节能材料在工业与民用建筑中的应用.doc

节能材料在工业与民用建筑中的应用摘要：我国建筑能耗已占社会总能耗的2025，正逐步上升到30。随着对节约建筑能源要求的不断提高，节能建筑材料的应用亦日益广泛。建筑节能材料的质量和性能及其发展是实现建筑节能的条件之一，因此对目前主要使用的具有发展前景的建筑节能材料的应用进行了分析，并总结了各自的性能及特点，旨在为建筑节能材料的选取提供的参考关键词：节能材料，工业建筑，民用建筑Abstract：Chinas building energy consumption accounts for 20% of the total social energy consumption to 25%, is gradually increased to 30%. With the economy rising building energy requirements, the application of energy-saving building materials have become increasingly widespread.Building quality and performance of energy-saving materials and its development is one of the conditions to achieve energy-saving construction, so use the current main building with the development of future application of energy-saving materials were analyzed and summarized their own performance and features, designed to the selection of building energy-saving materials to provide a reference.Key words：Energy-saving materials Industrial Buildings Civil building目录引言11建筑节能的定义及其必要性21.1建筑节能的定义21.2建筑节能的必要性22各种节能材料在建筑中的应用22.1建筑节能主墙体材料22.1.1加气混凝土22.1.2模网混凝土32.1.3混凝土多孔砖32.1.4混凝土空心砖42.1.5纳士塔(RASTRA)空心墙板承重墙体42.2建筑节能外墙保温材料42.2.1岩棉42.2.2聚苯乙烯泡沫塑料52.2.3硬质聚氨酯泡沫塑料52.2.4水泥聚苯板(块)62.3建筑节能门窗62.3.1门窗框扇材料72.3.2建筑节能玻璃8、9、10结论11参考文献12引言随着人们生活水平的提高，我国建设事业的快速发展，建筑材料的需求也随之越来越大，绿色环保保节能材料已成为人们生活中高度重视的焦点，对绿色环保型节能材料的需要越来越迫切，越来越广泛。能源是国民经济发展的物质基础。而在不断增大的总能耗之中，建筑能耗约占总能耗的11-25。随着社会的发展和进步，合理有效地利用能源，对加快可持续发展具有深远的战略意义。党的十六届五中全会提出以科学发展观统领社会发展的全局，把节约资源作为基本国策。十七大则把坚持节约资源和保护环境确立为基本国策，并且把其提到了关系人民群众切身利益和中华民族生存发展的高度。节能减排是贯彻落实科学发展观，构建社会主义和谐社会的重大举措，也是加快建设资源节约型，环境友好型社会的迫切需要。近年来，各级政府都把节能减排作为调整经济结构。转变经济增长方式的根本，以此来促进经济与资源、环境的协调发展。面对能源问题的日益紧张，建筑节能问题引起了越来越多的国家的重视。而建筑离不开材料，开发研制建筑节能材料，是建筑节能的根本途径。141建筑节能的定义及其必要性1.1建筑节能的定义建筑节能就是在建筑中合理使用和有效利用能源。不断提高能源利用效率，降低建筑能耗。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，常常指的是狭义建筑能耗。