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建筑节能是推动新型建材发展的动力

发表于2005-07-27    1636人浏览    9人跟帖    复制链接  只看楼主

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一两阳光

建筑节能是推动新型建材发展的动力
韦延年
(四川省建筑科学研究院,四川 成都610081)
[摘要]建筑节能是贯彻国家可持续发展战略的重要组成部分。本文从建筑节能与新型建材的关系,全面论述了新型建材的发展必须与建筑节能相结合,必须具有生态、环境和节能意识。建筑节能是推动新型建材持续发展的动力。
[关键词]建筑节能;新型建材;成套技术;轻质高效;生态环境;持续发展
[中图分类法]Tu522.3[文献标识码]B[文章编号]1003-5273(2002)02-0026-04
一、前言
人口膨胀、环境污染和能源短缺是当今和未来世界面临的三大问题,也是人类为了可持续发展必须寻求正常途径予以解决的重大课题。在我国,由于历史和近代发展中的种种不正常因素,这三大问题尤为突出,已成为影响和阻碍我国国民经济、生态环境、科学技术、社会文化等各个领域持续发展的重要因素。
建筑是国民经济中的一个支柱产业,特别是在我国,人口多,底子薄,仅以满足城乡居民的居住条件而论,就是世界上住房面积最多的国家。若将公共设施与生产等房屋包含在内,其建筑占地面积和建筑面积更是世界上任何一个国家所不可及。建筑已成为我国国民经济和人民生活水平的重要标志。
建筑是一个用能大户。建筑能耗包括建造能耗与使用能耗两大部分,含盖了建筑工业与建筑使用的各个方面,范围很广。在发达国家,一般都把建筑使用能耗作为建筑能耗与工业、农业和交通运输等行业的能耗并列,共属于民生能耗,作为统计和评价其在全国总能耗中所占比例的依据。建筑能耗在各国总能耗中所占的比例是不同的,一般为30%~40%,比重很大。为此建筑节能就为世界所有国家所关注,而且把建筑节能的范围定义为减少建筑节能使用过程中的能耗。
根据十五大提出的“下世纪中叶我国经济发展达到中等国家的经济水平”的战略目标,我国的能耗供应与生产面临着十分严峻的形势。由于现有的建筑能耗方式和水平十分落后,能源浪费十分严重,建筑单位面积能耗仍是与我国气候相近的发达国家的3~5倍,全国城镇居民每人每年使用能源的支出已增长到240元以上,超出了用于住房的支出。随着未来人口的增加和人民生活水平的提高以及气候变化等因素,建筑能耗必将大幅度增长,在全国总能耗中的比重也会越来越大,加之我国的能耗结构是以煤为主,环境污染严重。建筑能耗将直接影响社会经济的发展、大气的污染程度、建筑热环境的舒适质量和整个建筑业的发展。所以国家建设部将建筑节能列为全国建筑领域一项艰巨而紧迫的战略性任务,制定了相关的政策、法规,限制能耗水平,鼓励相关的技术开发,加强管理与监督,加强合作与协调,以推进建筑节能技术的不断深入和完善,建筑节能给建筑规划设计带来了新的课题,也给新型建材的发展提出了新的要求。

