王振南（鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，河南　鄭州　451100）

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建筑節(jié)能新技術(shù)在工民建中的應(yīng)用研究

王振南
（鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，河南鄭州451100）

摘要：工業(yè)與民用建筑是建設(shè)施工量最大、數(shù)量最多的建筑物，開展對(duì)其建筑節(jié)能方面的研究具有重要意義.本文針對(duì)建筑節(jié)能新技術(shù)展開論述，從節(jié)能建材新技術(shù)和太陽(yáng)能應(yīng)用新技術(shù)兩方面對(duì)節(jié)能減排技術(shù)在工民建中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究，為建筑節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用和推廣提供技術(shù)支撐.

關(guān)鍵詞：工民建；建筑節(jié)能新技術(shù)；節(jié)能建材；太陽(yáng)能應(yīng)用

1　引言

我國(guó)的建筑行業(yè)在21世紀(jì)發(fā)展迅速，工業(yè)與民用建筑作為建設(shè)量最大的建筑工程，建筑數(shù)量增長(zhǎng)迅猛.然而隨著工民建數(shù)量的不斷增多，建筑能耗問題也逐漸顯現(xiàn)出弊端.我國(guó)的建筑行業(yè)能耗一直居高不下，數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)現(xiàn)有建筑400多億m2，但其99%屬于高耗能建筑.在節(jié)能減排成為社會(huì)發(fā)展主流的今天，研發(fā)和推廣建筑節(jié)能技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景.

本文對(duì)建筑節(jié)能技術(shù)在工民建中的應(yīng)用進(jìn)行研究，基于物理傳熱學(xué)相關(guān)知識(shí)，探討節(jié)能建材新技術(shù)和太陽(yáng)能應(yīng)用新技術(shù)在建設(shè)施工中的實(shí)際應(yīng)用問題.

2　建材節(jié)能新技術(shù)

工民建的外墻面、門窗和屋頂是熱量傳遞、擴(kuò)散、交換面積最大的建筑構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)建筑的節(jié)能化必須從這三個(gè)部位入手進(jìn)行研究.夏季時(shí)，要減少外界熱量向室內(nèi)的傳遞，達(dá)到室內(nèi)制冷效果；冬季時(shí)，要減少熱量向外傳遞，達(dá)到室內(nèi)保溫的目的.建筑材料的制造、選擇和使用是減少室內(nèi)外熱量交換的重要途徑，通過建材與屋面的緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo).

2.1新型墻體砌塊材料

新型墻體砌塊材料使用空心加氣砲塊，砲塊熱介質(zhì)被中間的空氣隔斷，顯著降低了熱量傳遞性能，減少室內(nèi)外熱流通交換量，保溫性能良好.此外，制造砌塊材料的原材料來(lái)源多是以廢棄混凝土為骨料，水泥粉煤灰等為添加劑而制成，充分利用了建筑垃圾和生產(chǎn)廢棄物，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗、資源循環(huán)利用目的.

再生混凝土空心砲塊是新型節(jié)能墻體砌塊材料的典型代表，應(yīng)用廣泛.它以混凝土為再生骨料，加入粉煤灰、礦渣、砂石、冶煉渣、硅酸鹽水泥等制成，中空加氣.不僅具有墻體材料應(yīng)有的強(qiáng)度，抗震抗裂，具有良好的保溫隔熱效果，重量輕易于運(yùn)輸和施工，還可以起到建筑廢料充分回收利用、解決建筑垃圾污染破壞環(huán)境的突出問題.表1為某再生混凝土空心砲塊的具體參數(shù)[1].

表1　再生混凝土空心砲塊性能參數(shù)

以廢棄混凝土塊制造的再生混凝土空心砲塊墻體材料，比市場(chǎng)上天然骨料的原料價(jià)格要低20～30元/m3，加上所使用的其它材料如粉煤灰、礦渣、水泥等，使得混凝土空心砲塊的整體造價(jià)要比一般的空心砲塊低10%～20%左右，顯著降低了建筑成本.此外，混凝土空心砲塊由于中間填充了空氣，降低了整體的導(dǎo)熱系數(shù)，降低了熱量傳遞，再加上混凝土加氣性優(yōu)于天然骨料，使得混凝土空心砲塊的隔熱保溫性能顯著優(yōu)于一般空心砲塊.應(yīng)用于墻體材料時(shí)，由于自重較輕，減少了對(duì)墻體的壓力，外墻可以進(jìn)行其它的美化加工，為墻體的觀賞性施工提供空間.