狭义的建筑能耗是指建筑物使用过程中消耗的能源,主要包括采暖,空调,电梯,热水供应,家用电器以及办公设备等方面的能耗;广义的建筑能耗则在狭义建筑能耗之上加上建筑材料生产和建筑施工过程中的能耗.因此，现在我们讨论的建筑节能材料指的是维持建筑物正常使用过程中能耗低的建材。1.2建筑节能的必要性建筑耗能一般包括建筑采暖、空调、降温、电气、照明、炊事、热水供应等所消费的能源。建筑物消耗全球约30的资源，产生约50的固体垃圾，全国建筑能耗逐年上升。现阶段我国每年产生约20亿m2新建筑，而既有建筑存量有400亿m2，且大部分存在围护结构保温不良、供热系统效率不高、采暖夺调设备运行能效低、输配环节能源损失严重、末端换热效率低等问题，而公共建筑由于设备及管理原因，耗能巨大1。在建筑节能设计及施工规范出台前，设计过程中常常层层加大保险系数，使设备装机容量偏大，既浪费初投资又使设备长期低效运行。世界银行估计在2015年后，全球约50的建筑市场在中国，因此，从建设循环经济、节约型社会出发，建筑节能应作为长期基本国策执行下去。同时建筑节能减排应贯穿建筑物的全寿命周期，从策划、选址、设计、施工到投入运行等均应采用不同的技术措施、组织措施、经济措施及管理措施，同时改变全社会的用能不良习惯，提高节能环保意识，使建筑节能减排落到实处2。2各种节能材料在建筑中的应用2.1建筑节能主墙体材料2.1.1加气混凝土加气混凝土是以粉煤灰或硅砂为主要原材料，加入水泥为胶结料、石灰(增钙)、石膏等通过发泡成型，经高温蒸压养护、切割、自然养护而成；硅砂加气混凝土可通过防锈处理的钢筋增强，经高温、高压蒸汽养护而制成加气混凝土板材、块材；同类有发泡自养混凝土。据报道，加气混凝土自保温节能体系具有良好的保温隔热和抗裂抗渗性能，达到了规范中节能指标的要求，具有很好的应用前景，加气混凝土砌块的制造能耗低于烧结粘土砖的能耗；与相关材料相比，加气混凝土砌块密度小，不仅单位原材料用量少，具有节土的优点，而且降低了运输能耗；加气混凝土砌块的传热系数小，具有的保温功能减少了建筑物使用空调系统和采暖系统的能耗同时加气混凝土砌块不仅可以用于民用建筑的外墙围护、内墙隔断、屋面、楼层，而且可以用于工业厂房屋面和外墙，也可以作为4层以下混合结构建筑的承重墙体，更是各类钢结构建筑的内、外墙最佳材料因此加气混凝土砌块不仅可以代替烧结实心砖用于砌筑墙体，而且可以作为保温材料用于节能建筑，是实现建筑节能经济有效的措施3粉煤灰加气混凝土产品自20世纪70年代起出现，但由墙体粉刷的空鼓、剥落和施工难度大等问题，给推广应用带来影响国内经过多年研究，已成功研究并生产推出专门用于该墙材的界面剂、增加底层与粉刷层粘结的砂浆添加剂等，为推广提供了技术保证，按外墙外保工程技术规程(JGJl44)规定，加气混凝土不适应机械固定EPS钢丝网架板外墙外保温系统施工。2.1.2模网混凝土模网混凝土是由蛇皮网、加劲肋、折钩拉筋构成开敞式空间网架结构，向网架内浇混凝土制成，可广泛应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、钢板网及纤维网等，但以各种建筑模网本身材质及规格尺寸不同而用于不同场合，如钢筋网主要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，如泰伯板等钢板网的最大特点是将钢板拉制成连续孔径为7.5mm9.5mm的类蛇皮网孔，然后在工厂制成三维空间网架，运抵现场组装浇注混凝土，构成模网混凝土4。由钢板网构成的混凝土由于网本身渗滤效应及环箍效应，显著提高力学性能，如抗压强度和抗震性能等。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度和耐久性，具有轻质、节能、保温、隔热、隔音等多种优良性能，而且便于运输，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网。