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        從建筑組成部分和材料出發(fā)淺析建筑節(jié)能

        2009-05-25 03:32:52郭玲麗
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2009年6期
        關(guān)鍵詞:節(jié)能建筑建筑材料

        董 如 郭玲麗

        摘要: 從建筑工程的組成和構(gòu)造以及各組成部分的建筑材料出發(fā),分析了目前建筑節(jié)能的發(fā)展情況,結(jié)合我國節(jié)能建筑的發(fā)展情況,提出了存在的問題和解決問題的若干措施和建筑節(jié)能技術(shù)的發(fā)展方向。

        關(guān)鍵詞: 建筑組成部分;建筑材料;節(jié)能建筑

        建筑能耗是社會總能耗的重要組成部分,據(jù)統(tǒng)計,西方發(fā)達國家的建筑能耗占其國家總能耗的30%~40%。我國目前這一比例為27.6%,盡管現(xiàn)在低于發(fā)達國家水平,但是隨著人們對居住、辦公等環(huán)境質(zhì)量的要求逐步提高,建筑能耗尤其是其中的電力消耗,將會給國家的能源供應(yīng)帶來越來越大的壓力。

        建筑從勘查設(shè)計至竣工交付使用直至其服務(wù)于人們的生活、工作的全壽命周期,由此可以看出,建筑能耗具有明顯的時間區(qū)域性。相對從建筑材料制造、建筑施工過程的能耗來講,建筑全使用壽命周期的能耗無論從總量還是總時間長度來說,對社會總能耗的影響巨大。因此,本文所討論的建筑能耗主要指建筑使用過程中的能耗。

        中國目前的建筑能耗以供暖、空調(diào)和通風為主,三項之和占到了建筑總能耗的2 /3 。這三項能耗的基本途徑與以下建筑組成部分息息相關(guān)。以下就不同建筑組成部分為分類依據(jù),分析節(jié)能材料的應(yīng)用和發(fā)展方向。

        1 圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能

        我國幅員遼闊,不同地區(qū)氣候條件差別很大,但統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,不同地區(qū)圍護結(jié)構(gòu)傳熱能耗,占建筑物總能耗的57%~77%。因此,建筑物的圍護結(jié)構(gòu)是建筑節(jié)能設(shè)計中應(yīng)重點采取技術(shù)措施的部位。

        其中,通過外墻損失的熱量占建筑總熱耗的35%~49%。因此,許多國家都大力發(fā)展低能耗的墻體材料。保溫絕熱材料的節(jié)能能力由材料的導(dǎo)熱系數(shù)決定。導(dǎo)熱系數(shù)越小,保溫隔熱性能越好??傮w來說,絕熱材料都具有輕質(zhì)、疏松、多孔或為纖維狀的特點。目前多層建筑中廣泛采用的燒結(jié)多孔磚和聚苯乙烯泡沫塑料就是典型的絕熱材料。建筑物維護結(jié)構(gòu)的主要建筑材料有砌墻磚、砌塊和板材。

        其中砌墻磚按其強度是否是通過燒結(jié)形成分為燒結(jié)磚和非燒結(jié)磚。燒結(jié)磚包括普通粘土磚,燒結(jié)多孔磚、燒結(jié)空心磚等。普通粘土磚由于其生產(chǎn)會破壞生態(tài),給環(huán)境帶來永久性損害,其燒制過程中會產(chǎn)生二氧化硫等污染氣體,而且其保溫隔熱性能也遠低于新型材料,目前在我國的大部分城市已經(jīng)禁止使用,資料顯示,已經(jīng)有139個城市完成了實心粘土磚的禁用、限用。非燒結(jié)磚不會破壞生態(tài),有利于保護農(nóng)田和減少環(huán)境污染,利用工業(yè)廢渣制造非燒結(jié)磚已經(jīng)成為砌墻磚生產(chǎn)的主要途徑之一。但是在廣大農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn),粘土磚因其原料廣泛,生產(chǎn)工藝簡單,仍是主要建筑材料,粗略估計,實心粘土磚的用量仍占墻體總用量的80%。北京市4000多個自然村中,95%以上的建筑依然使用紅磚,即普通燒結(jié)磚。據(jù)不完全統(tǒng)計,我國墻體材料企業(yè)約有10萬家,其中磚瓦企業(yè)9萬家以上,墻體材料年總產(chǎn)量折合為普通磚約為8500億塊,其中普通實心粘土磚為5000億塊。這些數(shù)據(jù)不容樂觀,普通粘土磚耗能嚴重,國家禁令頻頻,卻仍然有很大的市場,主要有以下兩方面的原因,一是節(jié)能宣傳不到位,單純法令禁止不能使老百姓切身感受到節(jié)能材料帶來的經(jīng)濟價值;二是新型墻體材料的成本問題,如混凝土空心砌塊,生產(chǎn)周期長、工序復(fù)雜,銷售價格遠高于普通粘土磚。

