節能材料在建筑設計中的應用

梁永國

(南寧市建筑規劃設計集團有限公司，廣西 南寧 530000)

社會經濟的發展以及人們的生產生活活動需要消耗大量的能源，而能源并不是無盡的，是隨著使用不斷減少的，能源緊缺的加劇，會影響人類社會的發展，基于此，在社會經濟發展的同時，應重視節能。施工材料是建筑的主要組成，消耗量巨大，節能材料的應用，可以很好的解決建筑能耗問題，降低建筑建設及使用過程中的能耗，進而促進社會經濟的持續性發展。

1 概述

節能材料是指建筑全生命周期范圍內降低天然資源的使用，避免影響生態環境，具有可循環、安全、節能等特點。現階段，隨著建筑節能理念的不斷深入人心，節能材料技術的不斷發展，產生了很多節能材料，為建筑工程建設提供了更多的選擇。在具體應用時，應重點掌控節能、回收、重復利用等要點，對節能材料進行合理的選擇，確保建筑節能的水平，充分展現節能材料的使用價值[1]。

2 節能材料的重要性

2.1 提升經濟發展水平

社會經濟的發展離不開能源產業，任何行業的發展都需要能源產業的支持，基于此，為了促進社會經濟的持續性發展，應在行業發展時重視對能源的管理，堅持可持續發展的方針指引，避免消耗不必要的能源。建筑業是社會經濟的支柱產業，是提升國民生活品質的重要行業，然而隨著建筑規模的擴大，工序的復雜程度不斷加深，能源的投入量巨大，使得傳統建筑模式下的能源消耗存在不合理情況，因此，應重視節能材料的應用，促進社會經濟的進一步發展。

2.2 改善居住環境

社會經濟發展水平的提升，促進了生活品質的提升，使得人們對居住環境的要求不斷提高，不再滿足于基本的建筑使用功能，在居住環境的健康度以及舒適度都更高的要求。在建筑中，節能材料可以使室內環境得到改善，降低照明、空調等設備的能耗，既可以緩解能源緊缺局面，還可以構造良好的室內居住環境。站在室外環境角度，降低能耗可以減少燃燒煤炭資源取暖過程中產生的污染，減少對室外環境的影響。

2.3 改善物質文化水平

經濟水平的提升，使得人們的生活更加舒適。智能生活的發展對建筑利用能源方面提出了較高的要求，基于此，應重視節能材料的應用，減少能源資源的不必要損耗，為人們提供優質生活環境，提升人們的物質文化生活水平[2]。

3 節能材料的選用原則

3.1 與自然生態融合

在選擇節能材料時，應重視與自然生態的融合，在此基礎上開展施工，能夠提升建筑材料的使用成效，在建筑結構中融入綠色環保及生態節能理念，促進建筑的節能化、生態化及綠色化轉變。

3.2 與實際情況相符

在選擇節能材料時，應考慮擬建項目所在地的具體情況，全面考量當地的自然生態條件、人文環境等，因地制宜的選擇節能材料，進而使節能材料與當地的實際情況相符，從而提升建筑的觀賞及藝術價值。

3.3 獲得更多的效益

節能材料在建筑設計中的應用就，可以充分減少建筑建設與使用過程中的能源與資源消耗總量，最大程度的提升節能材料的利用率，降低建筑對自然生態體系產生的不良影響，進而發揮建筑產生的生態節能效益、使建筑的社會、經濟效益與生態節能效益共存，掌控建筑的整體質量[3]。

4 常見的節能材料

4.1 墻體材料

建筑的外墻材料種類很多，總結起來主要為板、塊、磚三類，如復合材料、加氣混凝土構筑物、粘土磚、非粘土磚、粘土空心磚等。其中磚類材料的應用較為常見，施工應用方法也較為簡單，在現階段相對更為成熟，可以形成牢固可靠的結構體系。比如燒結磚類有：燒結頁巖多孔磚等；混凝土磚類有：普通混凝土小型空心砌塊等；蒸壓磚類：蒸壓加氣混凝土砌塊等，均可以在建筑外墻中進行靈活選用，施工效果較為突出，后續形成的節能保溫作用也較為理想。此外，墻板類材料的應用同樣也比較常見，比如蒸壓加氣混凝土板、混凝土輕質墻板等，均可以在外墻施工中應用，同樣也能夠提升外墻結構的節能保溫效果。