2.1.3混凝土多孔混凝土多孔砖是以水泥为胶结材料，以砂、石等为主要集料(可以利用工业废渣)，加水搅拌成型，养护制成的一种多排小孔混凝土砖，主规格为240mm115mm90mm，空洞率为30以上混凝土多孔砖砌体房屋伸缩缝最大间距应对应国标规定强度值乘以0.8后采用，弹性模量、线膨胀系数、收缩率、摩擦系数分别按GB50003-2001砌体结构设计规范的混凝土砌块砌体采用混凝土多孔砖砌体的重力度按1450kg/m3采用，地面以下或防潮层以下砌体应采用强度等级不小于MUl5的混凝土实心砖，混土多孔砖不应浇水砌筑。2004年国家正式颁布混凝土多孔产品标准(JC943-2004)混凝土多孔砖混合结构体系理想的承重墙材，现行砌体结构设计规范(GB50003)、多孔砖砌体结构技术规范(J137)、建筑抗震设计规范(CB50011)等相关规范、标准，可满足混凝土多孔砖建筑应用的设计与施工混凝土多孔砖已成为承重结构体系的主导墙材在浙江、江西、上海、安徽省的黄山市等广泛应用5。2.1.4混凝土空心砖是以水泥为胶结料，砂、石或轻集料为主要集料，粉煤灰为掺合料，经加水搅拌成型，自然养护而制成的用于非承重墙体的、孔洞率不低于40的混凝土空心砖混凝土空心砖有二、三、四排孔，容重等级为8001400kg/ m3，强度等级为MU3.5、MU7.5、MU5.0、MU10，砖的相对含水率40，干燥收缩为0.060。对于利用废渣类集料的混凝土空心砖，要求其碳化系数不低于0.8，软化系数不小于0.75。产品可制作多种规格以适应建筑工程应用需要，也可利用轻集料、废渣制成设计需要的低容重等级的轻质墙材，可供框架填充墙外墙使用。混凝土空心砖采用矩形条孔既有利于孔洞布置、提高孔洞率，又有利于保温隔热性能；混凝土空心砖孔洞的排列方式采用交错排列，延长了空心砖的热流路线，明显地提高了墙体热阻；混凝土空心砖的孔壁厚度已接近工艺最小要求，孔洞空气层厚度为27.5mm，为使热阻值最大的最佳值，将保温隔热性能好的轻质材料掺入混凝土空心砖中，提高墙体保温隔热性能效果更好6。2.1.5纳士塔(RASTRA)空心墙板承重墙体纳士塔板是由聚苯乙烯、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粘合组装成的墙体，其内部构成为纵横上下左右相互贯通的孔槽，孔槽浇灌混凝土或穿插钢筋后再浇注混凝土，在墙内形成刚性骨架。纳士塔板重量是同体积混凝土的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士塔板无钢筋混凝土墙体的平均抗压强度为20.8MPa，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3235MPa配钢筋混凝土墙体柱的平均抗压强度为3640MPa纳士塔板导热系数只有0.083w/(mK)，保温隔热性能好6。2.2建筑节能外墙保温材料2.2.1岩棉岩棉是以精选的天然岩石如优质玄武岩、辉绿岩等为基本原料，经高温熔融，采用高速离心设备或其他方法将高温熔体甩拉成非连续性纤维岩棉纤维细长柔软，纤维长可达200mm，纤维直径为47p绝热、绝冷性能优良且具有良好的隔声性能，不燃、耐腐、不蛀，经憎水剂处理后其制品几乎不吸水它的缺点是密度低、性脆、抗压强度不高、耐长期潮湿性比较差、手感不好、施工时有刺痒感目前，通过提高生产技术，产品性能已有很大改进，虽可直接应用，但更多仍用于制造复合制品岩棉外墙外保温是选用岩棉板作为保温层，将其设置在外墙结构层的外侧，以达到墙体保温效果的一种建筑物保温系统岩棉外墙外保温系统在欧洲上世纪70年代末80年代初首先开始采用，经过30多年的发展和实践经验证明，外墙外保温系统凭借其高透气性、高防火性能、高隔音吸声性能，得到越来越广泛的应用。