關鍵詞: 廣義建筑節(jié)能； 建筑節(jié)能材料； 發(fā)展概況和趨勢； 問題； 解決方法
Abstract: Energy conversation materials used for main building wall, external wall heat insulation，and doors and windows were introduced．The performances of these materials were systematically summarized，so were the virtues and disadvantages．Thus some meaningful references to select energy conversation materials were offered，and the research and application of energy conversation materials will be improved．
Key words: building energy conservation；energy-saving material；main wall；external wall；doors & windows
0．引言
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，全球對能源的需求也日益增大。在不斷增大的總能耗之中，建筑能耗約占總能耗的30%，建筑節(jié)能問題引起了越來越多國家的重視。而建筑材料作為我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一，經(jīng)過建國后五十余年的發(fā)展，現(xiàn)已成為國民經(jīng)濟中的重要組成部分。開發(fā)研制及應用節(jié)能材料是建筑節(jié)能的根本途徑，也是促進我國建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的根本保證。
1．建筑節(jié)能材料的概念
建筑節(jié)能這一概念內涵豐富，在發(fā)達國家，這一說法經(jīng)歷了三個階段:“建筑節(jié)能”、“在建筑中保持能源”、“提高建筑中的能源利用效率”。在我國，現(xiàn)在仍通成為建筑節(jié)能，但其含義應該盡到第三層意思，即在建筑中合理使用和有效利用能源，不斷提高能源利用率，降低建筑能耗量。建筑能耗包含廣義的建筑能耗和狹義的建筑能耗。目前所說的建筑能耗，常常指的是狹義的建筑能耗，即建筑物在施工建設過程中所必須耗費的資源、能量；廣義的建筑能耗還包括維持建筑物日常使用過程中所耗費的資源，包括采暖、空調、熱水供應、炊事、照明、家用電器等方面的能源。
而所謂節(jié)能建筑，概括地說就是“凡是利用新型節(jié)能材料如混凝土空心砌塊，在建筑設計、結構、門窗密封、圍護結構、屋面材料等方面的新措施，與普通建筑相比使室內達到更好的隔熱保溫性能的建筑”。節(jié)能建筑一般可分為集中式采暖系統(tǒng)和被動式采暖兩大類。被動式采暖節(jié)能建筑是利用太陽能的能量而基本上不用正規(guī)能源來達到節(jié)能的目的，在北方并不常用。而所謂集中式采暖系統(tǒng)，是以減少外圍護結構的傳熱系數(shù)或加大熱阻系數(shù)來節(jié)約能耗的，也是建筑節(jié)能的主要發(fā)展方向。
從以上分析可知，建筑節(jié)能材料就是指維持建筑物日常使用過程中能耗低的建材，通過改變材料自身的特性來達到建筑節(jié)能的目的。節(jié)能材料屬于保溫絕熱材料；絕熱材料是指用于建筑圍護或者熱工設備、阻抗熱流傳遞的材料或者材料復合體，既包括保溫材料，也包括保冷材料。絕熱材料的意義，一方面是為了滿足建筑空間或熱工設備的熱環(huán)境，另一方面是為了節(jié)約能源[1]。