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二、建筑节能有赖于新建材的发展
未来房屋的规划设计标准是高舒适,低能耗。高舒适不仅仅是热舒适,还包含有利于生态平衡和环境保护,有利于居住与使用者的身心健康。要达到高舒适、低能耗的标准,建筑节能的内容就包含了规划设计与使用的全过程。即建筑的外环境设计、内环境设计、围护结构的构造和用能设备的选择四个方面。建筑的外环境设计主要是自然能源的充分与综合利用,包括日光、风、绿化(水面)环境的设计。建筑内环境主要是尽可能减少能耗,也有自然能源的综合利用问题,包括建筑物的体形、门窗的形式、位置与大小和平面布局与剖析形式等。围护结构的构造设计和用能设备的选择,也包含自然能源的利用与有效地节省不可再生能源两个方面。以上除建筑的外环境设计外,其余都和新型建材的发展与应用有直接的关系,特别是与建筑围护结构的构造设计关系最为密切。
我国建筑节能工作已进入节能50%的第二阶段,节能目标是在当地的1980~1981年住宅通用设计能耗水平的基础上节能50%,其中建筑物应承担30%,用能设备约承担20%。
若从夏季空调制冷下的热舒适与节能考虑,不仅需要抵抗室外热作用稳定部分(既平均量)的传热阻,还需要抵抗室外热作用中不稳定的部分(即波动量)的热稳定性能力。外围护结构在夏季热作用条件下满足室内热舒适与节能要求的隔热指标,可以用抵抗室外平均热作用的热阻抗隔热指数G1和抵抗室外波动热作用的热稳定隔热指数G2来评价。G1和G2包含了影响外围护结构热工性能的诸因素,如结构本身的热阻R、热惰性指数D、结构两侧表面材料的热物理性能和边界层的空气状态。
以成都为例,为满足夏季空调制冷温度为28℃,并辅以室内气流速度v≥0.3m/s时的热舒适和节能要求是:
外墙的 G1≤0.60(10-2m2・K/W)
G2≤0.30(10-2m2・K/W)
屋顶的 G1≤0.40(10-2m2・K/W)
G2≤0.35(10-2m2・K/W)
除传统的双面粉刷240厚实心砖墙能满足以上G2的指标外,其余常用的外墙和屋顶都不能达到以上的指标。要使建筑节能技术按照国家标准的规定正常地得以推广和应用,只有依靠新型建材的发展才有可能。我国的建筑节能起步晚、水平低,节能标准明显低于发达或中等发达的国家。随着社会经济的发展,我国的建筑节能标准也将随之提高,建筑节能就更加有赖于新型建材的发展。

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三、建筑节能需要轻质高效的新型建材
建筑材料的热物理性能指标是建筑节能设计的依据,包括直接指标和导出指标:
1、表征建筑材料表面热物理性能的直接指标有:
(1)材料表面对太阳辐射热的吸收系数ρ;
(2)材料表面对长波辐射热的反射与辐射率ε,亦称黑度。
2、表征材料在一定体积和厚度条件下的热物理性能直接指标有:
(1)材料的容重γ(kg/m3),一般指干容重;
(2)材料的导热系数λ(W/m・K);
(3)材料的比热c(kg/kg・k);
(4)材料的蒸汽渗透系数μ(g/m・h・pa);
3、由直接指标导出的热物理性能指标有:

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从上表明,材料表面的反射与辐射特性及材料的容重与导热系数是材料的主要热物理指标,而容重γ是影响导热系数λ的重要因素,建筑材料必须“轻”才有很好的热物理性能。
对于轻型的外围护结构,要能够达到优良的节能效益,材料表面的热物理性能有很重要的作用。在夏季,浅色涂料能有效的反射太阳辐射热[如公式(1)、(2)所示之ρ值],减少通过外围护结构进入室内的热量,而且由于外表面温度降低,也减少了材料层受温度应力而产生的变形破坏。利用象铝箔之类表面具有高反射、低辐射的材料作外围护结构的内外表面层,不仅能有效的反射太阳的辐射热,也能使内表面向室内一侧的辐射热交换有效的降低,创造良好的室内热环境。利用高反射的表面材料作窗帘,以及将其铺贴于采暖散热器的后面,是减少太阳辐射、减少能耗的有效措施。特别是将铝箔之类的材料置于空气间层的两侧(或热的一侧),可显著地提高空气间层的热阻3~4倍,同时还可起到防潮的作用。
像混凝土空心砌块和钢筋混凝土框架与剪力墙结构体系的房屋外围护结构,以复合式提高其保温隔热性能是最有效的途径。复合的材料必须要轻,不增加较大的荷载,综合指标优良才能达到要求。
当然,轻质材料也会因其γ和λ小,而使表征围护结构抵抗室外波动热作用的热稳定性能(即公式(2)中的D或m)减少。但外围护结构的隔热指标是一个综合性的指标,可以配合其他热性能指数的改善来达到要求的热稳定性能。更主要的是,针对有一定热稳定性能要求的南方地区的外围护结构来讲,房屋的采暖与空调受气候特征与气候适应性的影响,基本上是间隙的采暖与制冷工作制,热稳定性能较差的轻质材料在外围护结构的应用,反而有采暖升温、制冷降温的优点。对稳定传热条件下的非间隙采暖与制冷房屋而言,适当增加轻质材料的厚度,也可满足热稳定性要求。