它不仅用于新建建筑的保温隔热，也广泛地用于既有建筑的节能改造采用岩棉外墙外保温系统后，墙体的传热系数下降，在冬季减少墙体热损失，在同等供热条件下，保温后比保温前室内空气温度及墙体内表面温度均有所提高；到夏季，岩棉外墙外保温系统能减少太阳辐射的热传导，有效地降低太阳辐射和室外气温的综合作用，使室内空气温度和墙体内表面温度得以降低岩棉作为开放式多孔状结构的保温材料，孔隙率大，具有良好的透湿性，与EPS、XPS等闭孔结构的建筑保温材料相比，外墙外保温用岩棉板的湿阻因子般小于1，而EPS板的湿阻因子U一般大于40，XPS板的湿阻因子U大于20082.2.2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，经发泡剂发泡制成的内部具有无数封闭微孔的材料它的表观密度小，导热系数小，吸水率低，保温、隔热、吸声、防震性能好、耐酸碱，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但是，聚苯乙烯在高温下易软化变形，安全使用温度为70，最高使用温度为90，防火性能差，不能应用于防火要求较高部位的外墙内保温为了服单纯使用聚苯乙烯泡沫塑料的缺点，正致力于开发出新的聚苯乙烯复合保温材料，如水泥聚苯乙烯板等聚苯乙烯泡沫塑料板是以聚苯乙烯树脂为基料，加入一定剂量的含低沸点液体发泡剂、催化剂、稳定剂等辅助材料，对可发性聚苯乙烯珠粒经加热预发泡后，在模具中加热而制得的一种具有微细密闭孔结构的硬质聚苯乙烯泡沫塑料保温板它的导热系数小，为0027w/(mK)，保温性能好，符合节能标准，在建筑中使用历经数个冬季的考验，均未见有返霜、结露现象。2.2.3硬质聚氨酯泡沫塑料硬质聚氨酯泡沫塑料是以聚合物多元醇(聚醚或聚酯)和异氰酸酯为主体材料，在催化剂、稳定剂、发泡剂等助剂的作用下，经混合后发泡反应而制成各类软质、半软半硬、硬质的塑料，是具有优越的绝热性能的新型高分子合成材料，是由聚氨醋形成封闭性微孔骨架，泡孔内充填着导热系数很低的发泡剂蒸汽的泡沫体它是具有容重小，导热系数低，不透水和耐腐蚀的优良隔热、防水材料7。硬质聚氨酯泡沫塑料具有很低的导热系数，其原因是泡沫在制造过程中形成的均匀致密的封闭泡孔中充填了发泡剂汽化产生的蒸汽，而其导热系数为00174W/(mK)，是空气导热系数的3倍新制成的泡沫制品在当容重力为30kg/m3左右时，在室温下的导热系数为0.0174w/(mK)按硬质聚氨酯泡沫塑料的导热系数0.023W/(mK)，水泥珍珠岩块的导热系数0.12w/(mK)计算，60mm厚硬质聚氨酯泡沫塑料的保温效果相当于310mm厚的水泥珍珠岩这还是基于保温层处于设计状态下的对比，而实际上传统保温材料的吸水、吸湿性很强，难以保持干燥状态，从而使保温效果逐年降低，而硬质聚氨酯泡沫塑料硬泡不吸水、不吸湿，其优良的保温隔热性能可保持30年不变在实际应用中证明，当硬质聚氨酯泡沫塑料厚度为80mm时，可保证在严寒酷暑季节楼房顶层的室温与次顶层的室温温差不会超过1。2.2.4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、发泡剂等搅拌浇注成型的一种新型保温板材，这种材料容量轻、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，以240mm砖墙复合5070mm厚水泥聚苯板，其热工性能可超过620mm砖墙保温效果但这种材料的容量、强度和导热系数之间存在着相互制约的关系，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果能较好地解决板缝裂缝问题，大面积推广应用前景看好。2.3建筑节能门窗2.3.1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)增强本框扇比重轻、导热系数低、保温性能好、耐腐蚀、隔声、防震、阻燃能优良但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，不适用于大尺寸窗及高风压场合。（2）塑铝型材门窗框扇塑铝型材框扇是在铝合金型材内注入一条聚酰胺塑料隔板，从而在铝合金型材内外侧之间形成有效隔热层，使通过框或扇型材散失热量的途径被阻隔而达到高能效隔热目的。