2．建筑節(jié)能材料及性能
建筑物正常使用狀態(tài)下的建筑能耗，包括采暖、空調、熱水供應、炊事、照明等方面的能耗。其中，采暖和空調系統(tǒng)能耗最大。因此，正常使用狀態(tài)下的建筑節(jié)能，主要就是如何節(jié)約采暖、空調的能耗[2,3]。
2.1 節(jié)能主墻體材料
2.1.1 加氣混凝士砌塊
加氣混凝土砌塊是以水泥、石灰等鈣質材料、石英砂、粉煤灰等硅質材料和鋁粉、鋅粉等發(fā)氣劑為原料，經(jīng)磨細、配料、攪拌、澆筑、發(fā)氣、切割、壓蒸等工序生產(chǎn)而成的輕質混凝土材料。該類產(chǎn)品材料來源廣泛、材質穩(wěn)定、強度較高、質輕、易加工、施工方便、造價較低，而且保溫、隔熱、隔聲、耐火性能好，是迄今為止能夠同時滿足墻材革新和節(jié)能50%要求的唯一單材料墻體。但是在寒冷地區(qū)還存在著隔氣防潮、防止內部冷凝受潮、面層凍融損壞等問題[4]。
2.1.2 EPS砌塊
EPS砌塊[5]是用阻燃型聚苯乙烯泡沫塑料模塊作模板和保溫隔熱層，而中芯澆筑混凝土的一種新型復合墻體。該類砌塊具有構造靈活，結構牢固，施工快捷方便，綜合造價低，節(jié)能效果好等優(yōu)點，在國外頗為流行。常用于3～4層以下民用建筑、游泳池、高速公路隔離墻、旅館建筑等，該模塊有兩種類型，即標準型和轉角型，基本尺寸為1200mm×240mm×300mm。沿長度方向均勻分布5個方圓形孔(尺寸150mm×l50mm)，底部和頂部開有半方圓孔，孔洞相互貫通，可澆筑混凝土，形成隱形梁柱框架結構。
2.1.3 混凝土空心砌塊[6]
目前我國大都使用190mm×l90mm×390mm標準型混凝土空心砌塊，但最大問題是其模數(shù)與建筑模數(shù)不相一致，給建筑施工帶來很多不便。隨著黏土實心磚被禁用，該問題必須盡快解決。
2.1.4 模網(wǎng)混凝土
模網(wǎng)混凝土是由蛇皮網(wǎng)、加勁肋、折鉤拉筋構成開敝式空間網(wǎng)架結構，網(wǎng)架內澆筑混凝土制成。可廣泛用于工業(yè)及民用建筑、水工建筑物、市政工程以及基礎工程等。常用的建筑模網(wǎng)主要有鋼筋網(wǎng)、鋼絲網(wǎng)、鋼板網(wǎng)和纖維網(wǎng)等，但各種建筑模網(wǎng)本身材質以及規(guī)格尺寸不同而用于不同場合，比如鋼筋網(wǎng)主要是用于工廠預制各種規(guī)格混凝土大板(墻板、樓板等)，纖維板主要是低堿玻璃GRC墻板，鋼絲網(wǎng)主要用于非承重構件，如泰伯板等。
鋼板網(wǎng)是由高強鋼絲焊接的三維空間鋼絲網(wǎng)架中填充阻燃型聚苯乙烯泡沫塑料芯板制成的網(wǎng)架板，既有木結構的靈活性，又有混凝土結構的高強和耐久性。具有輕質、節(jié)能、保溫、隔熱、隔音等多種優(yōu)良性能便于運輸、組裝方便、施工速度快，并能有效地減輕建筑物負荷。增大使用面積，是理想的輕質節(jié)能承重墻體材料[7]。
2.1.5 納土塔(RASTRA)空心墻板承重墻體
納土塔板[8]是由聚苯乙烯、水泥、添加劑和水制成的隔熱吸聲水泥聚苯乙烯空心板構件經(jīng)黏合組裝成墻體。整個墻體的內部構成縱橫上下左右相互貫通的孔槽，孔槽澆筑混凝土或穿插鋼筋后再澆筑混凝土，在墻內形成剛性骨架。納土塔板只是同體積混凝土重量1/6～1/7，可減少對基礎的荷載，節(jié)約建筑物基礎的投資，在同樣的地基承載能力下，可增加建筑物的層數(shù):納土塔板無鋼筋混凝土墻體的平均抗壓強度為20．8 MPa(5層樓以下的均不需要配筋)，配鋼筋混凝土墻體的平均抗壓強度為32～35 MPa。配鋼筋混凝土墻體柱的平均抗壓強度為36～40 MPa。而且納土塔板熱導率只有0.083 W/(m·K)，保溫隔熱性能好；耐火試驗顯示納土塔板耐火極限為4h，屬非燃燒體，滿足防火規(guī)范對防火墻耐火極限的要求。