2.2高效節(jié)能窗

外墻面上的窗戶是工民建筑物中大面積傳熱構(gòu)件，占據(jù)墻面相當(dāng)大的比例.窗戶的采光要求導(dǎo)致窗戶材質(zhì)的選擇受到很大限制，基本上只能用玻璃，因此只能改變玻璃的制作工藝，制造出符合要求的節(jié)能窗.類似于空心砲塊的制造技術(shù)思想，在玻璃中添加氣體進(jìn)行填充，利用氣體的隔熱性能實(shí)現(xiàn)玻璃的保溫隔熱效果，這就是基于中空玻璃的高效節(jié)能窗.

高效節(jié)能窗是雙層玻璃的一種，兩層玻璃中間裝有透明隔熱層，透明層使用BOPET簿膜若干層進(jìn)行分布，將分隔層空間進(jìn)行等距排列支撐，周邊密封粘結(jié)，形成“玻璃—BOPET薄膜層—玻璃”的干燥氣體夾層玻璃.該節(jié)能窗具有優(yōu)良的隔熱保溫效果，以圖1為圖示進(jìn)行分析：

圖1　高效節(jié)能窗雙層玻璃導(dǎo)熱示意圖

如圖1所示，雙層窗內(nèi)層玻璃的外側(cè)溫度為Ta，外層玻璃的內(nèi)側(cè)溫度為Tb，玻璃導(dǎo)熱系數(shù)為k1，空氣導(dǎo)熱系數(shù)為k2，則單位時(shí)間單位面積的熱量傳導(dǎo)為：

對(duì)于一般厚度為2d的單層玻璃，其熱量傳導(dǎo)為：

通過兩者的比較，可知制作雙層玻璃雖然工藝復(fù)雜會(huì)增加一些費(fèi)用，但它減少的熱量損失相當(dāng)可觀，當(dāng)建筑要求L/d=4時(shí)，雙層玻璃比同樣多的玻璃材料制成的單層玻璃節(jié)約熱量97%左右.主要是雙層玻璃間的干燥氣體層導(dǎo)熱系數(shù)較玻璃層小一個(gè)數(shù)量級(jí)（某些惰性氣體的導(dǎo)熱系數(shù)更低），顯著降低了熱量傳導(dǎo)量，達(dá)到阻隔傳熱的目的.

2.3屋頂綠化技術(shù)

屋頂同樣是建筑物外部很大的傳熱平面，屋頂綠化技術(shù)成為人們逐漸應(yīng)用的節(jié)能減排方式[2].屋頂面除了具有支撐防水等基本功能外，現(xiàn)代化節(jié)能技術(shù)又賦予了屋頂面新的功能，即以綠化方式營(yíng)造全新的屋頂整體環(huán)境效果.由綠色植物在屋頂面構(gòu)筑綠色空間，借助于綠色植物能夠改善環(huán)境的天然特性，不僅降低熱量在屋頂?shù)膫鬟f，又可以加快室內(nèi)氣體的流通交換，改善氣體環(huán)境.

屋頂綠化技術(shù)的植草水泥以火山巖菜為骨料，配合一定的添加劑，調(diào)和硅酸鹽水泥，混合草種后成型種植.火山巖衆(zhòng)骨料內(nèi)含植物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分，骨料質(zhì)輕多孔，孔隙率高，氣體流通順暢，還可保持水土和營(yíng)養(yǎng)，有利于種子的生長(zhǎng).植草水泥通過灌溉護(hù)理，兩三周便可長(zhǎng)成一片綠蔭，種子成活率高，四季常青，全年綠化期可達(dá)十個(gè)月以上，青草壽命可達(dá)7～10年左右.此外，由于草坪草根深在混凝土縫隙中深藏，外部載荷對(duì)其影響較小，可以承受巨大的壓力而不損壞.

植草水泥在綠地廣場(chǎng)或屋頂?shù)膽?yīng)用逐漸廣泛，屋頂綠化技術(shù)的節(jié)能減排優(yōu)勢(shì)也逐漸顯現(xiàn)出來(lái).根據(jù)測(cè)試結(jié)果，使用了屋頂綠化技術(shù)后室內(nèi)氣溫普遍降低3-5攝氏度，空氣的流通量增加也較為明顯，PM2.5等顆粒物也有一定程度的降低.屋頂綠化技術(shù)可以在夏季降低空調(diào)的使用率，顯著節(jié)約能源.由于新型植草水泥不需要在建筑物屋頂堆積土壤，所以它不僅可以綠化屋頂，還可以在建筑垂直立面上進(jìn)行鋪設(shè)，這樣就增加了建筑物綠化效果的立體感，增強(qiáng)外墻的保溫隔熱效果，顯著改善室內(nèi)空氣流通環(huán)境，營(yíng)造全方位的綠色氛圍.