4.2 隔熱保溫材料

隨著生活品質的提升，人們對建筑材料的要求越來越高，尤其是隔熱保溫材料方面，促進了新型材料的發展，新型保溫隔熱材料主要為硅酸鈣防水保溫玻璃、耐火纖維、聚苯丙烯發泡、玻璃棉、礦棉、無機保溫砂漿、無機保溫膩子、YSL隔熱反射涂料添加劑等，均可以在隔熱方面發揮理想作用。無機聚合砂漿是由玻璃纖維、水溶性無機鹽礦石、高分子材料、活性硅、硅酸鹽水泥等材料配置而成，具有粘接性好、硬度大、不裂不空鼓、耐火防水、抗老化、隔音保溫、熱工穩定性高、密度低、導熱率低、結構穩定等特點，此種材料可以充分兼顧地動、風壓、火、水、熱應力等因素需求，是通過逐層漸變柔性釋放應力及無腔體結構工藝制作而成，可以解決地面空鼓以及裂縫等問題，是很好的保溫隔熱材料，具有很好的應用優勢。

4.3 相變材料

相變材料(PhaseChangeMaterial)分為有機PCM、無機PCM、以及復合PCM三種，其中，有機類PCM由包括醋酸、石蠟、以及其他有機物；無機PCM包括金屬類、熔融鹽類、合金類結晶水合鹽類。相變材料能夠在溫度不變的條件下改變物質狀態，通過對物質形態的改變釋放或吸收大量潛熱，可用作能量儲存器，其在電采暖行業的應用，為電采暖帶來了革命性的轉變，基于相變材料研發的相變熱電暖器，相較于傳統電暖器，其能夠降低60%～70%的電能消耗。此外，相變材料主要被用來制作建筑結構輕質材料，無機相變材料的防火性和耐久性要優于有機相變材料[4]。

5 節能材料在建筑設計中的應用

5.1 屋面節能設計

為了更好地在建筑設計中普及節能材料，設計師需要不斷更新知識儲備，努力接受新事物，勇于創新，結合建筑市場發展行情，對現有的條例政策進行學習，為節能技術的應用奠定良好基礎。而屋頂作為建筑結構的重要組成部分，其在日常的使用中，受沙粒、雨雪、陽光直射等外界因素的影響不可避免的會出現一些損壞，導致屋頂發生漏水、裂縫等病害，影響建筑物的正常使用，為人們的日常生活帶來不便。設計師想要在屋頂設計中應用節能材料，除考慮外界因素對屋頂的影響外，還需考慮屋頂本身的功能性，選擇能夠增強屋頂耐腐蝕性與保溫性能的節能材料，以達到調節室內溫度的目的。基于此，在設計時，設計師首先要對屋頂的保溫層結構進行合理設計，結合建筑所在地的真實氣候情況，合理選擇保溫材料，宜選用吸水率低、導熱系數小，并具有一定的強度的保溫材料，常用的屋面保溫材料有：絕熱擠塑聚苯乙烯泡沫板，具體的厚度應該根據工程所在地區現行節能標準選用或計算確定。其次，為了使建筑屋面設計達到預期的節能需求，設計師應有針對性地對屋面節能需求進行深入研究，特別是在屋面混凝土屏蔽層與保溫層的節能設計方面，對保溫層而言，其設計重點在于保溫層的真實密度與吸水系數，只有保障這兩部分數據的科學合理性，才能保障屋面結構設計的一體化。對屏蔽層而言，需要重點關注熱絕緣材料的使用過程，選擇新型環保材料及節能材料，根據施工規范，將高熱絕性能材料用于屏蔽層施工，而后在屏蔽層上進行綠化種植等，并借助水汽蒸發吸熱原理，對屋頂表面溫度進行有效控制，進而達到節能減排的目的。

5.2 墻體的節能設計

外墻作為建筑結構的重要組成部分，一直以來都是建筑設計的重中之重，由于建筑外墻起著保溫隔熱的作用，因此，在墻體設計中應用節能技術，應突出墻體的隔熱與保溫效果。根據保溫層位置的不同，墻體的保溫形式可以分為外墻外保溫、外墻保溫和中空復合墻體保溫等3種形式。常見的外保溫形式有YSL隔熱反射涂料添加劑和無機保溫膩子的結合。YSL隔熱反射涂料添加劑與普通白色、淺色外墻涂料混合構成SL隔熱反射涂料。這就需要外墻的顏色為淺色時更能發揮其作用；常見的內保溫材料為無機保溫砂漿或擠塑聚苯乙烯泡沫板(XPS)結合抗裂砂漿的運用。抗裂面層中應該設置玻纖網，并需要應嚴格控制抗裂面層的厚度。具體的材料或厚度應該根據工程所在地區現行節能標準選用或計算確定。在建筑墻體設計中，設計人員應該注重密切結合不同外墻結構材料，選擇適宜合理的設計方案，促使其可以形成良好的外墻結構，在保障建筑外墻結構穩定性的同時，綜合提升其整體節能保溫效益。比如對于上文提到的各類墻體保溫隔熱材料，墻體磚以及墻板類材料，均可以進行優化設計，以便促使其形成良好的全面綜合布置效果，避免出現材料選擇不當，或者是在外墻結構中布置不合理的問題。

