張緹+劉俊榮+周雅琴+梁耀龍

摘 要：隨著人們生活水平的提高和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，以綠色、低碳、環(huán)保、資源循環(huán)利用為基本概念的建筑陶瓷，以及產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，將成為陶瓷未來(lái)發(fā)展的趨向。本文對(duì)建筑節(jié)能型被動(dòng)調(diào)濕功能陶瓷的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述，并對(duì)其應(yīng)用技術(shù)及市場(chǎng)前景提出了展望。

關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能；被動(dòng)調(diào)濕；功能陶瓷磚

1 引言

隨著人們生活水平的提高和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，以綠色、低碳、環(huán)保、資源循環(huán)利用為基本概念的建筑陶瓷，以及產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，將成為陶瓷未來(lái)發(fā)展的趨向。我國(guó)是世界上最大的建筑材料生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，隨著中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部《建筑衛(wèi)生陶瓷工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》、《新型建筑材料工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》等相關(guān)政策的出臺(tái)，在節(jié)能環(huán)保方面提出了更高的目標(biāo)，這也是陶瓷產(chǎn)業(yè)首次列入國(guó)家戰(zhàn)略的范疇。推動(dòng)建筑衛(wèi)生陶瓷的綠色化，是行業(yè)發(fā)展必須解決的重大課題，綠色化發(fā)展也是我國(guó)建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保證和努力的方向。

空氣相對(duì)濕度是表示空氣中水汽的多少，即干濕程度的物理量，是衡量室內(nèi)環(huán)境的一項(xiàng)重要參數(shù)，它對(duì)人體健康、室內(nèi)空氣質(zhì)量，以及物品的存放都有重要意義。過(guò)高或者過(guò)低的濕度都會(huì)影響人體健康，對(duì)物品的保存、儀器的壽命等密切相關(guān)。國(guó)家《空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定室內(nèi)相對(duì)濕度標(biāo)準(zhǔn)值，夏季空調(diào)房間為40%～60%，冬季采暖房間為30%～60%。我國(guó)潮濕地區(qū)年平均相對(duì)濕度在70%～80%，有時(shí)高達(dá)95%～100%[1]，北方干燥時(shí)期的相對(duì)濕度甚至可以達(dá)到10%以下。這些地區(qū)的建筑要達(dá)到室內(nèi)環(huán)境的熱舒適要求，就需要采取高效的方法解決相對(duì)濕度帶來(lái)的室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量問(wèn)題。目前，按是否消耗人工能源可將濕度控制調(diào)節(jié)方法分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。前者即空調(diào)技術(shù)，是目前普遍采用的方法，但存在耗電大，污染環(huán)境、破壞生態(tài)，以及引發(fā)“建筑室內(nèi)綜合癥”等問(wèn)題，不符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。后者是利用可再生能源或材料的吸放濕特性來(lái)控制調(diào)節(jié)濕度，無(wú)需消耗任何人工能源，是一種生態(tài)性控制調(diào)節(jié)方法。

近幾年，我國(guó)已進(jìn)行了一部分與調(diào)濕材料相關(guān)的研究，大多集中在硅膠、高分子聚合物、無(wú)機(jī)礦物質(zhì)以及復(fù)合材料上，但由于調(diào)濕機(jī)理的復(fù)雜性，這方面的研究進(jìn)展緩慢，某些調(diào)濕產(chǎn)品存在制造工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高、濕容量過(guò)小、調(diào)濕速度慢等缺點(diǎn)。所以，工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低廉，且調(diào)濕性能優(yōu)良的調(diào)濕材料，將成為目前調(diào)濕材料研發(fā)的主要方向。

從能耗和能效上可以反映出一個(gè)國(guó)家生活質(zhì)量的高低，以及經(jīng)濟(jì)效益的大小。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，也是國(guó)家可持續(xù)發(fā)展能力的具體體現(xiàn)。現(xiàn)在我國(guó)正處于房屋建設(shè)的戰(zhàn)略機(jī)遇期，到2020年，我國(guó)還要建造約300億m2的建筑。也就是說(shuō)，中國(guó)正以前所未有的規(guī)模和速度建造高能耗建筑，這些高能耗建筑將在近百年的時(shí)間內(nèi)大量消耗我國(guó)寶貴而稀缺的能源。

