建筑工程施工中的綠色環(huán)保材料應(yīng)用研究

方虎

（山西三建集團(tuán)有限公司，山西長治 046011）

1 建筑工程施工中的綠色環(huán)保材料發(fā)展歷程

綠色環(huán)保材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用始于20 世紀(jì)初，那時(shí)人們開始意識(shí)到自然資源的有限性和環(huán)境保護(hù)的重要性。早期的應(yīng)用主要集中在使用天然材料和回收材料上，例如，天然木材、石材以及回收的鋼鐵和玻璃[1]。進(jìn)入20 世紀(jì)末，隨著技術(shù)的進(jìn)步和環(huán)保意識(shí)的提升，綠色環(huán)保材料開始得到更廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。在這一時(shí)期，一些關(guān)鍵的技術(shù)革新促進(jìn)了綠色材料的發(fā)展，如高性能隔熱材料的研發(fā)、低揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）涂料和黏合劑的推廣等。同時(shí)，各國政府和國際組織開始制定相關(guān)的環(huán)保建筑標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證體系，如LEED、BREEAM 等，為綠色環(huán)保材料的應(yīng)用提供了標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)。

21 世紀(jì)以來，綠色環(huán)保材料在建筑工程施工中的應(yīng)用進(jìn)入了快速發(fā)展階段。材料的種類和功能更加多樣化，如采用納米技術(shù)改良的材料、生物基材料以及通

過改進(jìn)生產(chǎn)過程減少環(huán)境影響的材料等。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和社會(huì)對環(huán)保的日益重視，綠色環(huán)保材料在建筑工程施工中的應(yīng)用將更加廣泛，對促進(jìn)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的貢獻(xiàn)也將更加顯著。

2 建筑工程施工中的綠色環(huán)保材料應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 高性能隔熱材料的應(yīng)用

在建筑工程施工中，高性能隔熱材料的應(yīng)用是提高建筑能效、降低能耗的重要手段。其中，聚氨酯泡沫（PU）因其卓越的隔熱性能、輕質(zhì)及施工便捷性而廣泛應(yīng)用于建筑墻體、屋頂以及地面的隔熱。聚氨酯泡沫的導(dǎo)熱系數(shù)低至0.022W/（m·K），遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的隔熱材料如礦物棉[約0.035W/（m·K）]和聚苯乙烯泡沫[EPS，約0.038W/（m·K）]，使得其在相同隔熱效果下所需的材料厚度更薄[2]。以一棟建筑的外墻為例，采用聚氨酯泡沫作為隔熱材料時(shí)，僅需設(shè)定厚度為10cm，即可達(dá)到優(yōu)良的隔熱效果，而若使用EPS 材料，則可能需要增加至13cm 厚度以達(dá)到相同的隔熱性能。高性能隔熱材料與傳統(tǒng)隔熱材料性能對比如表1 所示。

表1 高性能隔熱材料與傳統(tǒng)隔熱材料性能對比

聚氨酯泡沫在施工中的靈活性也為其在綠色建筑中的應(yīng)用提供了便利。通過現(xiàn)場噴涂的方式，聚氨酯泡沫可以無縫貼合于各種形狀和結(jié)構(gòu)的建筑表面，有效避免了傳統(tǒng)隔熱材料中常見的接縫熱橋問題。此外，聚氨酯泡沫具有良好的抗壓性和穩(wěn)定性，密度一般在30～60kg/m3，不僅能夠承受一定的結(jié)構(gòu)負(fù)荷，還能在建筑物的整個(gè)使用周期內(nèi)保持其形狀和隔熱性能，有效延長建筑物的使用壽命。

2.2 生態(tài)透水混凝土的應(yīng)用

生態(tài)透水混凝土，以其獨(dú)特的環(huán)保與功能性特征，在建筑工程施工中扮演著至關(guān)重要的角色，尤其是在城市雨水管理和緩解城市熱島效應(yīng)方面。透水混凝土的設(shè)計(jì)理念主要基于其高透水性能，能夠有效地促進(jìn)地面水的自然滲透和地下水的補(bǔ)給。此類混凝土通常由粗骨料、細(xì)骨料、水泥和水按特定比例混合而成，不添加或少量添加細(xì)骨料以保持混凝土孔隙率較高，孔隙率通常在15%～25%，使得水分能夠通過混凝土直接滲透到地面以下。

生態(tài)透水混凝土的透水速率是衡量其性能的關(guān)鍵指標(biāo)，透水速率一般可達(dá)到300mm/h 以上，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)非透水路面材料[3]。例如，一條采用了透水率為300mm/h的生態(tài)透水混凝土鋪設(shè)的長200m、寬5m 的人行道，即便在每小時(shí)100mm 的暴雨條件下，人行道表面也幾乎不會(huì)有積水現(xiàn)象，有效減輕了城市排水系統(tǒng)的壓力。此外，相比于傳統(tǒng)混凝土，透水混凝土的壓強(qiáng)強(qiáng)度雖稍低，但仍可滿足大多數(shù)城市道路和人行道的標(biāo)準(zhǔn)要求，其壓強(qiáng)強(qiáng)度范圍在3.5MPa～20MPa，完全能夠承受人行及非重載車輛的壓力。生態(tài)透水混凝土與傳統(tǒng)混凝土性能對比如表2 所示。

