建筑节能材料综合概述

学院高等工程材料学课程论文 任课教师： 111 姓名： 111 专 业： 111 学号： 111 建筑节能材料综述摘 要: 以建筑节能材料的发展与应用为着眼点，从广义建筑节能的角度综述了国内外建筑节能材料的发展概况和趋势，以及在推广应用中存在的一些问题和解决方法，这将对建筑节能材料的选取提供参考，促进建筑节能材料的研究和发展。关键词: 广义建筑节能； 建筑节能材料； 发展概况和趋势； 问题； 解决方法Abstract: Energy conversation materials used for main building wall, external wall heat insulation，and doors and windows were introducedThe performances of these materials were systematically summarized，so were the virtues and disadvantagesThus some meaningful references to select energy conversation materials were offered，and the research and application of energy conversation materials will be improvedKey words: building energy conservation；energy-saving material；main wall；external wall；doors & windows0引言随着经济的发展，全球对能源的需求也日益增大。在不断增大的总能耗之中，建筑能耗约占总能耗的30%，建筑节能问题引起了越来越多国家的重视。而建筑材料作为我国国民经济的支柱产业之一，经过建国后五十余年的发展，现已成为国民经济中的重要组成部分。开发研制及应用节能材料是建筑节能的根本途径，也是促进我国建筑业持续健康发展的根本保证。1建筑节能材料的概念建筑节能这一概念内涵丰富，在发达国家，这一说法经历了三个阶段:“建筑节能”、“在建筑中保持能源”、“提高建筑中的能源利用效率”。在我国，现在仍通成为建筑节能，但其含义应该尽到第三层意思，即在建筑中合理使用和有效利用能源，不断提高能源利用率，降低建筑能耗量。建筑能耗包含广义的建筑能耗和狭义的建筑能耗。目前所说的建筑能耗，常常指的是狭义的建筑能耗，即建筑物在施工建设过程中所必须耗费的资源、能量；广义的建筑能耗还包括维持建筑物日常使用过程中所耗费的资源，包括采暖、空调、热水供应、炊事、照明、家用电器等方面的能源。而所谓节能建筑，概括地说就是“凡是利用新型节能材料如混凝土空心砌块，在建筑设计、结构、门窗密封、围护结构、屋面材料等方面的新措施，与普通建筑相比使室内达到更好的隔热保温性能的建筑”。节能建筑一般可分为集中式采暖系统和被动式采暖两大类。被动式采暖节能建筑是利用太阳能的能量而基本上不用正规能源来达到节能的目的，在北方并不常用。而所谓集中式采暖系统，是以减少外围护结构的传热系数或加大热阻系数来节约能耗的，也是建筑节能的主要发展方向。从以上分析可知，建筑节能材料就是指维持建筑物日常使用过程中能耗低的建材，通过改变材料自身的特性来达到建筑节能的目的。节能材料属于保温绝热材料；绝热材料是指用于建筑围护或者热工设备、阻抗热流传递的材料或者材料复合体，既包括保温材料，也包括保冷材料。绝热材料的意义，一方面是为了满足建筑空间或热工设备的热环境，另一方面是为了节约能源1。2建筑节能材料及性能建筑物正常使用状态下的建筑能耗，包括采暖、空调、热水供应、炊事、照明等方面的能耗。其中，采暖和空调系统能耗最大。因此，正常使用状态下的建筑节能，主要就是如何节约采暖、空调的能耗2,3。2.1 节能主墙体材料2.1.1 加气混凝士砌块加气混凝土砌块是以水泥、石灰等钙质材料、石英砂、粉煤灰等硅质材料和铝粉、锌粉等发气剂为原料，经磨细、配料、搅拌、浇筑、发气、切割、压蒸等工序生产而成的轻质混凝土材料。