建筑節(jié)能技術(shù)種類(lèi)很多，如：被動(dòng)技術(shù)是針對(duì)建筑物整體而提出的一種建筑節(jié)能技術(shù)，它按照作用對(duì)象可分為作用于建筑物屋面；作用于建筑物墻體；作用于窗、陽(yáng)臺(tái)等開(kāi)放空間三種。被動(dòng)蒸發(fā)冷卻技術(shù)結(jié)合了被動(dòng)技術(shù)及蒸發(fā)冷卻技術(shù)的特點(diǎn)，利用清潔無(wú)污染的能源——水、太陽(yáng)能來(lái)降低建筑物維護(hù)結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷。隨著現(xiàn)代建筑業(yè)的不斷發(fā)展，為了節(jié)省占地空間，出現(xiàn)了越來(lái)越多的高層建筑。高層建筑的出現(xiàn)使得建筑物墻體面積比例大大增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在建筑物空調(diào)能耗中建筑物維護(hù)結(jié)構(gòu)所占能耗比例大約為25%～50%[2]。因此，將建筑物墻體作為主要的研究對(duì)象，在干熱的夏季，將具有調(diào)濕功能的建筑陶瓷材料作為墻體或者貼附于墻體的外表面，研究其制冷運(yùn)行情況將對(duì)建筑節(jié)能有著重要的意義。

2 調(diào)濕功能陶瓷的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

“調(diào)濕材料”這一概念是由日本學(xué)者西藤宮野[3]首先提出來(lái)的，是指不需要借助任何人工能源和機(jī)械設(shè)備，依靠自身的吸放濕性能，感應(yīng)所調(diào)空間空氣溫、濕度的變化，從而自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣相對(duì)濕度的材料。用調(diào)濕材料調(diào)節(jié)房間的溫、濕度就是利用材料的多孔性結(jié)構(gòu)，以及水蒸氣在孔中的擴(kuò)散而起到調(diào)濕作用，并且在調(diào)節(jié)濕度的過(guò)程中吸收或者釋放汽化潛熱，從而調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度。對(duì)于那些全年所需除濕量與加濕量相當(dāng)?shù)姆块g，如果房間內(nèi)部采用調(diào)濕材料把除濕階段的余濕儲(chǔ)存起來(lái)，到需要加濕時(shí)再釋放出去，那么該房間將不需要其它的除濕、加濕設(shè)備，這樣既可以替代傳統(tǒng)空調(diào)處理方式達(dá)到調(diào)濕效果，又可節(jié)省電能，起到節(jié)約能耗，減少排放的作用，而且能明顯改善室內(nèi)空氣品質(zhì)；對(duì)于居住建筑室內(nèi)濕度環(huán)境改善，實(shí)現(xiàn)全面建筑節(jié)能，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

在20世紀(jì)60年代，調(diào)濕材料這一概念被西藤宮野提出，隨后日本的材料工作者就前赴后繼地展開(kāi)調(diào)濕材料的研究及應(yīng)用工作。日本在1980～1987年期間，大約在近百項(xiàng)工程中使用了調(diào)濕材料，對(duì)文物及重要的美術(shù)書(shū)刊的保護(hù)與保管起了很大的作用。近幾年，日本的調(diào)濕材料研究專(zhuān)利呈上升的趨勢(shì)，主要是無(wú)機(jī)調(diào)濕材料。

日本的INAX公司（2002）用石灰、鋁礬土、砂等通過(guò)混練制成濕度控制抹面材料；國(guó)立產(chǎn)業(yè)綜合技術(shù)研究所前田雅喜將水玻璃、氫氧化鋁與高嶺土混合，并經(jīng)800～1150℃煅燒成型，制成具有濕度調(diào)節(jié)功能的鋁基調(diào)濕材料；JANIS公司（2002）利用海泡石、硅藻土、沸石和輕質(zhì)混凝土的一種或幾種和無(wú)機(jī)粘結(jié)劑為原料，經(jīng)過(guò)成型干燥制成濕度控制材料。日本INAX公司最近研制開(kāi)發(fā)出一種“健康建材”，不僅降低了有害化學(xué)成份的含量，且更具有調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度的作用[4]。此外，日本還申請(qǐng)了多項(xiàng)關(guān)于濕度調(diào)節(jié)或控制材料的專(zhuān)利，奠定了日本作為調(diào)濕材料研究領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。

相對(duì)于日本對(duì)新型無(wú)機(jī)非金屬類(lèi)調(diào)濕材料的研究，國(guó)內(nèi)關(guān)于調(diào)濕材料的研究尚停留在初級(jí)階段，1990年7月，清華大學(xué)土木系建材研究室開(kāi)展了調(diào)濕材料的研究[5]。1991 年12月，該研究室與日本大學(xué)生產(chǎn)工學(xué)部的笠井芳夫等聯(lián)合進(jìn)行了“關(guān)于采用天然沸石作調(diào)濕材料”試驗(yàn)研究。

田福禎[6]等篩選了幾種無(wú)機(jī)材料及合成的硅酸鈣，并對(duì)其調(diào)濕性能進(jìn)行了測(cè)試；復(fù)配了五種調(diào)濕材料，與日本樣品進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比。其結(jié)果表明，這五種調(diào)濕材料的調(diào)濕性能達(dá)到了日本樣品的水平。endprint