5.3 樓板的節能設計

建筑架空樓板、底層地面所使用的材料，在耐火極限及燃燒性能方面應符合國家及地方現行的防火標準。在對建筑樓板材料選擇時，室內地表材料應選擇帶微孔的面板材料，樓板保溫層設計厚度需符合國家現行的節能標準，并做好保溫隔熱處理，北方地區部分建筑會在樓板中安裝循環管道，冬季依靠熱水循環暖地面，增加室內溫度，夏季則需要冷卻降溫。此外，北方地區部分地區的建筑內公共區域地板無需進行采暖的地板，也應設置保溫層，確保公共區域樓板的傳熱系數符合節能標準要求，避免不必要的能源消耗。

5.4 門窗的節能設計

設計師應依據規范標準要求，對門窗朝向、位置、尺寸等參數開展深入分析與討論。在建筑設計中，門窗是業主連通室內外空間的橋梁，和墻體一樣應具有一定程度的高溫隔熱效果，以達到調節室內溫度的目的。基于此，設計師在開展門窗節能設計時，應通過對地熱、太陽能等資源的合理利用，有效控制室內溫度及電能消耗，從而達到節能減排的目的。細數我國建筑設計發展史，可以發現門窗材料已經從原木質材料變成了鋁合金材料，鋼制復合門窗已經成為當前的建筑門窗材料的首選，材料的轉變大大提高了門窗的安全性，也提高了門窗的美觀性，加強了門窗的隔熱、保溫、防裂的效果。此外，在門窗設計中應用節能技術，設計師首先應對門窗材料進行合理選擇，常見的門窗類型有普通鋁合金窗、斷熱鋁合金窗、PVC窗、鋁木復合門窗；常用的玻璃有Low-E中空玻璃、無色透明中空玻璃、熱反射鍍膜玻璃、透明玻璃等，條件允許的情況下，可以使用合成玻璃作為門窗材料，增加門窗結構的節能性與安全性，常見的玻璃門窗材料有鍍膜低輻射玻璃、真空玻璃、中空玻璃等，其中，鍍膜低輻射玻璃的表面涂有特殊涂層，能夠反射紅外線，阻高溫效果明顯；真空玻璃是由兩層或多層玻璃組成的，玻璃與玻璃間充入干燥氣體形成隔熱層，具有較佳的保溫隔熱效果，能夠降低制冷設備或采暖設備的能源消耗；中空玻璃的原理與真空玻璃類似，但是中空玻璃比真空玻璃厚、成本低。

5.5 遮陽設計

遮陽設計是實現建筑節能的主要方式之一，設計師應意識到遮陽設計對建筑工程的重要性，綜合考慮多方因素選擇最佳的節能設計方式。基于此，在遮陽設計，設計師需要充分考慮周邊的建筑群體分布及光照情況，分析建筑采光對建筑外形的影響，并結合室內空間分布，分析不同采光條件下的遮陽需求。國外一些建筑會利用輕金屬面板，增加門窗的觀賞性，采取合適的遮陽體系對窗戶進行立體設計，而我國的窗戶則多為平面設計，兩者區別在于對建筑空間的不同表現，需要設計師根據建筑整體風格進行合理選擇。建筑類型不同，采光標準也各不相同。如在陳列館與圖書館的設計時，由于陽光直射會導致文物或藝術品褪色，因此，陳列館與圖書館不能直接進行室內采光；在教室和閱覽室的設計時，出于使用需求，教室與閱覽室需要確保一定的采光效果，采光不足會影響人們的視力，同時，為了防止夏季強光帶來的眩光，需要對建筑內部的溫度指數進行合理控制。在建筑平面布局設計上，當前的大部分建筑朝向南北，垂直軸線偏向東西，這種朝向的建筑，在露臺或陽臺的設計時，往往會借助陽臺或露臺本身的結構特征；在窗戶設計時，通過設計窗戶的窗套、窗戶的造型線條獲得預期的遮陽效果，為達到此要求，設計師應根據建筑所在地的光照條件，對建筑平面布局進行合理設計，優化平面結構，充分發揮建筑結構優勢，這種設計方式有很廣闊的發展空間，值得人們去進一步研究[5]。

6 結語

綜上所述，設計是建筑工程開發建造的主要環節之一，在建筑設計中應用節能技術，不僅可以增加建筑的環保性，改善建筑結構，還可以提高建筑的實際應用價值及經濟利益，提高建筑設計的整體水平，提升建筑的品質，促進建筑業的持續發展。