòng)建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型， 還可以賦予經(jīng)濟(jì)良性發(fā)展動(dòng)力與活力[3]。

2 影響建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的因素

2.1 環(huán)境影響

在影響建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的諸多因素中， 當(dāng)屬環(huán)境影響因素最為典型， 表現(xiàn)在降雨、 日照和空氣流通幾個(gè)方面。 日照因素對(duì)于建筑物內(nèi)部居住舒適度影響較大， 如果建筑物長(zhǎng)時(shí)間暴曬， 或是照射量匱乏，可能導(dǎo)致房屋溫度忽高忽低， 影響到居住舒適度。我國(guó)的大陸季風(fēng)氣候影響較大， 夏季高溫干燥， 冬季低溫寒冷， 受日照因素影響會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)溫度不適宜， 因此需要選擇合理的氣溫調(diào)節(jié)方式， 如， 空調(diào)，大大增加用電能耗[4]。 降雨的能耗表現(xiàn)， 主要是水資源利用率高低。 作為人們生產(chǎn)生活重要資源， 加強(qiáng)雨水資源回收利用， 可以有效提升水資源利用率，避免無(wú)度損耗浪費(fèi)資源。

2.2 節(jié)能工藝

節(jié)能材料可以細(xì)化為蓄能材料、 隔熱材料。 其中蓄能材料是消減日照對(duì)室內(nèi)溫度的影響， 避免室內(nèi)溫差過(guò)大， 減少溫差損耗， 提升能源利用率。 隔熱材料是固體導(dǎo)熱系數(shù)低和表面熱轉(zhuǎn)移系數(shù)低的材料， 在建筑工程中應(yīng)用可以有效阻隔室內(nèi)外熱量傳遞， 增強(qiáng)建筑物的保溫隔熱性能， 創(chuàng)設(shè)舒適的居住環(huán)境[5]。

3 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析

從綠色建筑發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看， 節(jié)能材料在建筑設(shè)中應(yīng)用規(guī)模逐步擴(kuò)大， 但由于種種因素影響， 出現(xiàn)了很多的欠缺和不足， 不同程度上影響著節(jié)能材料積極效應(yīng)充分發(fā)揮， 不利于綠色建筑高質(zhì)量建設(shè)和發(fā)展。

3.1 節(jié)能材料推廣力度有所不足

建筑設(shè)計(jì)是一項(xiàng)專業(yè)性較強(qiáng)的內(nèi)容， 其中集合了諸多學(xué)科內(nèi)容， 如果設(shè)計(jì)人員對(duì)節(jié)能材料性能和作用認(rèn)知不足， 則會(huì)阻礙節(jié)能材料在建筑設(shè)計(jì)中有效應(yīng)用。 實(shí)際上， 很多節(jié)能材料未展現(xiàn)出積極效應(yīng)，是由于推廣力度不足， 推廣范圍狹窄， 市場(chǎng)應(yīng)用技術(shù)水平滯后， 產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)和應(yīng)用環(huán)節(jié)脫節(jié)， 部分產(chǎn)品未能納入到工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)范疇， 不利于建筑行業(yè)節(jié)能材料有效應(yīng)用[6]。 此種情況下， 新型節(jié)能材料的應(yīng)用范圍將受到限制， 尤其是很多滯后的節(jié)能技術(shù)發(fā)展并不成熟， 應(yīng)用中伴隨一系列問(wèn)題， 導(dǎo)致開(kāi)發(fā)商對(duì)其產(chǎn)生抵觸情緒， 拒絕節(jié)能材料進(jìn)入到建筑領(lǐng)域。

3.2 產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定

建筑行業(yè)的保溫材料研究進(jìn)程緩慢， 創(chuàng)新度不足， 受限于成本因素影響， 不同程度上影響到保溫材料質(zhì)量和性能， 一定程度上遏制了保溫材料良性發(fā)展。 此類問(wèn)題， 還需要進(jìn)一步整合資源， 加大科研投入力度， 為保溫材料性能和質(zhì)量提供保障， 進(jìn)而在建筑領(lǐng)域大范圍推廣和應(yīng)用[7]。