表2 生態(tài)透水混凝土與傳統(tǒng)混凝土性能對比

生態(tài)透水混凝土的應(yīng)用不僅限于改善城市排水條件，還包括對城市熱島效應(yīng)的緩解。由于其表面能夠保持一定的濕潤度，通過水分的蒸發(fā)冷卻作用，透水混凝土能夠在一定程度上降低地表溫度[4]。數(shù)據(jù)顯示，透水混凝土鋪裝的表面溫度，相比于傳統(tǒng)混凝土或?yàn)r青鋪裝，在夏季可低2～4℃，對于減輕城市熱島效應(yīng)具有顯著效果。此外，透水混凝土的環(huán)保特性還體現(xiàn)在其對雨水的收集與利用上，通過設(shè)置集水系統(tǒng)，收集透過透水混凝土的雨水，經(jīng)過簡單處理后可用于城市綠化或路面清洗，進(jìn)一步提高了水資源的利用效率。

2.3 太陽能光伏材料的應(yīng)用

太陽能光伏系統(tǒng)的核心是光伏板，其性能將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電效率和應(yīng)用效果。以一種常用的單晶硅光伏板為例，該板的標(biāo)準(zhǔn)尺寸為1650mm×992mm，厚度為40mm，每塊板的重量大約為19kg。單晶硅光伏板的平均轉(zhuǎn)換效率為18%～22%，這意味著它能將18%～22%的太陽能轉(zhuǎn)換為電能。在技術(shù)規(guī)格方面，這種光伏板的最大功率點(diǎn)（Pmax）為300W，其開路電壓（Voc）約為39.5V，而最大功率點(diǎn)電壓（Vmp）則為31.0V，最大功率點(diǎn)電流（Imp）為9.68A。這些指標(biāo)都是評估光伏板性能和選擇合適光伏系統(tǒng)的關(guān)鍵依據(jù)。單晶硅光伏板的主要性能參數(shù)如表3 所示。

表3 單晶硅光伏板的主要性能參數(shù)

在某商業(yè)建筑的屋頂安裝了這種單晶硅光伏板，總安裝容量為200kW。根據(jù)該地區(qū)的平均日照時(shí)長大約為5h，可以計(jì)算該光伏系統(tǒng)的理論日發(fā)電量為200kW×5h=1000kW·h。然而，實(shí)際發(fā)電量還需要考慮環(huán)境因素（溫度、遮陰）和系統(tǒng)損耗。若總損耗率為15%，則實(shí)際日發(fā)電量約為850kW·h。年發(fā)電量則為850kW·h×365=310250kW·h，足以滿足該建筑部分能源需求，減少對傳統(tǒng)能源的依賴，同時(shí)顯著降低能源成本。此外，考慮到經(jīng)濟(jì)效益，安裝光伏系統(tǒng)的初始投資成本包括光伏板、逆變器（將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的設(shè)備）、支架系統(tǒng)以及安裝費(fèi)用。以該項(xiàng)目為例，總投資成本約為5 元/W，總成本為100 萬元。根據(jù)當(dāng)前電價(jià)0.1 元/（kW·h）計(jì)算，年節(jié)省電費(fèi)約為15 萬元。考慮到光伏系統(tǒng)的使用壽命可達(dá)25 年以上，長期來看，這種投資具有顯著的經(jīng)濟(jì)回報(bào)和環(huán)境效益。

2.4 低輻射玻璃的應(yīng)用

在建筑工程中，低輻射（Low-E）玻璃因其卓越的節(jié)能性能而越來越受到重視。低輻射玻璃通過在玻璃表面涂覆多層金屬或金屬氧化物薄膜，能有效反射室內(nèi)紅外線，同時(shí)允許可見光穿透，從而減少能量損失，提高建筑的能效。采用鍍銀技術(shù)的雙層鍍膜Low-E 玻璃是一種常用的低輻射玻璃產(chǎn)品，這種玻璃的可見光透射率高達(dá)70%，而其太陽能總透射率僅為40%，這意味著它能有效減少太陽輻射熱量的進(jìn)入，降低建筑內(nèi)部的冷卻負(fù)荷[5]。此外，該Low-E 玻璃的U 值（熱傳導(dǎo)系數(shù)）為1.8W/（m2·K），相比普通玻璃的5.8W/（m2·K）大幅降低，顯著提高了隔熱性能，減少了室內(nèi)熱量的流失。在冬季，這種低輻射玻璃能有效保持室內(nèi)熱量，減少供暖需求；而在夏季，通過反射外部熱量，減少空調(diào)的冷卻需求，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。雙層鍍膜Low-E 玻璃與傳統(tǒng)玻璃性能對比如表4 所示。