        目前,在使用環(huán)節(jié),我國已經(jīng)加大對新型墻體材料推廣的支持力度。凡財政撥款或補貼的行政機關(guān)辦公用房、公共建筑、經(jīng)濟適用房、示范建筑小區(qū)和國家投資的生產(chǎn)性項目,都必須選用新型墻體材料。利用預(yù)算內(nèi)資金或國債資金以及中小企業(yè)發(fā)展專項資金,對新型墻體材料重大技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化示范項目給予必要的資金支持;在生產(chǎn)環(huán)節(jié),利用廢渣、爐渣、粉煤灰等或摻廢料30%以上的非燒結(jié)磚年產(chǎn)量占總產(chǎn)量的16%以上,全國新型墻體材料已經(jīng)占到墻材年總產(chǎn)量的近39.26%,其中砌墻磚類墻材產(chǎn)品占到了32.13%。

        外墻材料的設(shè)計發(fā)展方向及節(jié)能措施主要以在采用新型墻體材料的同時在墻體內(nèi)外側(cè)敷設(shè)保溫隔熱材料為主,輔助措施有反射幕墻、植物覆蓋綠化等等。其中玻璃幕墻結(jié)合太陽能發(fā)電技術(shù)成為目前節(jié)能建筑發(fā)展的新旗幟,2008年10月18日正式并網(wǎng)運行的保定"電谷錦江國際酒店" 其發(fā)電主體是總計達到3800塊、4500平方米的玻璃幕墻。玻璃幕墻是目前高層建筑常用的帶有裝飾效果的輕質(zhì)墻。"電谷錦江"的建成,使我國節(jié)能建筑的發(fā)展又邁進了關(guān)鍵的一步,也為今后建筑材料的功能化發(fā)展指明了方向。

        2 屋頂節(jié)能

        屋頂是建筑物頂部的外圍護構(gòu)件和承重構(gòu)件。抵御自然界雨、雪及太陽能輻射等對建筑的影響,同時承受建筑物頂部荷載。因此屋頂必須具有足夠的強度、剛度,作為節(jié)能的重要部位,更要有保溫隔熱的能力。目前普通建筑的屋頂依據(jù)建筑材料、結(jié)構(gòu)形勢、頂部造型的不同,主要分為平屋頂、坡屋頂和其他類型屋頂。坡屋頂一般坡度在10%以上,其特點是屋面排水速度快。坡屋頂在保溫方面較平屋頂有更多的優(yōu)勢,其保溫方法一般有兩種:一種是在屋面掛瓦和望板之間加保溫材料,另一種是在坡屋頂下做吊頂并在頂棚內(nèi)鋪輕質(zhì)保溫材料,如鋸末、礦渣棉等。北京市從2002年開始實施的"平改坡"工程,正是坡屋頂良好保溫性能的"發(fā)現(xiàn)之旅",并為北京采暖季節(jié)的節(jié)能和城市環(huán)境治理帶來巨大的影響。坡屋頂較平屋頂?shù)淖畲髢?yōu)勢就在于,屋頂結(jié)構(gòu)為設(shè)置隔汽層和封閉的空氣間層提供了空間。屋頂表面采用柔性防水時,能夠反射陽光輻射的材料也將給建筑的節(jié)能效率帶來較大的影響。

        立體綠化也是節(jié)能建筑屋頂設(shè)計的發(fā)展方向之一,覆土和植草屋面的生態(tài)保溫隔熱效果明顯,在一般的防水層上加塑料凹凸板、蓋土工布,起到防水、擋土、濾水的作用。研究數(shù)據(jù)表明,立體綠化可以使屋頂溫度降低5.C以上。屋頂綠化不僅對建筑物降低能耗有顯著作用,同時也能緩解大氣浮塵凈化空氣,保護建筑物頂部,延長建筑物使用壽命。西方發(fā)達國家在立體綠化方面起步較早,相繼建造了各類規(guī)模和結(jié)構(gòu)的屋頂綠化工程。日本的東京甚至通過立法強制屋頂?shù)木G色植物覆蓋率,規(guī)定凡是新建建筑占地面積超過1000平方米者,屋頂必須有20%的植物覆蓋,否則將被處以罰款。我國屋頂綠化建設(shè)始于上世紀60年代。深圳、上海、廣東等省市紛紛出臺屋頂綠化的相關(guān)實施辦法。屋頂綠化需要解決的關(guān)鍵問題是荷載,目前屋頂綠化的種植層使用人工介質(zhì)、輕質(zhì)土、腐葉土、鋸末、復(fù)合肥或者蛭石、珍珠巖、煤渣、谷殼等提前配制好的種植土,這些合成土的特點是重量輕、透氣性好、營養(yǎng)充足且不易板結(jié),不僅利于植物生長,而且在草坪厚20~30cm時,增加荷載僅為100kg/m2,即使舊屋也能滿足該荷載要求。