该类产品材料来源广泛、材质稳定、强度较高、质轻、易加工、施工方便、造价较低，而且保温、隔热、隔声、耐火性能好，是迄今为止能够同时满足墙材革新和节能50%要求的唯一单材料墙体。但是在寒冷地区还存在着隔气防潮、防止内部冷凝受潮、面层冻融损坏等问题4。2.1.2 EPS砌块EPS砌块5是用阻燃型聚苯乙烯泡沫塑料模块作模板和保温隔热层，而中芯浇筑混凝土的一种新型复合墙体。该类砌块具有构造灵活，结构牢固，施工快捷方便，综合造价低，节能效果好等优点，在国外颇为流行。常用于34层以下民用建筑、游泳池、高速公路隔离墙、旅馆建筑等，该模块有两种类型，即标准型和转角型，基本尺寸为1200mm240mm300mm。沿长度方向均匀分布5个方圆形孔(尺寸150mml50mm)，底部和顶部开有半方圆孔，孔洞相互贯通，可浇筑混凝土，形成隐形梁柱框架结构。2.1.3 混凝土空心砌块6目前我国大都使用190mml90mm390mm标准型混凝土空心砌块，但最大问题是其模数与建筑模数不相一致，给建筑施工带来很多不便。随着黏土实心砖被禁用，该问题必须尽快解决。2.1.4 模网混凝土模网混凝土是由蛇皮网、加劲肋、折钩拉筋构成开敝式空间网架结构，网架内浇筑混凝土制成。可广泛用于工业及民用建筑、水工建筑物、市政工程以及基础工程等。常用的建筑模网主要有钢筋网、钢丝网、钢板网和纤维网等，但各种建筑模网本身材质以及规格尺寸不同而用于不同场合，比如钢筋网主要是用于工厂预制各种规格混凝土大板(墙板、楼板等)，纤维板主要是低碱玻璃GRC墙板，钢丝网主要用于非承重构件，如泰伯板等。钢板网是由高强钢丝焊接的三维空间钢丝网架中填充阻燃型聚苯乙烯泡沫塑料芯板制成的网架板，既有木结构的灵活性，又有混凝土结构的高强和耐久性。具有轻质、节能、保温、隔热、隔音等多种优良性能便于运输、组装方便、施工速度快，并能有效地减轻建筑物负荷。增大使用面积，是理想的轻质节能承重墙体材料7。2.1.5 纳土塔(RASTRA)空心墙板承重墙体纳土塔板8是由聚苯乙烯、水泥、添加剂和水制成的隔热吸声水泥聚苯乙烯空心板构件经黏合组装成墙体。整个墙体的内部构成纵横上下左右相互贯通的孔槽，孔槽浇筑混凝土或穿插钢筋后再浇筑混凝土，在墙内形成刚性骨架。纳土塔板只是同体积混凝土重量1/61/7，可减少对基础的荷载，节约建筑物基础的投资，在同样的地基承载能力下，可增加建筑物的层数:纳土塔板无钢筋混凝土墙体的平均抗压强度为208 MPa(5层楼以下的均不需要配筋)，配钢筋混凝土墙体的平均抗压强度为3235 MPa。配钢筋混凝土墙体柱的平均抗压强度为3640 MPa。而且纳土塔板热导率只有0.083 W/(mK)，保温隔热性能好；耐火试验显示纳土塔板耐火极限为4h，属非燃烧体，满足防火规范对防火墙耐火极限的要求。2.2 建筑节能外墙保温材料外墙保温节能主要是靠保温绝热材料作为建筑围护，开发和应用高效的保温绝热材料是保证建筑节能的有效措施。绝热就是要最大限度地阻抗热流的传递，因此，要求绝热必须具有大的热阻和小的热导率。从材料的结构上看，当材料的表观密度降低、孔隙率增大、材料内部的孔隙为大量封闭的微小孔时，材料的热导率是比较小的。外墙的保温方式根据保温层位置的不同，可以分3类:外墙外保温、外墙内保温和中空夹心复合墙体保温3种。目前常用的保温绝热材料主要有:聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS、XPS)、泡沫玻璃、膨胀珍珠岩、岩(矿)石棉板、玻璃棉毡、海泡石、以及超轻的聚苯颗粒保温料浆等。这些材料共同的特点就是在材料内部都有大量的封闭孔，它们的表观密度都较小，这也是作为保温隔热材料所必备的1,2。(1)矿物棉。岩(矿)棉和玻璃棉有时统称为矿物棉，岩棉是以精选的玄武岩或辉绿岩为主要原料，经高温熔制成的无机人造纤维。岩棉制品具有良好的保温、隔热、吸声、耐热、不燃等性能和良好的化学稳定性。岩棉有3种绝热方式:内绝热、中间夹芯绝热和外绝热。但岩棉的质量优劣相差很大，保温性能好的密度低，其抗拉强度也低，耐久性比较差；(2)玻璃棉。