南方建筑节能最好的方法是脱掉“建筑大棉袄”.doc

南方建筑节能最好的方法是脱掉“建筑大棉袄” 马承银 （中南大学化学化工学院 401012） 摘要 建筑能耗占我国社会总能耗的30%左右，建筑节能是关系到我国经济持久发展的重要方面。目前在建筑节能中还有很多误区，如我国南方（特别是夏热冬暖地区的广东、广西、海南）的建筑节能，沿用北方的高保温的保温体系进行建筑隔热就是其一。人们想象中的高保温材料的节能建筑，在南方反而可能是高能耗的建筑。理论和实践表明，南方夏热冬暖地区建筑隔热节能采用高保温效果的保温系统，是既浪费建筑材料，又不节能，是费力不讨好的蠢事。呼吁给南方建筑脱去保温“厚棉袄”，采用反射隔热涂层应对高强度的太阳辐射，真正实现建筑节能。关键词 雾霾 ； 建筑隔热；反射隔热涂料中新社北京1月30日电，中国中东部地区十余省(区、市)30日继续受大范围雾霾影响。在过去24小时内，中国中东部地区灰霾面积为143万平方公里（占国土面积的1/7），主要分布于北京、天津、河北、河南、山东、江苏、安徽、湖北、湖南等地。持续的灰霾天气使中国部分城市空气质量严重下降。其中，北京、石家庄、济南、西安、天津、上海、郑州、南京、沈阳、哈尔滨等城市空气质量仍为五级以上重度或严重污染。在环保部空气质量日报检测的68个重点城市中，51.47%的城市受到不同程度污染。雾霾已影响17个省(区、市)，受影响人口达6亿。二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物为特征的传统煤烟型污染问题是我国今年雾霾的主要原因。我国的能源结构与利用效率是今年这次雾霾的主要原因。我国能源综合利用效率约为33%，比发达国家低10个百分点；单位产值能耗是世界平均水平的两倍多；主要产品单位能耗平均比国外先进水平高40%。传统的以煤炭为主的能源结构，决定了能源生产和消费中排放大量废气、废水、固体废物等污染物，造成环境质量急剧恶化。这次发生的全国大范围的雾霾，就是大量的燃料废弃物没治理好造成的。因此，未来生产方式能否由高碳向低碳转变，如何实现对自然资源利用的效率及其对资源可再生能力提高的平衡，将是最关键因素。1、雾霾与建筑节能二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物为特征的传统煤烟型污染问题是我国今年雾霾的主要原因。大多的二氧化硫都是因为对含硫矿石的冶炼、对化石燃料的燃烧、或含硫酸、磷肥等生产的工业废气和机动车辆的排气。空气中的氮氧化物主要来源于天然源，但城市大气中的氮氧化物大多来自于燃料燃烧，即人为源，如汽车等流动源，工业窑炉等固定源。可吸入颗粒物主要来源于生活燃料，如许多柴油车、机动车、摩托车尾气中含有大量可吸入颗粒物。控制煤炭、石油的消耗与治理污染是解决霾污染最根本的途径之一。建筑物虽看似与雾霾不相干，也与节能降耗不沾边。但建筑建造材料如墙体材料的各类砖块、钢材、水泥、保温材料、油漆等产品是高耗能或对环境有污染材料；建筑使用过程中的照明、日常家用电器的耗电、采暖耗煤与制冷都涉及到能源消耗。建筑材料生产是我国能耗大户，如钢铁、水泥、保温材料等是高能耗产业；而且能量的消耗形式是煤炭、石油、电力（主要是火电）等对环境影响大的形式。建筑材料生产是产生二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物的主要来源。