2.2 建筑節(jié)能外墻保溫材料
外墻保溫節(jié)能主要是靠保溫絕熱材料作為建筑圍護，開發(fā)和應用高效的保溫絕熱材料是保證建筑節(jié)能的有效措施。絕熱就是要最大限度地阻抗熱流的傳遞，因此，要求絕熱必須具有大的熱阻和小的熱導率。從材料的結構上看，當材料的表觀密度降低、孔隙率增大、材料內部的孔隙為大量封閉的微小孔時，材料的熱導率是比較小的。
外墻的保溫方式根據(jù)保溫層位置的不同，可以分3類:外墻外保溫、外墻內保溫和中空夾心復合墻體保溫3種。目前常用的保溫絕熱材料主要有:聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS、XPS)、泡沫玻璃、膨脹珍珠巖、巖(礦)石棉板、玻璃棉氈、海泡石、以及超輕的聚苯顆粒保溫料漿等。這些材料共同的特點就是在材料內部都有大量的封閉孔，它們的表觀密度都較小，這也是作為保溫隔熱材料所必備的[1,2]。
(1)礦物棉。巖(礦)棉和玻璃棉有時統(tǒng)稱為礦物棉，巖棉是以精選的玄武巖或輝綠巖為主要原料，經(jīng)高溫熔制成的無機人造纖維。巖棉制品具有良好的保溫、隔熱、吸聲、耐熱、不燃等性能和良好的化學穩(wěn)定性。巖棉有3種絕熱方式:內絕熱、中間夾芯絕熱和外絕熱。但巖棉的質量優(yōu)劣相差很大，保溫性能好的密度低，其抗拉強度也低，耐久性比較差；
(2)玻璃棉。玻璃棉與巖棉在性能上有很多相似之處，但其手感好于巖棉，可改善工人的勞動條件。但他的價格較巖棉為高。目前我國的玻璃棉產(chǎn)量僅為美國的1／60；
(3)聚苯乙烯泡沫塑料。聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯樹脂為主要原料，經(jīng)發(fā)泡劑發(fā)泡而制成的內部具有無數(shù)封閉微孔的材料。其表觀密度小，熱導率小，吸水率低，隔音性能好、機械強度高，而且尺寸精度高，結構均勻。因此，在外墻保溫中其占有率很高；
(4)硬質聚氨酯泡沫塑料。硬質聚氨酯泡沫塑料具有非常優(yōu)越的絕熱性能，熱導率極低(0.025 W/(m·K))且其特有的閉孔結構使其具有更優(yōu)越的耐水氣性能，由于不需要額外的絕緣防潮，簡化了施工程序，降低工程造價。但因其價格較高、而且易燃，限制了他的使用；
(5)硅酸鹽復合絕熱砂漿。硅酸鹽復合絕熱砂漿是一種新型墻體保溫材料，是以精選海泡石、硅酸鋁纖維為主原料，附以多種優(yōu)質輕體無機礦物為填料，在數(shù)種加劑的作用下經(jīng)細纖化、擴散膨脹、混溶、粘接等多種工藝深度復合而成的灰白色黏稠漿狀物。此種材料顯著特點為:保溫隔熱性能好，施工簡便(直接涂抹)，解決了板材拼接處罩面層開裂現(xiàn)象；
(6)水泥聚苯板(塊)。水泥聚苯板是近年開發(fā)的輕質高強保溫材料，是采用聚苯乙烯泡沫顆粒、水泥、發(fā)泡劑等攪拌澆筑成型的一種新型保溫板材，這種材料容重輕、強度高、破損少，施工方便，有韌性、抗沖擊，還具有耐水、抗凍性能，保溫性能優(yōu)良。實測表明[9]:以240mm磚墻復合50～70 mm厚水泥聚苯板，其熱工性能可超過620 mm磚墻保溫效果。該類防火、阻燃材料應用到任何部位、任何情況下均可起到防火阻燃的效果，并達到國家相關規(guī)定標準。但這種材料的容重、強度和熱導率之間存在著相瓦制約的關系，配比中各成分量的變化對板材的性能都有顯著的影響[10]。由于板材的收縮變形，有些板材上墻后仍在收縮，板縫處理難度較大。如能較好地解決板縫裂縫問題，大面積推廣應用前景看好；
