我国建筑节能材料的应用与发展综述.doc

我国建筑节能材料的应用与发展综述姓名：吕浩阳学号：g201409106系别：建筑工程学院我国建筑节能材料的应用与发展综述摘要：21世纪是可持续发展的新世纪，随着能源问题的日益紧张，建筑节能问题引起了越来越多国家的重视，发展节能建材是建筑节能的根本途径。本文以建筑节能材料的应用与发展为着眼点，从广义建筑节能的角度综述了国内外建筑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，促进建筑节材料的研究和发展。关键词：节能材料，建筑，综述1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%。而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。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1。建筑能耗包含广义的建筑能耗和狭义的建筑能耗。本文所说的建筑能耗指的是广义建筑能耗。2建筑节能材料的内涵 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，现在仍通称为建筑节能，但其含义应该接近第三层意思，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2。 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3。3我国建筑节能材料的应用与发展3.1建筑节能材料的发展现状 在建筑中，墙体、屋面等围护结构材料的热工性能决定着整个结构的热损耗量，因此建筑墙体的改革与墙体节能技术的发展、应用是建筑节能的一个最重要的环节，发展外围护结构的保温技术及推广应用节能材料是建筑节能的主要实现方式。自1973年全球能源危机以来，世界上许多国家加紧了建筑节能标准、法规和法令的制定与实施，使用了大量的保温绝热材料，并取得了显著的节能效益。我国国家建设部、原国家计经委和国家建材局于1987年发出关于实施民用建筑节能设计标准中，明确提出新建住宅建筑要普遍采用保温材料，提高墙体及屋面的热阻，“九五”至2010年逐步实施第二步建筑节能50%的战略目标，建筑保温节能材料得到一定程度的应用，但由于过分追求降低建筑的一次性投资，至今推广甚慢。 国内外墙体材料改革的一个重要趋势是将结构材料与高效保温材料组成复合墙体及屋面，以较少的能耗获得最大的经济、社会和环境效益。我国墙改以来，轻质墙，加气混凝土、石膏板、石膏空心条板、纸面石膏板、空心砌块、空心砖的推广应用取得一定的节能效益。多年来已发展了多种轻质大板材料及结构，如GRC板、夹心板、彩钢泡沫夹心板、岩棉及玻璃棉夹心板、水泥聚苯板等，实践表明，各有特色。但由于价格高、防火等级差、吸潮吸湿吸水率大、结构设计及施工规范不配套等诸多不足，目前建筑设计标准往往无法接受。屋面保温仍较多采用传统的水泥珍珠岩、加气混凝土块、沥青，也有采用聚苯板等有机泡沫保温，其保温效果差。 现阶段我国节能材料得到了一定程度的发展，包括节能门窗、节能墙体等。当前国内外正在研究并推广使用的节能玻璃主要有中空玻璃、真空玻璃、镀膜玻璃等，生产过程中的低耗能建材有生态水泥、粉煤灰水泥等；外墙保温根据保温层位置的不同分为外墙外保温、外墙内保温和中空夹心复合墙体保温三种。此外，憎水珍珠岩及硅酸盐复合绝热涂料作墙体及屋面保温，取得较好的使用效果及节能效益。3.2建筑节能材料与技术我国建筑节能材料种类多样，本文将从节能屋面、节能墙体、节能门窗三个方面对建筑节能材料加以阐述。3.2.1节能屋面 建筑屋面节能的最主要措施之一就是发展和应用高效保温隔热材料。屋面保温材料应具有吸水率低、表观密度和导热系数较小，并有一定强度的性能。保温隔热材料按照材料特性可分为矿物棉制品、玻璃棉制品、膨胀珍珠岩制品、硅酸铝纤维和泡沫塑料制品。在世界发达国家，如美国、西欧、北欧及日本等国，在民用建筑中早已广泛地采用了高效的保温隔热材料，其保温隔热材料以矿物棉、玻璃棉、泡沫塑料等优良保温材料为主。我国应用较广泛的有膨胀珍珠岩制品。如今，保温隔热材料即将从初期的膨胀珍珠岩、蛙石制品、工业锅炉炉渣、石棉粉为主逐步发展为矿物棉、玻璃棉及其制品为主；近五年来又大量发展了发泡聚苯乙烯制品、发泡制品、发泡酚醛树脂制品等，还有少量的泡沫玻璃制品、发泡石棉制品。一些新型材料兼具了防水、节能双重性能，节能效果好。 而目前采用的屋面节能技术主要有倒置式屋面、屋面绿化、蓄水屋面、平改坡等几种技术。倒置式屋面是与传统屋面相对而言的，就是将传统屋面构造中的保温层与防水层颠倒，把保温层放在防水层的上面。由于工程中常用的保温材料如水泥膨胀珍珠岩、水泥蛙石、矿棉岩棉等都是非憎水性的，这类非憎水性保温材料如果吸湿后，其导热系数将陡增，因而倒置式屋面采用的是“憎水性”保温材料。这种倒置式屋面具有保温隔热性能极佳、施工方便、不易老化、不需排气孔、维修方便的特点。屋面绿化、蓄水屋面、平改坡等几种节能技术在我国也是常用的。3.2.2节能墙体 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导热系数。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，材料的导热系数是比较小的。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4。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。岩棉有三种绝热方式: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）破璃棉。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。但它的价格较岩棉为高。目前我国的玻璃棉产量仅为美国的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，导热系数小，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，导热系数极低(0.025W/(mK)且其特有的闭孔结构使其具有更优越的耐水汽性能，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，限制了它的使用。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粘稠浆状物。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5:以240 mm砖墙复合50-70 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6。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较好。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7。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。3.2.3节能门窗3.2.3.1玻璃 门窗的制造材料已从单一的木、钢、铝合金等发展到铝合金一木材复合、铝合金一塑料复合、玻璃钢等复合材料，目前我国市场上主要的节能门窗为塑料门窗。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就是玻璃的性能8。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，导热系数很低，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两种: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）踱膜玻璃。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。它可以同中空玻璃、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380nm- 780nm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。3.2.3.2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。 2)塑铝型材框扇。它是在铝合金型材内注入一条聚酞胺塑料隔板，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酞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30-40dB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。4结语 我国是一个人口大国，经济快速增长，对能源的消耗也较大。在目前的设备技术水平下，我国的建筑能耗严重。就我国的单位建筑能耗而言，外墙为发达国家的4-5倍，屋顶为2.5-5.5倍，门窗气密性为3-6倍。近年来，相变节能材料、环保型节能材料以及新能源技术引起了越来越多发达国家的重视，积极致力于这些材料、技术在建筑中的应用研究，并且取得了一些成绩。这些新材料和新技术将是我国未来建筑节能舞台上的主角。参考文献：1涂逢祥.什么是建筑节能J.北京节能，1998(2):43.2谭海军.建筑节能材料综述J.建筑节能，2009(8):35-36.3杨旗.我国建筑节能材料的应用与发展综述J.攀枝花学院学报，200