水泥行业为建材行业消耗资源和能源最大的产业。我国是水泥生产大国，2009年水泥产量达到16.5亿吨，占世界水泥总产量一半以上。2007年水泥产业能源消耗量为14191万吨标准煤，占建材行业的比重达到73.6%，据行业之首。据测算2008年CO2废气排放量约为9.3亿吨，约占建材行业CO2排放量的50%以上。此外水泥生产过程中产生大量的烟尘、粉尘、SO2和NOx：2008年水泥行业烟尘、粉尘排放量约为454万吨，占建材行业排放量的比重约76%，在全国工业烟尘、粉尘排放中所占比重位于前列；SO2的排放量约为102万吨，占建材行业SO2排放量的55%；NOx排放量为58.8万吨。因此采用能耗低的建筑材料或减少建筑材料使用量成为减少环境污染的重要研究内容。2、南方建筑节能不能穿“厚棉袄”建筑节能在我国实行已经多年了，北方的建筑外保温技术是减少冬季建筑采暖能耗的有效措施。现在我国南方也是沿用北方的保温方式来隔绝太阳辐射热。我国南方属于夏热冬暖与夏热冬冷地区，气候特点是夏季炎热，高温时间长；冬季气温没有北方寒冷，低温时间也不长。建筑节能重点是考虑夏季的隔热，兼顾或不考虑冬季的保温。因此，南方的建筑节能应该按照南方的气候特点，确定适合南方的节能措施，不能照搬北方的保温方式来进行南方的隔热现实。保温材料虽然可以隔热，就如热水瓶可以装热水（保暖）、也可以装冰棒（保冷）。于是南方的建筑节能就很自然的把北方的保温技术搬到南方来了。但是我国南方与北方建筑节能涵义是不同的。北方的保温是阻止冬季室内的热通过围护结构传到室外，阻止（或减少）的是室内的热散失，采用厚的高热阻的保温材料是适合的。而南方的围护结构夏季要阻止（或减少）的不仅是白天室外的太阳辐射热进入室内，还要有利于夜晚室内的热（包括家用电器、人体活动产生的热、白天从室外进入的积累热）传导室外。这样南方则要求建筑围护结构既能减少对太阳辐射热的吸收，又要能有效的散热。有效的减少围护结构吸收太阳辐射热，采用各种类型的遮阳措施；要有效的散热，则要求围护结构的传热系数大（热阻小），或者增加围护结构的向环境的热辐射。相反采用厚的保温层的隔热方式，虽然白天有阻挡了部分热进入室内，还是有相当多热进入了室内，室内温度还是会升高；夜晚要达到室内降温的目的，必须要把白天进入室内的热通过围护结构传导室外。但是围护结构的高热阻，同样也会阻止室内的热向室外传递。当连续多日的强太阳辐射的高温，夜晚不能把白天积蓄的热散失掉，室内就会显得闷热，为降温空调制冷能耗就会增加。这种高保温墙体夏季不节能的事实已经被理论与实验测试结果证实。南方用保温材料做隔热节能，这就如夏季人们穿厚棉袄隔热一样是愚蠢的！3、脱掉南方建筑隔热“厚棉袄”的措施南方建筑的隔热措施是遮阳，也就是隔绝太阳热辐射。建筑围护结构的遮阳最好的方法是采用建筑反射隔热涂料。中南大学多年对反射隔热涂料的研究，取得多项国家发明专利，反射隔热涂料专利已经在广西南宁绿晶功能高分子材料有限公司、湖南银新节能高分子材料有限公司产业化，产品具有“高反射、高辐射、高热阻、低热容” 的三高一低特性。反射隔热涂料的反射率及热发射率分别达到85% 、88%以上，中空微珠导热系数为0.03w/mk。太阳热辐射在建筑物外表面的反射隔热涂层高反射，以及反射隔热涂层的高热辐射，效果实现对太阳热辐射的隔绝率达98%以上。