3　太陽(yáng)能應(yīng)用新技術(shù)

太陽(yáng)能作為一種可再生資源，取之不盡用之不竭，大力開發(fā)太陽(yáng)能資源對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排具有重大意義.被動(dòng)式采暖、窗的集熱采光和屋面太陽(yáng)能利用是工民建太陽(yáng)能利用的主要方面.工民建施工過程中，合理反射幕墻光線，將自然光引進(jìn)室內(nèi)，有效利用自然光線的柔和特征，不僅可以減輕陽(yáng)光直射的傷害，又可以降低照明用電帶來(lái)的費(fèi)用.工民建的屋頂可以架設(shè)太陽(yáng)能熱水器，進(jìn)行集熱供暖，窗戶可以配合太陽(yáng)光的入射方向，選擇引入光線和阻擋光線，靈活利用自然光.通常，工民建筑物要同時(shí)考慮保溫隔熱、通風(fēng)換氣和遮陽(yáng)等因素，因此夏季要有適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行遮陽(yáng)，并借助建筑物結(jié)構(gòu)自行降溫和通風(fēng)；冬季可以很好的采光，提高室內(nèi)溫度，降低空氣相對(duì)濕度.

3.1被動(dòng)式采暖

利用冬季太陽(yáng)直射南半球，太陽(yáng)高度角低的特點(diǎn)，通過建筑自身的構(gòu)架特點(diǎn)收集光線、儲(chǔ)存熱量和向室內(nèi)空間釋放熱量的一整套采暖系統(tǒng)稱為被動(dòng)太陽(yáng)能采暖.該方法在建設(shè)中就將太陽(yáng)能的利用考慮在內(nèi)，使得房屋建設(shè)和太陽(yáng)能利用有機(jī)結(jié)合，具有顯著的節(jié)能效益.依照獲取太陽(yáng)能方式的不同，被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)可分為直接受益式、間接附加式和Trombe Wall式三種[3].

直接受益式是指室內(nèi)構(gòu)件將透過窗戶進(jìn)入房間的太陽(yáng)光進(jìn)行吸收，當(dāng)室內(nèi)氣溫低于構(gòu)件時(shí)，這些構(gòu)件就將吸收的熱量釋放出來(lái)，利用熱輻射使整個(gè)房間的溫度上升，達(dá)到采暖效果.室內(nèi)的地板、墻面和家具等都是吸收熱量的構(gòu)件，這種方法無(wú)需額外設(shè)施就可以完成熱量的收集和釋放.該方式構(gòu)造簡(jiǎn)單，房間升溫較快，投資少管理方便，易于推廣和應(yīng)用.

間接附加式是在建筑南側(cè)附加陽(yáng)光間，陽(yáng)光間南側(cè)安裝大面積玻璃來(lái)收集太陽(yáng)光，利用太陽(yáng)能對(duì)陽(yáng)光間的空氣進(jìn)行加熱，陽(yáng)光間的熱量通過通風(fēng)口傳遞到相鄰房間，從而達(dá)到熱交換傳遞采暖的目的.陽(yáng)光間作為收集和散布熱量的中轉(zhuǎn)站，對(duì)熱量進(jìn)行緩沖處理.夜晚可以關(guān)閉通風(fēng)口來(lái)切斷熱量交換，從而減小室溫的波動(dòng).除了捕獲熱量外，陽(yáng)光間還可以種植花草，供人們活動(dòng)使用.

Trombe Wall式，Trombe Wall是一種利用建筑物外部圍護(hù)對(duì)熱量的吸收貯存來(lái)進(jìn)行采暖的方式.該方式使用涂有深色涂層的墻面作為向陽(yáng)集熱面，吸收太陽(yáng)光的熱量并減少輻射散失熱，白天吸收熱量，夜晚時(shí)放出熱量，從而達(dá)到溫度調(diào)節(jié)作用.白天陽(yáng)光照射時(shí)，集熱外墻面外玻璃或塑料薄片間的空氣層被加熱，通過通風(fēng)口將熱量從集熱墻頂部流向室內(nèi)進(jìn)行供暖；夜晚時(shí)集熱墻體內(nèi)部存貯的熱量通過通風(fēng)口進(jìn)入室內(nèi)，開始釋放熱量對(duì)室內(nèi)進(jìn)行供暖.