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四、建筑节能需要成套的新型建材
大多厂家在开发某种新型监测产品时,只注重材料本身的性能是否符合国家的某个标准的要求,而不重视材料应用中的综合技术研究,往往还要求产品具有多功能,即所谓“三合一”、“四合一”等等。混凝土空心砌块是代替黏土砖的一种能耗少、对环境保护有利的墙体材料,在进一步推广应用中受到阻碍的现状,其原因主要在于要求过高和与之相适应的成套技术研究不够。对仅有190厚度的单排孔混凝土空心切块墙体,即要满足承重要求,又要满足围护与表面艺术上的要求,实在太苛刻,而且也是不可能的。空心切块墙体是砌体结构,砂浆是其主要的组成部分,其特性应与混凝土砌块的材性和砌筑要求相一致,不能用砌筑砖墙或其他砌体的砂浆来替代。空心砌块的壁厚只有20~30mm,也给室内装饰在内壁嵌固电器等物件造成困难。只有对混凝土空心砌块墙体中的成套技术予以研究和解决,推进混凝土空心砌块的持续健康发展才有可能。
外墙外保温和倒置屋盖技术有很多优点,已在我国北方和南方的建筑中得到广泛的认可,并逐步的推广应用,收到很好的综合效益。但保温材料是处于室外一侧,受大气的影响比处在室内一侧的严重的多,维修、更换也不方便。仅以外保温砂浆为例,除应有较小的导热系数外,还必须具有良好的抗裂、抗渗、抗老化、抗污染和粘结性能,而且施工困难,如不从成套技术着手研究解决这些问题,外保温砂浆很难被采用。
回顾近20余年外墙饰面材料的发展,至今可以说没有哪种饰面材料有较长的生命力,都是昙花一现的短命产品。孤立的发展某一种新型建材都不是目的,都必须与建筑节能相结合,系统、成套地研究解决应用中出现的问题与要求。

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五、建筑节能需要有利于生态环境的新型建材
高舒适、低能耗是节能建筑总的设计思想和基本理念,具有广泛的战略意义。建筑节能的前提是要为人们创造一个健康、卫生的热舒适环境。建筑节能与生态环境并不矛盾,是相互有机联系,共依共存的。
首先,新型建材产品的开发不能以破坏生态环境和大量消耗能源(主要是不可再生能源)为代价,应该有利于生态平衡、环境保护和能耗尽可能少。我国西部地区有丰富的自然资源,也有丰富的自然能源。充分、合理、有效地开发那些原始的、可再生的建材资源,利用先进的科学技术聚合成新型的轻质高效保温建材,不仅可维系生态环境的良性循环,同时也可解决原始材料的再生利用。化学建材中有不少是具有保温、防水、密封和粘结性能优良的材料,可以与任何来源较广的再生原材料聚合或复合成为节能型的新型建材,是发展生态环保建材――即绿色建材的一条有效途径。利用麦杆、稻草加工制成的轻质环保墙板,就是一个很好的例子。不仅为建筑业提供了一个新的建材产品,更是为禁烧的麦杆、稻草的综合利用找到了一条可行的出路,也保护了生态环境。
其次,新型建材不能只是为了解决建筑节能的需要,还应该符合环境卫生标准的要求,无污染、无有害源伤害人的身心健康。化学建材是发展方向,使用范围越来越广,但部分化学建材的配方中,含有如甲醛、苯对人体有害元素,过量则对环境的污染和对人体的伤害非常严重。有的天然石材与部分墙体材料,也或多或少含有氡气和γ射线之类的有害辐射源。随着建筑节能的实施,以及社会经济的发展和人民生活水平的提高,买房换房必装修,化学建材将随之更广泛地应用于建筑设计与建筑装饰设计中,节能建筑首先应是绿色建筑,健康建筑,节能型建材必须是有利于生态环境的建材。