3.3 配套法規(guī)政策不完善

綠色建筑發(fā)展， 離不開(kāi)節(jié)能材料支持， 因此需要加強(qiáng)建筑節(jié)能研究， 頒布和實(shí)施配套的法律法規(guī)。在完善的法規(guī)下， 有助于強(qiáng)制性要求建筑企業(yè)采用節(jié)能材料， 減少建筑物總體能耗和污染， 建造更符合社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)的綠色建筑。 但實(shí)際上， 現(xiàn)行法規(guī)政策并不完善， 法規(guī)的強(qiáng)制性不足， 致使具體執(zhí)法力度有所不足， 不同程度上制約著現(xiàn)代建筑行業(yè)高水平發(fā)展。

3.4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)忽視節(jié)能環(huán)保要求

為了提升建筑設(shè)計(jì)節(jié)能環(huán)保效果， 應(yīng)該保證建筑內(nèi)部具有良好通風(fēng)效果。 但是。 建筑設(shè)計(jì)中需要綜合考量建筑結(jié)構(gòu)安全、 使用面積和美觀性等因素，但很少考慮到建筑品質(zhì)、 性能和環(huán)保等因素。 通過(guò)仔細(xì)審查分析， 發(fā)現(xiàn)很多工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案并不合理， 無(wú)法完全滿足現(xiàn)代建筑工程需要， 但很多建筑物的設(shè)計(jì)方案已經(jīng)確定， 只能簡(jiǎn)單調(diào)整設(shè)計(jì)圖， 或是潦草調(diào)整[8]。 此種情況下， 不僅影響到設(shè)計(jì)效果， 還會(huì)浪費(fèi)資源， 制約節(jié)能型建筑工程建設(shè)和發(fā)展。

4 建筑設(shè)計(jì)中節(jié)能材料的應(yīng)用

目前市場(chǎng)上節(jié)能材料類型多樣， 不同材料性能和用途不同， 因此要結(jié)合實(shí)際靈活運(yùn)用到實(shí)處， 以此來(lái)減少建筑能耗和污染， 提升建筑物節(jié)能效果，以此來(lái)建造高質(zhì)量的建筑工程。

4.1 墻體節(jié)能材料

墻體是建筑節(jié)能施工的重點(diǎn)環(huán)節(jié)， 為了減少墻體能耗， 可以選擇節(jié)能墻體材料代替高能耗墻體材料， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。 節(jié)能墻體材料有別于常規(guī)材料， 可以顯著提升建筑墻面性能， 創(chuàng)設(shè)更加適宜的居住環(huán)境。 如， 選擇保溫性能良好的墻體材料， 在冬天可以減少室內(nèi)溫度流失速度， 減少人工取暖的能耗； 夏天可以減少陽(yáng)光輻射影響， 減少高溫環(huán)境對(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響， 進(jìn)而減少空調(diào)能耗。基于節(jié)能墻面材料， 有助于創(chuàng)設(shè)舒適的居住環(huán)境，實(shí)現(xiàn)冬暖夏涼的目標(biāo)。 目前我國(guó)市場(chǎng)上的節(jié)能墻體材料類型多樣， 如， 黏土空心磚、 黏土磚等。 未來(lái)通過(guò)與國(guó)外技術(shù)水平較高的企業(yè)建立合作關(guān)系， 可以顯著增強(qiáng)墻體節(jié)能性能， 助力節(jié)能墻體材料高水平發(fā)展[9]。