        3 門窗節(jié)能

        就其建筑部位劃分,門窗應(yīng)屬于圍護結(jié)構(gòu)的一部分,門窗面積約占建筑外維護結(jié)構(gòu)面積的30%,門窗傳熱及其空氣滲透耗熱量最大,是建筑能耗散失的最薄弱部位,各地區(qū)約占建筑物總耗熱量的50% ~60%不等,顯然,門窗的節(jié)能在建筑節(jié)能中具有舉足輕重的地位。目前國內(nèi)在建筑上所使用的門窗,主要有鋼、木、鋁(合金)、塑鋼四大類。木門窗由天然木材加工制成,屬傳統(tǒng)門窗類型,但因木材生長周期長,過多的使用將會對環(huán)境造成惡劣影響,而塑鋼門窗、玻璃鋼門窗與木門窗相比,具有輕質(zhì)、高強、耐久、密封性好,隔音效果好,且具有良好的絕熱性能,正逐漸替代木門窗,成為門窗建材的首選。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,塑鋼門窗節(jié)約能源較鋁合金提高30%以上,特別適合冷氣空調(diào)環(huán)境,使用塑鋼門窗的房間比使用木門窗的房間,冬季室內(nèi)溫度平均提高4℃~5℃,這對北方采暖季的煤耗、電耗等的節(jié)約都將起到重大的作用,同時也節(jié)約了大量的木材和鋼材,提高了人們的居住質(zhì)量。目前,由于木門窗易變形、防火絕緣性差、耐久性差等缺點,其應(yīng)用范圍正逐步萎縮,但是,鋁合金門窗因其施工維修方便、重量輕、強度高等優(yōu)點,有很大的應(yīng)用量,同時,因為其堅固耐用,已使用該類型門窗的建筑更換的概率較小,但是,鋁合金門窗具有較高的導(dǎo)熱性,這一特點無論是對冬季采暖還是夏季空調(diào)來說,都會造成能源浪費。因此,原有鋁合金門窗的改造升級,將是節(jié)能建筑改造丞待解決的問題之一。

        窗戶上能量傳遞方式主要有:輻射傳遞、對流傳遞、傳導(dǎo)傳遞,另外空氣滲漏也是窗戶能量損失的重要組成部分。輻射傳熱可通過物理學(xué)原理境地玻璃表明發(fā)射率得到改善,如鍍膜玻璃對太陽光中的熱射線具有一定的控制作用,在保證室內(nèi)采光柔和的條件下,可以有效的屏蔽進入室內(nèi)的太陽輻射能,從而避免暖房效應(yīng),節(jié)約能耗,而且鍍膜玻璃對于可見光有較高的透過率,有利于自然采光,從而節(jié)省照明費用;傳導(dǎo)損失主要發(fā)生在玻璃和窗框之間,通過使用絕密的邊部密封材料可以有效的減少此類損失;對流損失主要指玻璃間隔層內(nèi)的氣體運動所帶來的熱量損失,通常通過充入特殊氣體解決。

        玻璃的發(fā)展日新月異,現(xiàn)代玻璃技術(shù)的發(fā)展,使其裝飾性和功能性緊密的聯(lián)系在一起,成為未來節(jié)能建筑的主要材料之一。

        4 樓地面節(jié)能

        由于建筑物地面并不直接暴露在外界環(huán)境中,所以,相對其他結(jié)構(gòu),樓地面更利于保溫?,F(xiàn)在的大部分的民用建筑都有地下室和一定的地下空間,使地面與地基之間有一定的空氣隔層,提高保溫性能。如今,地板采暖在城市建筑中的應(yīng)用十分廣泛,較普通的散熱片采暖方式,地板采暖在節(jié)能方面表現(xiàn)突出,采用散熱片采暖,一般出水溫度要求在70度以上,而地板采暖的輻射面大,要求的供水溫度相對較低,只需40~50度,而且可以克服傳統(tǒng)采暖部分熱量從門窗散失的缺點,地板采暖的節(jié)能幅度約為10%~20%。但是,地板采暖同時對樓地面的鋪設(shè)材料的絕熱性能提出了更高的要求,需要在樓地面的中間層鋪設(shè)有較好的剛性、韌性和較大的蓄熱系數(shù)的保溫材料。

        5 結(jié)語

        隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,能源需求不斷增長,能源供應(yīng)面臨巨大挑戰(zhàn)。和西方發(fā)達國家相比,我國在能源問題上所面臨的形勢相當嚴峻,人均主要能源資源占有量低。建筑能耗巨大,大力發(fā)展節(jié)能建筑是實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。

        參考文獻

        [1] 胡濤,國內(nèi)新型墻體材料的應(yīng)用現(xiàn)狀分析,科技咨詢導(dǎo)報, 2007(18)

        [2] 宋玉紅,建筑節(jié)能的現(xiàn)狀分析及其對策研究,內(nèi)江科技,2008年第1期

        [3] 李仕國,王燁,中國建筑能耗現(xiàn)狀及節(jié)能措施概述,環(huán)境科學(xué)與管理,2008年2月

        [4] 王嘉慧,王景,關(guān)于建筑節(jié)能幾個問題的探討,黑龍江科技信息,2008年第2期

        作者簡介:董如女,碩士研究生,河北省辛集市人,主要研究方向為技術(shù)經(jīng)濟及管理、能源等。

        郭玲麗,女,碩士研究生,吉林省長春市人,主要研究方向為技術(shù)經(jīng)濟及管理、能源等。

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