玻璃棉与岩棉在性能上有很多相似之处，但其手感好于岩棉，可改善工人的劳动条件。但他的价格较岩棉为高。目前我国的玻璃棉产量仅为美国的160；(3)聚苯乙烯泡沫塑料。聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯树脂为主要原料，经发泡剂发泡而制成的内部具有无数封闭微孔的材料。其表观密度小，热导率小，吸水率低，隔音性能好、机械强度高，而且尺寸精度高，结构均匀。因此，在外墙保温中其占有率很高；(4)硬质聚氨酯泡沫塑料。硬质聚氨酯泡沫塑料具有非常优越的绝热性能，热导率极低(0.025 W/(mK)且其特有的闭孔结构使其具有更优越的耐水气性能，由于不需要额外的绝缘防潮，简化了施工程序，降低工程造价。但因其价格较高、而且易燃，限制了他的使用；(5)硅酸盐复合绝热砂浆。硅酸盐复合绝热砂浆是一种新型墙体保温材料，是以精选海泡石、硅酸铝纤维为主原料，附以多种优质轻体无机矿物为填料，在数种加剂的作用下经细纤化、扩散膨胀、混溶、粘接等多种工艺深度复合而成的灰白色黏稠浆状物。此种材料显著特点为:保温隔热性能好，施工简便(直接涂抹)，解决了板材拼接处罩面层开裂现象；(6)水泥聚苯板(块)。水泥聚苯板是近年开发的轻质高强保温材料，是采用聚苯乙烯泡沫颗粒、水泥、发泡剂等搅拌浇筑成型的一种新型保温板材，这种材料容重轻、强度高、破损少，施工方便，有韧性、抗冲击，还具有耐水、抗冻性能，保温性能优良。实测表明9:以240mm砖墙复合5070 mm厚水泥聚苯板，其热工性能可超过620 mm砖墙保温效果。该类防火、阻燃材料应用到任何部位、任何情况下均可起到防火阻燃的效果，并达到国家相关规定标准。但这种材料的容重、强度和热导率之间存在着相瓦制约的关系，配比中各成分量的变化对板材的性能都有显著的影响10。由于板材的收缩变形，有些板材上墙后仍在收缩，板缝处理难度较大。如能较好地解决板缝裂缝问题，大面积推广应用前景看好；(7)胶粉聚苯颗粒保温材料。胶粉聚苯颗粒保温材料是由胶凝材料和聚苯颗粒轻骨料分别按配比包装组成。胶凝材料选用水泥、粉煤灰、不定型二氧化硅及各种助剂。该材料固化后热导率低(一般均0.060 W/(mK)，密度小，热工性能好，具有良好的和易性、耐候性，充分考虑了热应力、水、火、风压及地震力的影响，其界面砂浆采用无空腔和逐层渐变柔性释放应力的技术路线，可有效地解决抗裂难题11。该保温材料突破了传统保温砂浆只能用于内保温的局限，虽然该技术走回了湿作业的老路，但是他确实是适合中国国情的保温材料，应加大研究力度，尽早普及。2.3 节能门窗窗的结构是影响窗户散热的主要因素，而对窗的节能性能影响最大的是玻璃的性能1,3。2.3.1 玻璃目前，国内外研究并推广使用的节能玻璃主要有以下3种:(1)中空玻璃。中空玻璃中间充灌氪、氩或者空气，热导率很低，具有优异的保温性能。从性能和经济方面综合考虑，中空玻璃内腔以充灌氩气为佳。我国常用的中空玻璃有2种:槽式中空玻璃和复合胶条式中空玻璃，现在多采用后者。然而在我国目前中空玻璃的使用普及率不足1%，但中空玻璃是实现门窗节能的重要途径，我国以中空玻璃逐渐代替普通玻璃将是必然趋势；(2)真空玻璃。门窗玻璃材料从单片玻璃、中空玻璃，发展到真空玻璃已是第三代产品。中空玻璃当中是普通空气或充氩气，其隔音性能、透光折减系数均优于中空玻璃。以空调节能性能比较，真空玻璃比中空玻璃、单片玻璃节电16%18%、29%30%；(3)镀膜玻璃。镀膜玻璃通常是在玻璃表面镀上一层金属薄膜，改变玻璃的透射系数和反射系数。他可以同中空玻璃、真空玻璃结合起来使用。近年来发展起来的镀膜低辐射玻璃，对380 nm780 nm的可见光具有较高的透射率，可以保证室内的能见度，同时，对红外光具有较高的反射率，达到保温节能效果。2.3.2 门窗框扇材料(1)塑钢型材门窗框扇。塑钢型材框扇是以聚氯乙烯(PVC)树脂为主要原料，加上一定比例的高分子改性剂、发泡剂、热稳定剂、紫外线吸收剂和增塑剂等挤出成型，然后通过切割、焊接或螺接的方式制成，再配装上密封胶条、毛条、五金件等。超过一定长度的型材空腔内需要用钢衬(加强筋或细钢条)增强。