表4 雙層鍍膜Low-E 玻璃與傳統(tǒng)玻璃性能對比

通過這種高效能的玻璃材料，不僅提升了建筑的環(huán)保和節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，也為建筑用戶創(chuàng)造了更加舒適健康的室內(nèi)環(huán)境。通過上述分析對比可見，低輻射玻璃在建筑工程中的應(yīng)用不僅體現(xiàn)了其出色的節(jié)能減排性能，也展現(xiàn)了現(xiàn)代建筑材料技術(shù)的進(jìn)步。

3 建筑工程施工中綠色環(huán)保材料的創(chuàng)新與發(fā)展

3.1 墻體保溫材料的創(chuàng)新與發(fā)展

近年來，墻體保溫材料的創(chuàng)新主要集中在提升材料的環(huán)保性能、耐久性以及保溫效率。例如，采用多孔輕質(zhì)材料如膨脹聚苯乙烯（EPS） 和擠塑聚苯乙烯（XPS）的發(fā)展，這些材料以其優(yōu)異的保溫隔熱性能、低吸水率和長期的穩(wěn)定性，成為墻體保溫的首選。同時(shí)，技術(shù)創(chuàng)新如納米技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步改善了這些保溫材料的熱導(dǎo)率，使其在更薄的材料厚度下達(dá)到更高的保溫效果。例如，通過在EPS 中加入納米級(jí)氣凝膠粒子，熱導(dǎo)率可以降低至0.018W/（m·K），相比傳統(tǒng)EPS材料的0.03～0.04W/（m·K）大幅降低。此外，環(huán)境友好型材料的研發(fā)，如基于再生纖維或天然植物纖維的保溫板，不僅具有良好的保溫性能，還能通過其生命周期減少對環(huán)境的影響。這些材料的開發(fā)和應(yīng)用，不僅響應(yīng)了綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展的趨勢，也為建筑工程施工提供了更多的選擇，以適應(yīng)不同的氣候條件和建筑需求。

3.2 保溫隔熱材料的創(chuàng)新與發(fā)展

保溫隔熱材料在建筑工程施工中的創(chuàng)新，著重于實(shí)現(xiàn)更高的能效標(biāo)準(zhǔn)和滿足嚴(yán)格的環(huán)保要求。最新的發(fā)展趨勢包括使用相變材料（PCM）、真空絕熱板（VIP）和高反射性涂料等。相變材料能夠在室內(nèi)溫度變化時(shí)吸收和釋放熱量，有效平衡日夜溫差，從而減少能源消耗；而真空絕熱板提供了一種超薄且高效的隔熱解決方案，其熱導(dǎo)率可以低至0.004W/（m·K），極大優(yōu)于傳統(tǒng)保溫材料。高反射性涂料則通過反射太陽光的熱能，減少建筑物吸收的熱量，降低冷卻負(fù)荷。這些材料和技術(shù)的創(chuàng)新，不僅提高了建筑的能源效率，還有助于創(chuàng)造更舒適健康的室內(nèi)環(huán)境，對于應(yīng)對全球氣候變暖和節(jié)能減排具有重要意義。

3.3 裝飾裝修材料的創(chuàng)新與發(fā)展

在裝飾裝修材料領(lǐng)域，創(chuàng)新主要集中在環(huán)保、低排放和可持續(xù)性上。市場上新興的綠色環(huán)保材料，如竹材、再生木材和低揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的涂料和黏合劑，正成為越來越受歡迎的選擇。竹材因其快速生長和可再生性，成為地板和墻面裝飾的理想材料；再生木材利用廢棄的木材資源，減少了對新資源的需求；低VOC 涂料和黏合劑則顯著減少了室內(nèi)空氣污染，提高了居住環(huán)境的健康性。此外，數(shù)字化印刷技術(shù)的應(yīng)用，使得環(huán)保型材料也能實(shí)現(xiàn)個(gè)性化和多樣化的裝飾效果，滿足現(xiàn)代消費(fèi)者對美觀與環(huán)保并重的需求。通過這些創(chuàng)新材料的應(yīng)用，建筑裝飾裝修不僅能實(shí)現(xiàn)良好的視覺效果，還能確保室內(nèi)環(huán)境的健康和可持續(xù)性，符合現(xiàn)代綠色建筑的發(fā)展方向。

4 結(jié)語

本文通過深入研究綠色環(huán)保材料在建筑工程中的應(yīng)用，展示了其在推進(jìn)建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展方面的重要作用。本文不僅概述了綠色材料在不同階段的發(fā)展情況，還通過實(shí)際應(yīng)用的分析展示了其在實(shí)踐中應(yīng)用的效果。盡管存在成本和技術(shù)上的挑戰(zhàn)，但通過不斷的創(chuàng)新與發(fā)展，這些材料必然會(huì)在未來實(shí)現(xiàn)更廣泛使用，從而為建筑行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型提供有效支持。