結(jié)合可持續(xù)發(fā)展要求， 可以嘗試著回收利用建筑固體廢棄物， 實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用， 加快建筑渣土、粉煤灰、 尾礦砂等固體廢物， 將其作為新型墻體材料。 伴隨著建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提升， 不斷有新型墻體保溫材料涌現(xiàn)應(yīng)用， 重點(diǎn)開(kāi)發(fā)節(jié)能墻體材料， 以煤矸石、 粉煤灰、 工業(yè)尾礦和工業(yè)爐渣等原料為主，研發(fā)空心磚和燒結(jié)空心磚[10]。 當(dāng)前墻體保溫結(jié)構(gòu)包括外保溫、 內(nèi)保溫和夾心層保溫， 設(shè)計(jì)應(yīng)用中可能會(huì)出現(xiàn)熱橋和冷橋現(xiàn)象， 而外保溫層可以起到避免此類現(xiàn)象出現(xiàn)的作用， 還可以保護(hù)主體結(jié)構(gòu)， 延長(zhǎng)建筑物使用壽命。 在具體建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用節(jié)能墻體材料， 要契合不同墻體靈活選擇不同的節(jié)能墻體材料， 仔細(xì)檢查材料構(gòu)成元素， 禁止選擇對(duì)環(huán)境污染較大的建筑材料， 否則會(huì)給居住者身體健康帶來(lái)危害， 污染自然環(huán)境。 所以， 要重點(diǎn)考慮材料環(huán)保性能， 促使墻體作用和環(huán)保材料深度融合， 達(dá)成質(zhì)量和環(huán)保目標(biāo)。

目前建筑節(jié)能墻體材料實(shí)際應(yīng)用中， 表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1） 外墻保溫和飾面系統(tǒng)。 建筑墻體節(jié)能材料應(yīng)用中， 由于我外墻保溫材料占據(jù)重要地位，直接影響到墻體節(jié)能效果。 通常情況下， 外墻保溫材料是無(wú)機(jī)材料和有機(jī)材料構(gòu)成， 多數(shù)建筑物的外墻保溫材料采用無(wú)機(jī)材料， 使用中不可避免出現(xiàn)一系列問(wèn)題， 自然無(wú)法滿足時(shí)代發(fā)展需求， 對(duì)此需要積極推動(dòng)外墻保溫材料優(yōu)化改良。 外墻保護(hù)與飾面系統(tǒng)中， 維護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)用相較于廣泛， 優(yōu)勢(shì)鮮明，不僅可以增強(qiáng)主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性， 還可以實(shí)現(xiàn)外墻美化； 2） 隔熱水泥模板外墻。 采用隔熱水泥模板外墻， 實(shí)際應(yīng)用中絕緣性能優(yōu)良， 現(xiàn)場(chǎng)澆筑中可以成為外墻主要構(gòu)成， 具有較強(qiáng)的加固、 保溫隔熱作用，性能優(yōu)良； 3） 輕質(zhì)免蒸加氣混凝土磚。 此種新型墻體材料包括河砂、 水泥、 發(fā)泡劑、 粉煤灰和水等，基于一定配合比合理配置利用， 具有容重低、 強(qiáng)度高和保溫的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。 相較于傳統(tǒng)工藝， 不需要消耗燃煤、 排污， 在降低生產(chǎn)成本同時(shí)， 起到理想的節(jié)能環(huán)保效果， 憑借其優(yōu)勢(shì)在高層框架結(jié)構(gòu)工程中廣泛應(yīng)用。 另外， 由于此種材料的多孔性賦予墻體較低的彈性模量， 增加沖擊載荷， 具有吸收和分散載荷作用。

4.2 門窗節(jié)能材料

在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中， 門窗耗能較大， 積極選用節(jié)能門窗材料至關(guān)重要， 可以有效提升建筑物整體節(jié)能效果。 目前外場(chǎng)透光材料不斷推陳出新， 此類材料優(yōu)化改進(jìn)下可以顯著增強(qiáng)外窗保溫隔熱性能。選擇新型節(jié)能玻璃材料， 玻璃表面有一層涂層薄膜，可以降低陽(yáng)光輻射， 促使玻璃吸收更多太陽(yáng)能。 而且塑料中空玻璃窗戶同樣具有較強(qiáng)的保溫隔熱性能，是由于惰性氣體可以減少中空玻璃傳熱系數(shù)， 增強(qiáng)外窗氣密性。 另外， 過(guò)濾常溫下對(duì)人體不利的紫外線， 使用泡沫塑料作為密封條， 增強(qiáng)建筑物內(nèi)部保溫性能， 減少不必要的能源損耗。