该类框扇比重轻、热导率低、保温性能好、耐腐蚀、隔声、防震、阻燃性能优良。但PVC塑料线膨胀系数高，窗体尺寸不稳定影响气密性；PVC塑料冷脆性高，不耐高温，使得该类门窗材料在严寒和高温地区使用受到限制；而且PVC塑料刚性差，弯曲模量低，不适于大尺寸窗及高风压场合12；(2)塑铝型材框扇。它是在铝合金型材内注入一条聚酰胺塑料隔板，以此将铝合金型材分离形成断桥，来阻止热量的传递。此种节能框扇由于聚酰胺塑料隔板将铝合金型材隔断，形成冷桥，从而在一定程度上降低了窗体的热导率，因而，具有较好的保温性能:而且，铝合金型材弯曲模量高，刚性好，适宜大尺寸窗及高风压场合使用；铝合金型材耐寒热性能好，使得塑铝框扇可用在严寒和高温地区，而且，在冬季温差50时门窗也不会产生结露现象，并且，隔音性能保持在3040dB之间。但铝合金型材线膨胀系数较高，窗体尺寸不稳定，对窗户的气密性能有一定影响；铝合金型材耐腐蚀性能差，适用环境范围受到限制；而且目前该类型材价格较高，较难普及；(3)玻璃钢型材框扇。玻璃钢是将玻璃纤维浸渍了树脂的液态原料后，经过模压法预成型，然后将树脂固化而成。玻璃钢型材同时具有铝合金型材的刚度和PVC型材较低的热传导性，具有低的线膨胀系数，且和玻璃及建筑主体的线膨胀系数相近，窗体尺寸稳定，门窗的气密性能好；玻璃钢型材热导率低，玻璃钢窗体保温性能好；玻璃钢型材对热辐射和太阳辐射具有隔断性，隔热性能好；耐腐蚀，适用环境范围广泛；弯曲模量较高，刚性较好，适宜较大尺寸窗或较高风压场合使用；玻璃钢型材耐寒热，使得玻璃钢门窗可以广泛应用在严寒和高温地区:而且玻璃钢型材重量轻，比强度高，隔音性能好，可随意着色，使用寿命长(普通PVC寿命为15年，而玻璃钢寿命为50年)，是国家重点鼓励发展的节能产品。3建筑节能材料的发展趋势在国家政策支持和鼓励下，充分调动了广大科技人员的积极性，创造了大量的施工新方法、生产新工艺，有些产品利用工业废渣、天然纤维来合成制品等。通过不断总结生产、应用的经验，学习先进国家的技术，使我国整体节能工作取得较大进展13,14。3.1 墙体材料发展趋势黏土质墙体向非黏土质墙体材料发展:实心型墙体材料制品向空心型墙体材料制品发展；小块墙体材料制品向大块墙体材料制品发展；重质墙体材料制品向轻质墙体材料制品发展；现场湿作业多的墙体材料制品向现场湿作业少的墙体材料制品发展；单一材料的墙体向多功能复合材料墙体发展。3.2 绝热保温材料发展趋势(1)向外墙外保温发展。较之内墙保温技术，采用外墙外保温能保护主体结构，延长建筑物寿命；基本消除“热桥”现象，减少内墙面裂缝；提高建筑物的防水功能和气密性；提高室内环境的舒适度，增加建筑的有效空间等；(2)向多功能复合化发展。各种材料各有特色，也有不足之处:如有机类保温材料保温性能好，但是耐温低、强度低、易老化、防火性能差；无机类保温材料耐高温、无热老化、强度高，但吸水率高或机械加工性能差。为了克服单一保温材料的不足，则要求使用多功能复合型的建筑保温材料；(3)向轻质化发展。同种材料密度越小其隔热性能越好，同时，轻质材料不会造成建筑结构的额外负担，减少了因结构变形造成渗漏的可能性。随着轻型房屋体系的发展，建筑保温材料也必然向着轻质化方向发展；(4)向绿色化发展。建筑保温材料从原料来源、生产加工制造过程、使用过程和产品的使用功能失效、废弃后，对环境的影响及再生循环利用等4个方面满足绿色建材的要求是必然趋势。4结语据了解，目前，新型节能建材主要包括新型墙体材料、化学建材、新型保温隔热材料、建筑装饰装修材料等。但是有专家指出：由于相关鼓励配套政策有待完善、建材行业本身发展存在进入门槛低、集中度低、市场竞争无序、受上下游牵制较大以及业主选择等问题，市场推广并不顺利:企业面临向高技术、高端市场转移的压力，使新型节能建材短时间内难以得到快速发展。建筑材料牛产行业在节约能源、资源方面缺乏科技投入、技术创新不足，影响全行业整体水平的提升。发展成本过高仍是阻碍节能建材推广的一个主要因素之一。我们国家在建筑节能行业的起步较晚，尤其是南方地区，所以我们应该引进全国乃至全世界的先进节能、环保建