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导热系数，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39dB以上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门窗是以玻璃纤维及其制品为增强材料，以不饱和聚酯树脂为基体材料，通过拉挤工艺生产出空腹型材，经过切割、组装、喷涂等工序制成门窗框，再装配上毛条、橡胶条及五金件制成的门窗9玻璃钢型材导热系数低，用玻璃钢型材制成的窗框热阻值远大于其他材料窗框的热阻值，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，而且弯曲模量较高，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，使用寿命长比普通PVC寿命长，是国家重点鼓励发展的节能产品2.3.2建筑节能玻璃（1）热反射镀膜玻璃热反射玻璃是节能涂抹型玻璃最早开发的品种，它是在平板玻璃表面镀覆单层或多层金属及金属氧化物薄膜而成该薄膜对光学有较好的控制性能，尤其是对阳光中红外光的反射具有节能意义，对太阳光有良好的反射和吸收能力，可明显减少太阳光的辐射能向室内的传递，保持稳定室内温度，因此可以节约能源口引在夏季光照强的地区，热反射玻璃的隔热作用十分明显，可有效衰减进入室内的太阳热辐射，但不适用于寒冷地区，因为这些地区需要阳光进入室内采暖。（2）低辐射镀膜玻璃低辐射镀膜玻璃又称Low-E玻璃，在建筑上的广泛应用是20世纪90年代在欧美发达国家开始的，具有反射远红外的性能按生产方法，可分为在线Low-E玻璃和离线Low-E玻璃在线Low-E玻点是可以直接在空气中使用，可以钢化、热弯，可以长期保存；它的缺点是热学性能比较差，比离线溅射法生产的Low-E玻璃的U值差近一半窗玻璃的绝热性能指标U值和玻璃的辐射率有直接关系，U值越通过玻璃的传热量越低，窗玻璃的传热性能越好10低辐射镀膜玻璃可以阻挡高温场向低温场的热流辐射，既可以防止夏季热能人室，也可以防止冬季热能泄露。由于低辐射玻璃所具有的双向节能效果，无论在寒带、热带或是温带都可以用做节能窗玻璃或幕墙玻璃（3）吸热玻璃吸热玻璃从20世纪80年代起开始逐步推广使用，其节能原理是通过吸收阳光中的红外线使透过玻璃的热能衰减在我国城乡到处可以见到吸热玻璃的应用，但是大多数使用者并非出于节能目的，而仅仅关注了玻璃的色彩效果，造成最重要的节能功能没有很好发挥近年美国PPG公司对吸热玻璃做了进一步研发，提高吸热玻璃的红外吸收率，同时降低了它的可见光吸收率使这种“超吸热玻璃”具有更高的可见光透过率和红外吸收率，在提高节能效果的同时降低了色污染的负面影响目前对太阳能吸收率可达到60左右，可见光透过率在70左右比普通吸热玻璃提高近一半。上述3种活动节能机理都是基于阻挡热能辐射流动的思路还有一类节能玻璃是基于降低热传导的思路，如中空玻璃、真空玻璃等双层玻璃品种，利用两层玻璃间的空气或真空，降低结构的传热系数达到保温的目的。（4）泡沫玻璃泡沫玻璃是以废弃玻璃或者富含玻璃相的物质为主要原料，添加适当的发泡剂、改性剂和促进剂等，通过超细粉碎和均匀混合形成混合料，再经溶化、发泡、退火形成的一种有无数均匀封闭气泡的多孔玻璃材料。它具有密度小、导热系数小、阻燃、耐腐蚀、绝热和隔声性能好等特点，因而它是石化和冷库的隔热保温材料、高层建筑的隔热材料，同时也是良好的环境吸声材料泡沫玻璃作为外墙体外保温隔热材料，可以有效减小墙体厚度，减轻建筑结构质量，扩大使用面积。（5）中空玻璃及复合玻璃中空玻璃是由2片或3片玻璃与空气层组合而成，具有优良的保温隔热与隔声特性，在国外建筑中已大量应用，而在国内由于材料价格高导致造价高，进而限制了应用。当在密封的两片玻璃之间形成真空时，从而使玻璃与玻璃之间的传导热接近于零，即为真空玻璃，真空玻璃是目前节能效果最好的玻璃同时真空玻璃的单片一般至少有一片是低辐射玻璃低辐射玻璃可以减少辐射传热，这样通过结合真空玻璃和低辐射玻璃优点，其对流、辐射和传导都很少，节能效果非常好，比普通中空玻璃节约能源18，是目前节能效果理想的玻璃材料11但目前国内尚未形成规模生产能力。结论总之，建筑节能关系整个社会的可持续发展，大力推广节能建筑对于合理利用有限的资源和能源，