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六、建筑节能需要综合效益好的新型建材
建筑节能的标准目标还要求节能投资不超过土建工程造价的10%,节能回收期不超过10年,节约吨标准煤的投资不超过开发吨标准煤的投资。国家还要求在推广节能建筑中,不应大幅度提高建筑成本,要通过采取新材料、新产品、新技术降低工程造价。新型建材的开发及其在节能建筑中的应用,必须与这一目标相适应,必须在注重生态、环境、节能效益的同时,注重社会效益和经济效益。
在夏热冬冷地区的居住建筑中,为了达到节能标准要求,外窗要采用传热系数K=3.2~2.5W/( m2・K )的塑钢中空玻璃窗和适宜的外墙外保温技术。塑钢中空玻璃窗的单价要比单玻璃窗单价高200~350元/m2,比双层玻璃窗的单价高100~200元/m2。国外引进的外保温技术一般都在100元/m2以上。如果采用塑钢中空玻璃窗和引进的外墙外保温技术,就会造成节能投资效果不显著,回收期太长,开发商和用户都难接受,阻碍了建筑节能工作的实施与推进。
七、建筑节能是推动新型建材发展的动力
建筑节能和生态环境一起,已成为现代建筑规划设计的主题。国家鼓励建设节能建筑,并强调采用新型墙体材料且达到《节能标准》要求的,应按照财政部关于新型墙体材料专项基金管理的有关规定,免征新型墙体材料专项基金。建筑节能的大趋势,迫切需要发展新型建材与之相适应。
回顾每一项新型建材问世的历史,无一不是与改善建筑节能有关。新型建材的发展必须与建筑节能相结合,与提高建筑性能、功能、质量相结合才有出路,才有生命力。建筑节能不仅仅是建材产品的更新换代,而是建筑的一场革命。建筑节能需要通过不断的研究、开发新的建材产品,和完善、限制与淘汰旧的建材产品,不断创新,逐步提高,是一个发展与规划的过程。建筑节能不可能只用几种材料、技术,而是多品种、多种做法和结构构造形式并存。建筑节能的实施必将促进各地区利用本地的技术和资源优势,运用先进的科学技术,因地制宜地发展具有轻质高效、成套技术和有利于生态平衡与环境保护达到推进产品多样化与建筑产业化的新型建材。

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住宅建筑节能的关键技术
围护结构的热传递机理,节能指标体系优化方法以及建筑低能耗围护结构组合优化设计方法:冷热源优化运行方式,包括制冷采暖系统运行工况优化调控,冷热负荷的预测技术,开发调节控制软件等;建筑室内温度控制和冷热量计量控制成套,包括适合中国国情的控制产品,冷热量计量装置的研制,计量收费系统的数学模型和软件,自动计量及收费网络系统的开发;新能源供热制冷成套技术的研究开发,包括地热能、太阳能等的开发利用;低能耗建筑的综合设计体系研究、建筑设计、环境控制和节能设计的优化匹配,节能建筑和节能设备优选和集成,以及相应优化节能设计软件的开发等。

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一两阳光版主这几天发贴真多,资料也不错,值得学习。辛苦了,继续努力!

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