3.2窗的集熱采光

窗戶是收集太陽(yáng)光的重要部件，短波輻射作為高溫輻射源可以透過玻璃射入室內(nèi)，熱量在室內(nèi)通過各種設(shè)施的吸收從而成為新的低溫?zé)嵩?低溫?zé)嵩瘁尫懦龅拈L(zhǎng)波輻射不能穿透玻璃而被阻擋在室內(nèi)，使室內(nèi)氣溫不斷上升，因此實(shí)現(xiàn)了保溫功能.窗的集熱采光方式分為直接受益窗和雙層玻璃加百葉窗兩種[4].

直接受益方式不需要額外的集熱設(shè)施，構(gòu)造方式簡(jiǎn)單易于實(shí)施，與建筑物結(jié)構(gòu)相似，施工建設(shè)靈活方便.落地窗模式是將門與陽(yáng)臺(tái)向南面的窗戶改為一體化的落地窗，增大透熱的面積，淺陽(yáng)臺(tái)可以使房間充分接收到太陽(yáng)輻射而直接得到熱量.低窗臺(tái)模式的設(shè)置是將窗臺(tái)、窗戶、上檐的空間圍合，立面造型豐富，結(jié)構(gòu)設(shè)置簡(jiǎn)單.冬季可以將更多的輻射引入室內(nèi)，夏季可以利用上檐將強(qiáng)烈的太陽(yáng)輻射遮擋在室外.

雙層玻璃加百葉窗方式是在雙層玻璃中間增設(shè)威尼斯窗鏡，該鏡是弧形反射鏡，可以有效聚集太陽(yáng)光，提高太陽(yáng)能的收集率.玻璃外安裝了百葉窗，可以靈活調(diào)節(jié)角度，冬季可以反射引入需要的陽(yáng)光，夏季可以反射陽(yáng)光到室外.此外，百葉寬度為百葉間距的2倍，以保證采光效果.

3.3屋面集熱

屋面集熱系統(tǒng)可以緊貼在屋頂上，還可以選擇架空安置，不影響建筑物的側(cè)立面.屋頂面日照條件好，接收到的太陽(yáng)光照持續(xù)且穩(wěn)定，不容易受到周圍環(huán)境遮擋影響，這為屋面集熱提供特有的優(yōu)勢(shì).如今，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)已經(jīng)走進(jìn)千家萬(wàn)戶，在農(nóng)村地區(qū)也發(fā)展迅速，成為太陽(yáng)能技術(shù)應(yīng)用最成功的途徑.

圖2　太陽(yáng)能集熱器在建筑屋面上的安裝示意圖

如圖2所示，表示太陽(yáng)能集熱器安裝在具有一定坡度的建筑屋面上的情況.分為結(jié)構(gòu)層、防水層、保溫層、集熱器、熱風(fēng)通道、采光保溫蓋板幾層組成.該方式是在有防水處理的屋面上鋪設(shè)具有防滲功能的隔熱保溫層，其上再安裝太陽(yáng)能集熱器的集熱部件，頂部架設(shè)采光保溫蓋板.

這種安裝方式利用了整體集熱器的大面積吸熱特點(diǎn)，降低了成本，還提高了屋面面積利用率，提高了單位面積發(fā)熱量，降低了后期維護(hù)頻次和難度.太陽(yáng)能與工民建筑物的一體化設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，需要兼顧和協(xié)調(diào)的關(guān)鍵點(diǎn)較多.首先，建筑外觀設(shè)計(jì)和太陽(yáng)能集熱器的搭配要符合建筑學(xué)美學(xué)原則，太陽(yáng)能系統(tǒng)的嵌入不能顯得過分生硬，使系統(tǒng)與建筑美觀協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，達(dá)到真正的一體化；然后太陽(yáng)能系統(tǒng)與建筑物的一體化不僅局限于屋頂面，還可以將其擴(kuò)展到整個(gè)建筑外表面，在墻面、窗戶以及陽(yáng)臺(tái)等可以接收到陽(yáng)光照射的地方.

4　結(jié)語(yǔ)

節(jié)能建材新技術(shù)和太陽(yáng)能應(yīng)用新技術(shù)作為最主要的建筑節(jié)能新技術(shù)，在工民建施工建設(shè)中應(yīng)該得到大力的推廣和應(yīng)用.在不同地區(qū)的實(shí)際應(yīng)用中，要結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境特征，使節(jié)能技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)和施工建設(shè)有機(jī)結(jié)合，并不斷創(chuàng)新出富有地域特色的節(jié)能技術(shù)，研發(fā)和應(yīng)用新型節(jié)能建筑材料和工藝，適應(yīng)科技進(jìn)步和時(shí)代發(fā)展的潮流，推動(dòng)建筑節(jié)能減排事業(yè)不斷向前發(fā)展.

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：2015-11-30

中圖分類號(hào)：TU201.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-260X（2016）01-0091-03