建筑维护结构采用反射隔热涂层技术，可以有效实现建筑外表面降温10-40，室内降温2-8，每年夏季建筑制冷能耗减少25kwh/m2。反射隔热涂层在我国南方建筑节能中显现出明显的优势。3.1 反射隔热涂层的隔热效果反射隔热涂层只需要0.25mm厚度，就能满足建筑节能的隔热效果。这样的隔热效果是其他保温材料不能比拟的。表1 相当于0.25mm反射隔热涂层的其他隔热材料厚度材料反射隔热涂料涂膜聚氨酯软泡沫聚氨酯硬泡沫聚苯乙烯泡沫板软木保温砂浆混凝土普通砖厚度（mm）0.252540106451003888603.2 反射隔热涂料对降低雾霾的作用3.2.1 采用反射隔热涂层隔热系统减少建筑材料能耗现在用于建筑保温系统主要有无机保温砂浆、聚苯颗粒保温砂浆、挤塑聚苯板、泡沫玻璃等保温系统。在这些系统中除了保温作用的玻化微珠、聚苯乙烯泡沫、泡沫玻璃外，还要有大量的配套材料。配套材料有包括水泥、石灰、石膏、玻纤网格布等能耗高的材料，起到在保温层表面施工抗裂、找平、防水等功能层作用。玻化微珠是经电炉高温膨胀生产工艺加工形成的内部多孔，表面玻化连续封闭的空心球状颗粒，具有强度高、质轻、绝热、防火、耐高温、耐老化、吸水率小等优点，是制作墙体保温砂浆的主要材料。以现在通常使用的无机保温砂浆为例，分析传统保温材料的能耗状况，推测采用反射隔热涂层隔热技术在建筑材料方面节能效果。表2 无机保温砂浆每平方米建筑材料用量与建筑材料材料生产能耗项目单位数量能耗 /标准煤(kg)保温砂浆层厚度mm30保温砂浆层质量kg14其中 水泥kg55*0.145=0.725 玻化微珠45*0.1=0.5 石灰33*0.1=0.3 玻纤网格布0.50.5*0.1=0.05合计1.53 从表中数据可知，每生产1平方米保温砂浆，需要的耗煤1.5kg标准煤。我国南方的建筑保温面积在8-10亿平方米。照此计算：南方每年保温建筑材料能耗在150万吨标准煤、年CO2废气排放量约为600万吨，烟尘、粉尘排放量约为4.5万吨、SO2的排放量约为1.0万吨、 NOx排放量为0.6万吨。3.2.2 采用反射隔热涂层隔热系统减少建筑使用能耗泡沫玻璃是保温性好的保温材料，广西建科院与广西南宁绿晶功能高分子材料有限公司于2011年8月进行了泡沫玻璃和反射隔热涂料的隔热效果比较实验。采用2个完全相同的建筑模型进行现场测试实验，模型建筑为3m*3m*3m的建筑，墙壁用180mm粘土烧结多孔砖，屋顶用110mm水泥预制板。围护结构采用水泥砂浆找平，内墙涂刷普通内墙涂料。一间采用40mm的泡沫玻璃对围护结构外保温，再用水泥砂浆找平后涂刷普通外墙涂料；一间在水泥砂浆找平层上涂刷反射隔热涂料。在8月份（南宁最热月份）测试西墙内壁温度与室外环境空气温度，进行隔热效果评价。图1 是2011年8月19日的测试结果图。分析图1的数据，可以看出，在最高温度点，西墙内壁面温度最高的是泡沫玻璃保温的西墙内壁温度最高，反射隔热涂层涂饰的西墙内壁温度最低，比环境温度还要低。泡沫玻璃保温的的墙体内壁比反射隔热涂料墙体内壁最高温度要高10.42。由此可以得出，保温性最好的保温材料，作为夏季的墙体隔热材料的隔热效果差，并不适合我国南方做隔热节能材料应用。据测算，外墙采用泡沫玻璃的保温系统的建筑维护结构的建筑能耗比采用反射隔热涂料的建筑能耗全年要高10kwh/年。4、小结有效的实现建筑节