(7)膠粉聚苯顆粒保溫材料。膠粉聚苯顆粒保溫材料是由膠凝材料和聚苯顆粒輕骨料分別按配比包裝組成。膠凝材料選用水泥、粉煤灰、不定型二氧化硅及各種助劑。該材料固化后熱導率低(一般均＜0.060 W/(m·K)，密度小，熱工性能好，具有良好的和易性、耐候性，充分考慮了熱應力、水、火、風壓及地震力的影響，其界面砂漿采用無空腔和逐層漸變柔性釋放應力的技術路線，可有效地解決抗裂難題[11]。該保溫材料突破了傳統(tǒng)保溫砂漿只能用于內保溫的局限，雖然該技術走回了濕作業(yè)的老路，但是他確實是適合中國國情的保溫材料，應加大研究力度，盡早普及。
2.3 節(jié)能門窗
窗的結構是影響窗戶散熱的主要因素，而對窗的節(jié)能性能影響最大的是玻璃的性能[1,3]。
2.3.1 玻璃
目前，國內外研究并推廣使用的節(jié)能玻璃主要有以下3種:
(1)中空玻璃。中空玻璃中間充灌氪、氬或者空氣，熱導率很低，具有優(yōu)異的保溫性能。從性能和經(jīng)濟方面綜合考慮，中空玻璃內腔以充灌氬氣為佳。我國常用的中空玻璃有2種:槽式中空玻璃和復合膠條式中空玻璃，現(xiàn)在多采用后者。然而在我國目前中空玻璃的使用普及率不足1%，但中空玻璃是實現(xiàn)門窗節(jié)能的重要途徑，我國以中空玻璃逐漸代替普通玻璃將是必然趨勢；
(2)真空玻璃。門窗玻璃材料從單片玻璃、中空玻璃，發(fā)展到真空玻璃已是第三代產(chǎn)品。中空玻璃當中是普通空氣或充氬氣，其隔音性能、透光折減系數(shù)均優(yōu)于中空玻璃。以空調節(jié)能性能比較，真空玻璃比中空玻璃、單片玻璃節(jié)電16%～18%、29%～30%；
(3)鍍膜玻璃。鍍膜玻璃通常是在玻璃表面鍍上一層金屬薄膜，改變玻璃的透射系數(shù)和反射系數(shù)。他可以同中空玻璃、真空玻璃結合起來使用。近年來發(fā)展起來的鍍膜低輻射玻璃，對380 nm～780 nm的可見光具有較高的透射率，可以保證室內的能見度，同時，對紅外光具有較高的反射率，達到保溫節(jié)能效果。
2.3.2 門窗框扇材料
(1)塑鋼型材門窗框扇。塑鋼型材框扇是以聚氯乙烯(PVC)樹脂為主要原料，加上一定比例的高分子改性劑、發(fā)泡劑、熱穩(wěn)定劑、紫外線吸收劑和增塑劑等擠出成型，然后通過切割、焊接或螺接的方式制成，再配裝上密封膠條、毛條、五金件等。超過一定長度的型材空腔內需要用鋼襯(加強筋或細鋼條)增強。該類框扇比重輕、熱導率低、保溫性能好、耐腐蝕、隔聲、防震、阻燃性能優(yōu)良。但PVC塑料線膨脹系數(shù)高，窗體尺寸不穩(wěn)定影響氣密性；PVC塑料冷脆性高，不耐高溫，使得該類門窗材料在嚴寒和高溫地區(qū)使用受到限制；而且PVC塑料剛性差，彎曲模量低，不適于大尺寸窗及高風壓場合[12]；
(2)塑鋁型材框扇。它是在鋁合金型材內注入一條聚酰胺塑料隔板，以此將鋁合金型材分離形成斷橋，來阻止熱量的傳遞。此種節(jié)能框扇由于聚酰胺塑料隔板將鋁合金型材隔斷，形成冷橋，從而在一定程度上降低了窗體的熱導率，因而，具有較好的保溫性能:而且，鋁合金型材彎曲模量高，剛性好，適宜大尺寸窗及高風壓場合使用；鋁合金型材耐寒熱性能好，使得塑鋁框扇可用在嚴寒和高溫地區(qū)，而且，在冬季溫差50℃時門窗也不會產(chǎn)生結露現(xiàn)象，并且，隔音性能保持在30～40dB之間。但鋁合金型材線膨脹系數(shù)較高，窗體尺寸不穩(wěn)定，對窗戶的氣密性能有一定影響；鋁合金型材耐腐蝕性能差，適用環(huán)境范圍受到限制；而且目
前該類型材價格較高，較難普及；
(3)玻璃鋼型材框扇。玻璃鋼是將玻璃纖維浸漬了樹脂的液態(tài)原料后，經(jīng)過模壓法預成型，然后將樹脂固化而成。玻璃鋼型材同時具有鋁合金型材的剛度和PVC型材較低的熱傳導性，具有低的線膨脹系數(shù)，且和玻璃及建筑主體的線膨脹系數(shù)相近，窗體尺寸穩(wěn)定，門窗的氣密性能好；玻璃鋼型材熱導率低，玻璃鋼窗體保溫性能好；玻璃鋼型材對熱輻射和太陽輻射具有隔斷性，隔熱性能好；耐腐蝕，適用環(huán)境范圍廣泛；彎曲模量較高，剛性較好，適宜較大尺寸窗或較高風壓場合使用；玻璃鋼型材耐寒熱，使得玻璃鋼門窗可以廣泛應用在嚴寒和高溫地區(qū):而且玻璃鋼型材重量輕，比強度高，隔音性能好，可隨意著色，使用壽命長(普通PVC壽命為15年，而玻璃鋼壽命為50年)，是國家重點鼓勵發(fā)展的節(jié)能產(chǎn)品。
