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        稻草板應(yīng)用于屋頂?shù)墓?jié)能減排分析

        2018-08-16 01:18:36何志強(qiáng)
        山西建筑 2018年20期
        關(guān)鍵詞:隔熱板石棉珍珠巖

        趙 攀 何志強(qiáng)

        (東北林業(yè)大學(xué),黑龍江 哈爾濱 150036)

        1 稻草板綜述

        目前,我們國(guó)家特別重視對(duì)新型建筑材料的推廣和應(yīng)用,這也使得新型建筑材料不斷產(chǎn)生和發(fā)展。稻草板這種新型建筑材料最早出現(xiàn)于第一次世界大戰(zhàn)期間,經(jīng)由瑞典向各個(gè)國(guó)家不斷發(fā)展[1]。它是以農(nóng)民種植水稻產(chǎn)生的廢棄稻草或是麥草為原料,通過加熱擠壓成型,外面再包裹上一層保護(hù)面紙而構(gòu)成[2]。這樣一來,一方面能把廢棄的稻草或麥草利用起來,減少了之前人們將它作為傳統(tǒng)燃料而產(chǎn)生的各種有害氣體,降低了這種傳統(tǒng)燃料對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的有害影響。另一方面,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),稻草板與傳統(tǒng)的建筑材料比如膨脹珍珠巖,石棉隔熱板等相比,具有很好的優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)主要在于:首先,稻草板保溫隔熱性能良好,其導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.108 W/(m·K),蓄熱系數(shù)僅為2.33 W/(m2·K)。可以考慮將其代替?zhèn)鹘y(tǒng)的建筑保溫材料。其次,稻草板還具有良好的隔音和減震性能,其隔音效果是普通建材的5倍。如果經(jīng)過特殊處理,還可以實(shí)現(xiàn)阻燃,防水的功能。另外,如果用稻草板作為主要的建筑材料和鋼結(jié)構(gòu)混合,建造出來的房屋重量?jī)H為傳統(tǒng)房屋的30%[3]。很大程度上減小了建筑的重量。但是,稻草板在我國(guó)目前發(fā)展還不是特別迅速,一方面與市場(chǎng)有關(guān),另一方面與技術(shù)有很大關(guān)系。我國(guó)對(duì)于稻草板的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,而且沒有掌握工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)的關(guān)鍵[4]。不過隨著我國(guó)綜合實(shí)力的提升,這些難題也逐漸會(huì)被一一克服。稻草板市場(chǎng)化的發(fā)展情況總的來說還是非常可觀的。

        綜上所述,稻草板制作原料屬于可再生能源,對(duì)環(huán)境無(wú)污染,避免了珍珠巖,石棉等傳統(tǒng)保溫材料對(duì)環(huán)境的破壞,而且具有制作成本低,原料容易獲取,加工方便,對(duì)環(huán)境無(wú)污染,容易降解的特點(diǎn)。充分利用了資源,避免了能源不必要的浪費(fèi)。

        2 稻草板應(yīng)用于屋頂?shù)墓?jié)能減排效果

        2.1 節(jié)能減排分析的思路及方法

        由于稻草板具有上述優(yōu)點(diǎn),初步設(shè)想可以將其作為建筑屋頂?shù)谋貙硬牧?,替換掉之前所用的傳統(tǒng)建筑材料膨脹珍珠巖、水泥隔熱板等。從傳熱學(xué)基本理論著手,分析計(jì)算采用稻草板作為保溫層材料后,與傳統(tǒng)建筑材料膨脹珍珠巖,水泥隔熱板相比,可以減小冬季采暖熱負(fù)荷的程度,從而計(jì)算出其能減少多少采暖耗煤量,進(jìn)而將這些節(jié)約的耗煤量換算成可以少排放多少二氧化碳,二氧化硫,氮氧化物等有害氣體。最后再對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地經(jīng)濟(jì)分析,研究其是否能推廣到實(shí)際應(yīng)用中去。這就是本文對(duì)稻草板應(yīng)用于屋頂后節(jié)能減排效果計(jì)算分析的大致思路和方法。

        2.2 節(jié)能減排分析的具體計(jì)算過程

        2.2.1基本條件及參數(shù)

        下面對(duì)用稻草板材料代替了傳統(tǒng)保溫層材料膨脹珍珠巖,石棉隔熱板所產(chǎn)生的節(jié)能減排效果進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析說明。

        基本條件及參數(shù)見表1。

        表1 幾種保溫層材料的熱物理性能計(jì)算參數(shù)

        除保溫層外,屋頂?shù)钠渌鲗咏Y(jié)構(gòu)分別為屋面、防水層、找坡層、結(jié)構(gòu)層。各層所用的材料及厚度等參數(shù)如表2所示。

        表2 屋蓋其他各層材料的熱物理性能計(jì)算參數(shù)

        屋蓋內(nèi)表面換熱系數(shù)αi=8.72 W/(m2·K),傳熱熱阻RI=0.11 (m2·K)/W。屋蓋外表面換熱系數(shù)αi=23.26 W/(m2·K),傳熱熱阻RI=0.04 (m2·K)/W。

        2.2.2具體計(jì)算分析過程

        1)首先分別計(jì)算出使用不同保溫層材料屋蓋的傳熱系數(shù)。

        對(duì)于膨脹珍珠巖,計(jì)算其傳熱系數(shù)為:

        1.410 W/(m2·K) 。

        對(duì)于石棉隔熱板,計(jì)算其傳熱系數(shù)為:

        1.172 W/(m2·K) 。

        對(duì)于稻草板,計(jì)算其傳熱系數(shù)為:

        0.967 W/(m2·K) 。

        2)根據(jù)上述算出的傳熱系數(shù)計(jì)算其節(jié)能效果。

        根據(jù)傳熱學(xué)理論計(jì)算公式,每平方米面積屋蓋的熱量損失為:

        q=k(tf1-tf2)。

        其中,tf1為室內(nèi)溫度;tf2為室外環(huán)境溫度(以哈爾濱為例,tf1=20 ℃,tf2=-24.2 ℃)。

        可見,使用稻草板比使用石棉隔熱板,節(jié)約的能源為17.5%,使用稻草板比使用膨脹珍珠巖,節(jié)約的能源為31.4%。

        3)將節(jié)能效果轉(zhuǎn)換為減少的耗煤量。

        供暖耗煤量指標(biāo)qc(kg/m2)標(biāo)準(zhǔn)煤,可按下式計(jì)算:

        qc=24zq/Hcη1η2。

        其中,z為供暖期的天數(shù),d(以哈爾濱為例,z=176 d);Hc為標(biāo)準(zhǔn)熱值,Hc=8.14×103W·h/kg;η1為室外熱網(wǎng)的輸送效率,采取節(jié)能措施后,η1=0.90;η2為鍋爐運(yùn)行效率,采取節(jié)能措施后,η2=0.58。

        由上述公式計(jì)算得出,稻草板與石棉隔熱板相比,每個(gè)采暖期內(nèi)(以哈爾濱為例)節(jié)約的耗煤量為:

        Δqc=24zΔq/Hcη1η2=

        24×176×9.061/8 140×0.9×0.58=9.010 kg/m2。

        稻草板與膨脹珍珠巖相比,每個(gè)采暖期內(nèi)(以哈爾濱為例)節(jié)約的耗煤量為:

        Δqc=24zΔq/Hcη1η2=

        24×176×19.581/8 140×0.9×0.58=19.465 kg/m2。

        4)將節(jié)約的耗煤量轉(zhuǎn)化為減少排放的有害氣體的量。

        已知:每燃燒1 kg/m2標(biāo)準(zhǔn)煤,就會(huì)向大氣排放CO22.62 kg,SO20.008 5 kg,NOX0.014 8 kg。所以可根據(jù)上述計(jì)算出的節(jié)約耗煤量算出減少排放的有害氣體的量。稻草板與石棉隔熱板相比,每個(gè)采暖期內(nèi)(以哈爾濱為例)減少排放有害氣體的量為:少排放CO223.61 kg,少排放SO20.076 6 kg,少排放NOX0.133 4 kg。稻草板與膨脹珍珠巖相比,每個(gè)采暖期內(nèi)(以哈爾濱為例)減少排放有害氣體的量為:少排放CO250.98 kg,少排放SO20.165 2 kg,少排放NOX0.288 1 kg。

        2.3 經(jīng)濟(jì)性分析

        以哈爾濱為例,每1 kg/m2標(biāo)準(zhǔn)煤的價(jià)格按市場(chǎng)價(jià)0.5元計(jì)算,并且稻草板每平方米價(jià)格為33元,膨脹珍珠巖每平方米價(jià)格55元,石棉隔熱板每平方米價(jià)格44元(根據(jù)實(shí)際情況不同,上述數(shù)據(jù)可能會(huì)有變動(dòng))。稻草板與石棉隔熱板相比,每平方米面積屋蓋能節(jié)省4.51元標(biāo)準(zhǔn)煤費(fèi)用,11元材料費(fèi)用。稻草板與膨脹珍珠巖相比,每平方米面積屋蓋能節(jié)省9.73元標(biāo)準(zhǔn)煤費(fèi)用,22元材料費(fèi)用。

        3 稻草板的發(fā)展前景

        我們都知道,中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó),每年種植的水稻產(chǎn)生的稻草能達(dá)到好幾億噸。這些稻草往往被農(nóng)民當(dāng)成燃料來燒,這種做法不僅不經(jīng)濟(jì),而且會(huì)對(duì)環(huán)境造成很大的危害,不符合當(dāng)代節(jié)能減排的發(fā)展理念。然而稻草板的提出,為稻草的利用提供了一個(gè)很好的發(fā)展方向。以北方城市哈爾濱為例,哈爾濱周邊的農(nóng)村其大部分建筑仍是以傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)為主,用的是實(shí)心粘土磚,這種材料一方面對(duì)環(huán)境有比較大的危害,另一方面在像嚴(yán)寒地區(qū)哈爾濱這樣的城市來說,冬季采暖能耗大。所以如何改造既有建筑已經(jīng)成為大部分農(nóng)村所面臨的最主要的問題[5]。通過本文上述對(duì)稻草板應(yīng)用于屋頂?shù)墓?jié)能減排分析研究結(jié)果來看,用稻草板代替?zhèn)鹘y(tǒng)建筑材料還是有很大優(yōu)勢(shì)的??梢钥紤]將其在北方農(nóng)村一些城市開展試用。

        4 結(jié)語(yǔ)

        稻草板確實(shí)是一種相對(duì)來說比較好的建筑材料,其各種優(yōu)勢(shì)比較突出,并且符合當(dāng)代節(jié)能減排的發(fā)展理念。可是由于種種原因,稻草板還沒有在我國(guó)廣泛應(yīng)用開來。希望越來越多的研究者能在此方面做出更進(jìn)一步的研究,早一點(diǎn)讓我們?cè)诮ㄖ姓业降静莅宓纳碛啊?/p>

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