4.3 節(jié)能玻璃材料

節(jié)能玻璃材料保溫隔熱性能優(yōu)良， 已經(jīng)成為綠色建筑的主要材料， 在建筑幕墻結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要地位。 伴隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展， 單銀Low-E中空玻璃以及雙銀Low-E鍍膜中空玻璃具有突出的節(jié)能環(huán)保性能， 逐漸成為現(xiàn)代建筑物的主要材料。 另外， 隨著技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展， 太陽(yáng)能光伏玻璃、 真空玻璃等材料也在逐步推廣應(yīng)用。 建筑玻璃貼膜屬于近些年來(lái)涌現(xiàn)的一種節(jié)能方式， 在實(shí)踐中受到了社會(huì)的認(rèn)可和重視。

4.4 屋面節(jié)能材料

屋面節(jié)能材料選擇， 應(yīng)重點(diǎn)選擇導(dǎo)熱系數(shù)和吸水率不高、 且具有強(qiáng)度的節(jié)能材料。 施工中， 將屋面保溫材料設(shè)置在屋面板和防水層中間， 在提升建筑物內(nèi)部空氣濕度的同時(shí)， 起到保溫隔熱作用。 也可以選擇其他措施來(lái)增強(qiáng)屋面保溫隔熱性能， 如，屋面綠化方式可以減少溫室氣體排放量， 減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染影響。

4.5 內(nèi)部設(shè)備節(jié)能設(shè)計(jì)

除了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用節(jié)能材料， 在建筑設(shè)備設(shè)計(jì)中同樣可以采用節(jié)能材料。 如， 采暖空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)中， 圍繞采暖系統(tǒng)積極設(shè)計(jì)， 改良供暖系統(tǒng)，降低能耗。 空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)中要避免太陽(yáng)光輻射影響，并結(jié)合建筑物內(nèi)部構(gòu)造合理設(shè)計(jì)外窗朝向、 大小，以此來(lái)取得理想的節(jié)能效果。 其他電氣設(shè)備， 如，衛(wèi)生器具節(jié)能設(shè)計(jì)中， 結(jié)合光源情況來(lái)有機(jī)整合利用自然界光源， 選擇節(jié)能熒光燈， 減少不必要電能損耗。

此外， 為了推動(dòng)綠色、 節(jié)能建筑發(fā)展， 也要進(jìn)一步加強(qiáng)節(jié)能材料研發(fā)， 結(jié)合不同自然條件和地質(zhì)條件， 積極研發(fā)和應(yīng)用節(jié)能材料。 擴(kuò)大宣傳， 增強(qiáng)消費(fèi)者對(duì)節(jié)能材料認(rèn)知和重視， 引導(dǎo)用戶購(gòu)買節(jié)能產(chǎn)品， 規(guī)范建筑節(jié)能市場(chǎng)， 最大程度上減少節(jié)能建筑施工成本。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述， 建筑設(shè)計(jì)中節(jié)能材料的有效應(yīng)用，在滿足工程建設(shè)質(zhì)量需求基礎(chǔ)上， 還可以減少整體能耗和環(huán)境污染。 故此， 要充分契合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求， 增強(qiáng)人們節(jié)能環(huán)保意識(shí)， 加強(qiáng)節(jié)能材料研究力度， 規(guī)范市場(chǎng)， 以便于促進(jìn)節(jié)能材料大范圍應(yīng)用， 在改善資源匱乏問(wèn)題同時(shí)， 打造符合社會(huì)要求的節(jié)能環(huán)保型建筑工程。