3．建筑節(jié)能材料的發(fā)展趨勢
在國家政策支持和鼓勵下，充分調動了廣大科技人員的積極性，創(chuàng)造了大量的施工新方法、生產(chǎn)新工藝，有些產(chǎn)品利用工業(yè)廢渣、天然纖維來合成制品等。通過不斷總結生產(chǎn)、應用的經(jīng)驗，學習先進國家的技術，使我國整體節(jié)能工作取得較大進展[13,14]。
3.1 墻體材料發(fā)展趨勢
黏土質墻體向非黏土質墻體材料發(fā)展:實心型墻體材料制品向空心型墻體材料制品發(fā)展；小塊墻體材料制品向大塊墻體材料制品發(fā)展；重質墻體材料制品向輕質墻體材料制品發(fā)展；現(xiàn)場濕作業(yè)多的墻體材料制品向現(xiàn)場濕作業(yè)少的墻體材料制品發(fā)展；單一材料的墻體向多功能復合材料墻體發(fā)展。
3.2 絕熱保溫材料發(fā)展趨勢
(1)向外墻外保溫發(fā)展。較之內墻保溫技術，采用外墻外保溫能保護主體結構，延長建筑物壽命；基本消除“熱橋”現(xiàn)象，減少內墻面裂縫；提高建筑物的防水功能和氣密性；提高室內環(huán)境的舒適度，增加建筑的有效空間等；
(2)向多功能復合化發(fā)展。各種材料各有特色，也有不足之處:如有機類保溫材料保溫性能好，但是耐溫低、強度低、易老化、防火性能差；無機類保溫材料耐高溫、無熱老化、強度高，但吸水率高或機械加工性能差。為了克服單一保溫材料的不足，則要求使用多功能復合型的建筑保溫材料；
(3)向輕質化發(fā)展。同種材料密度越小其隔熱性能越好，同時，輕質材料不會造成建筑結構的額外負擔，減少了因結構變形造成滲漏的可能性。隨著輕型房屋體系的發(fā)展，建筑保溫材料也必然向著輕質化方向發(fā)展；
(4)向綠色化發(fā)展。建筑保溫材料從原料來源、生產(chǎn)加工制造過程、使用過程和產(chǎn)品的使用功能失效、廢棄后，對環(huán)境的影響及再生循環(huán)利用等4個方面滿足綠色建材的要求是必然趨勢。
4．結語
據(jù)了解，目前，新型節(jié)能建材主要包括新型墻體材料、化學建材、新型保溫隔熱材料、建筑裝飾裝修材料等。但是有專家指出：①由于相關鼓勵配套政策有待完善、建材行業(yè)本身發(fā)展存在進入門檻低、集中度低、市場競爭無序、受上下游牽制較大以及業(yè)主選擇等問題，市場推廣并不順利:②企業(yè)面臨向高技術、高端市場轉移的壓力，使新型節(jié)能建材短時間內難以得到快速發(fā)展。建筑材料牛產(chǎn)行業(yè)在節(jié)約能源、資源方面缺乏科技投入、技術創(chuàng)新不足，影響全行業(yè)整體水平的提升。發(fā)展成本過高仍是阻礙節(jié)能建材推廣的一個主要因素之一。
我們國家在建筑節(jié)能行業(yè)的起步較晚，尤其是南方地區(qū)，所以我們應該引進全國乃至全世界的先進節(jié)能、環(huán)保建筑材料，學習各地區(qū)的先進經(jīng)驗，組建地方特色的建筑材料生產(chǎn)企業(yè)，以促進建筑節(jié)能材料能、環(huán)保建筑材料，學習各地區(qū)的先進經(jīng)驗，組建地方特色的建筑材料生產(chǎn)企業(yè)，以促進建筑節(jié)能材料更能適合地方性的環(huán)境和氣候特點，提高節(jié)能效率，在現(xiàn)有技術的基礎上最大限度地做好建筑節(jié)能工作，順應“兩型社會”的發(fā)展需求。
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