王新江[7]等利用煤系高嶺土為原料制備了自律型調(diào)濕材料，其產(chǎn)品是采用選擇性浸取法，以煤系高嶺土為原料制備的多孔質(zhì)燒成品，通過(guò)對(duì)燒成品的比表面積、細(xì)孔容積、細(xì)孔徑分布及水蒸氣吸附量的測(cè)定，評(píng)價(jià)了其調(diào)濕特性。古緒鵬利用氧化鈣和含結(jié)晶水的無(wú)機(jī)鹽在一定條件下能形成穩(wěn)定的不溶、透氣性好的薄層等特點(diǎn)，探索研制了一種低成本，能自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，且耐濕擦性好的內(nèi)墻涂料。

總而言之，國(guó)內(nèi)對(duì)于被動(dòng)式綠色調(diào)濕材料的研究及產(chǎn)品都尚未成熟。由于目前國(guó)內(nèi)相關(guān)調(diào)濕產(chǎn)品尚處于初開(kāi)發(fā)階段，研發(fā)出的調(diào)濕產(chǎn)品還存在許多問(wèn)題，有機(jī)調(diào)濕材料雖然吸濕量大，吸濕速度快，但放濕量小，放濕速度慢；蒙脫土具有天然的多孔和層狀結(jié)構(gòu)，作為濕度調(diào)節(jié)劑，濕容量較?。荒承┬滦偷恼{(diào)濕材料雖然調(diào)濕性能較好，但具有制造工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本較高等缺點(diǎn)。迄今為止，未見(jiàn)價(jià)格適中、性能良好的調(diào)濕材料產(chǎn)品推出，且完整的吸、放濕理論的研究和科學(xué)系統(tǒng)調(diào)濕材料性能評(píng)價(jià)體系的建立尚待完善。

3 調(diào)濕功能陶瓷的發(fā)展趨勢(shì)

在我國(guó)工業(yè)、建筑、交通和生活四大節(jié)能產(chǎn)業(yè)中，建筑節(jié)能被視為熱度最高的領(lǐng)域，是減輕環(huán)境污染、改善城市環(huán)境質(zhì)量的一項(xiàng)最直接、最廉價(jià)的措施。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進(jìn)程的加快，以及社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的逐步展開(kāi)，每年竣工的房屋建筑面積約為20億m2。預(yù)計(jì)到2020年底，全國(guó)房屋建筑面積將新增250億～300億m2 [8]，也就是說(shuō)，中國(guó)正以前所未有的規(guī)模和速度建造高耗能建筑，這些高耗能建筑將在近百年的時(shí)間內(nèi)大量消耗我國(guó)寶貴而稀缺的能源。但是到目前為止，大部分建筑物都不節(jié)能，因此，開(kāi)發(fā)出具有節(jié)約土地、能源、淡水、礦產(chǎn)資源的產(chǎn)品將是目前大家關(guān)注的課題。

建筑用能包括建造能耗和使用能耗兩個(gè)方面。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)總能耗中建筑能耗占30%左右（工業(yè)能耗占60%，交通能耗占10%）。其中，空調(diào)能耗占建筑能耗的50%～60%，照明能耗占建筑能耗的20%～30%。如果延續(xù)目前的建筑能耗狀況，預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)建筑業(yè)每年將消耗1.2萬(wàn)億度電和4.1億噸煤，接近目前全國(guó)能耗的3倍，加上建筑能耗所占比例（16.7%），建筑建材能耗約占全社會(huì)總能耗的46.7%。因此，降低建筑材料的總體生產(chǎn)能耗，提高墻體材料的被動(dòng)調(diào)濕等綠色環(huán)保性能迫在眉睫。因此，將建筑物墻體作為主要的研究對(duì)象，無(wú)論是在潮濕的春季還是在干熱的夏季，將具有調(diào)濕功能的建筑陶瓷材料作為墻體或者貼附于墻體的內(nèi)、外表面，利用其自身的調(diào)濕特性能延緩空調(diào)或者除濕機(jī)的開(kāi)啟頻率、減少設(shè)備初投資與運(yùn)行費(fèi)用，具有明顯的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，該材料也具有非常廣泛的市場(chǎng)前景，值得大力推廣。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著材料不斷向著高性能化、功能化、智能化、生態(tài)化的方向發(fā)展，現(xiàn)代建筑技術(shù)既要求建筑材料本身具有安全、輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久等特征，又要求建筑材料在制備、使用與廢棄等過(guò)程中對(duì)環(huán)境負(fù)荷小，對(duì)資源、能源消耗少。所以，能開(kāi)發(fā)出具有自清潔、自調(diào)濕、自調(diào)溫、吸波等功能的生態(tài)建材對(duì)改善人類(lèi)生活環(huán)境、促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

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