邵飛翔
中鐵十五局集團(tuán)第四工程有限公司 河南 鄭州 450000
能源競爭是當(dāng)前各國競爭的焦點(diǎn),隨著工業(yè)化進(jìn)程不斷推進(jìn),能源緊張問題不斷突顯,為了緩解能源緊張問題,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo),各國都積極研究新的科學(xué)技術(shù)[1]。在土建工程領(lǐng)域,節(jié)能技術(shù)的研究非?;馃?,新技術(shù)的誕生和應(yīng)用必然能夠引發(fā)建筑行業(yè)發(fā)生新一輪的變革,從而推動(dòng)整個(gè)社會(huì)發(fā)展變革。在土建施工中應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)較多,想要了解相關(guān)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)需要結(jié)合具體的施工內(nèi)容和技術(shù)控制要點(diǎn)進(jìn)行綜合分析。
建筑行業(yè)能耗和污染相對較大,實(shí)現(xiàn)建筑土建節(jié)能降耗對于建筑行業(yè)發(fā)展而言意義深遠(yuǎn)。節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用能夠有效地減少施工污染和施工能耗,提升資源的利用效率,緩解建筑能源緊張問題,同時(shí)推動(dòng)環(huán)境保護(hù)工作有序進(jìn)行[2]。本章分析了節(jié)能施工技術(shù)對于建筑土建工程發(fā)展的現(xiàn)實(shí)意義。
建筑行業(yè)發(fā)展快速,這意味著建筑資源消耗量越來越大,在能源緊張的今天,提升資源的利用率非常重要。施工技術(shù)節(jié)能主要包括三個(gè)主要方向,一是減少技術(shù)本身的能源消耗,二是精簡施工過程實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗,三是通過改進(jìn)施工方法減少資源的投入[3]。無論從何種方向入手實(shí)現(xiàn)技術(shù)節(jié)能都能夠提升建筑資源的利用率。建筑能耗主要集中在材料和電能方面,施工材料的生產(chǎn)、使用和處理,施工機(jī)械耗電等通過直接會(huì)見解的方式消耗著巨大的能源,從而導(dǎo)致環(huán)境污染和溫室效應(yīng),人們意識(shí)到建筑行業(yè)對整個(gè)環(huán)境造成的影響后,認(rèn)識(shí)到施工技術(shù)優(yōu)化的重要性,所以國家通過一些利的優(yōu)惠措施鼓勵(lì)企業(yè)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新,旨在通過技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo),從現(xiàn)實(shí)效果來看,能源的利用率得到了有效的提升。
土建施工帶來的無污染問題較為突出,節(jié)能施工技術(shù)不僅能夠節(jié)能降耗,而且也能減少施工污染。節(jié)能施工技術(shù)的核心是減少能源消耗,而大部分污染都是能源轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)的,施工消耗能源減少意味著污染物總量減少,施工對于周圍環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響降低。目前行業(yè)在研究節(jié)能技術(shù)過程中都將減少污染作為關(guān)鍵性的指標(biāo),例如對混凝土組分進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),往往會(huì)加入一些輔助性的物質(zhì),這些物質(zhì)的作用是提升混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,同時(shí)減少主要污染物質(zhì)的應(yīng)用。隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展,人們將會(huì)研究出更多能夠解決施工污染問題的方法,通過這些方法進(jìn)一步降低施工污染問題[4]。由此可見,節(jié)能施工技術(shù)的研究和改進(jìn)對于環(huán)境保護(hù)工作的推進(jìn)發(fā)揮著重要的意義。
節(jié)約能源意味著能源需求降低,施工投入的資源減少,在施工目標(biāo)不變的前提下,控制能源投入量是降低施工成本的重要方法。節(jié)能技術(shù)的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)最遠(yuǎn)最大化利用的目標(biāo),對于施工單位而言,應(yīng)用節(jié)能技術(shù)能夠使有限的施工資源被高效地利用,這不僅能夠保障施工質(zhì)量,而且也能提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在實(shí)際施工過程中,能源浪費(fèi)問題也很突出,能源浪費(fèi)反映的是施工單位能源利用效率低,因此在同樣的施工項(xiàng)目中不同施工單位投入的成本存在差異,圍繞著施工資源消減為目標(biāo)的技術(shù)優(yōu)化理念是不僅對于實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能發(fā)揮著關(guān)鍵的作用,而且對于降低企業(yè)成本、提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益也發(fā)揮著極為重要的作用[5]。企業(yè)成本投入降低后就能將更多資源應(yīng)用于技術(shù)研發(fā)工作中,從而推動(dòng)技術(shù)研發(fā)工作進(jìn)行,而新技術(shù)的應(yīng)又能提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益,因此形成了循環(huán)式的發(fā)展模式。
目前我國建筑土建施工節(jié)能技術(shù)處于發(fā)展階段,從行業(yè)研究的方向來看,主要集中在材料、設(shè)備和方法方面[6]。如果從節(jié)能效果來看,從多個(gè)角度入手設(shè)計(jì)節(jié)能技術(shù)是理想的發(fā)展思路,因?yàn)樯婕暗降母鱾€(gè)施工環(huán)節(jié)都可能產(chǎn)生能耗,想要最大限度實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗,應(yīng)從每個(gè)環(huán)節(jié)入手,在有限地條件下實(shí)現(xiàn)對能耗的控制,同時(shí)有效的利用自然能源,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。本章研究了建筑土建節(jié)能施工技術(shù)的具體應(yīng)用。
溫度變化幅度過大帶來的直接結(jié)果是電能消耗增加,而建筑內(nèi)部溫度變化情況與建筑墻體隔熱性能有著直接的關(guān)系[7]。例如,傳統(tǒng)的磚體隔熱效果差異,建筑內(nèi)外溫度差較大的情況下溫度交換速度非???,在自然的狀態(tài)下建筑內(nèi)部夏季炎熱、動(dòng)機(jī)寒冷,而混凝土結(jié)構(gòu)的墻體隔熱效果要高于磚體。目前建筑墻體保溫主要從兩個(gè)方向入手。一是墻體材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化,墻體結(jié)構(gòu)是影響溫度交換速度的主要因素,溫度在多個(gè)介質(zhì)中進(jìn)行流動(dòng)時(shí)速度會(huì)被減緩,根據(jù)這一規(guī)律人們研究出了空心磚材料,這種材料內(nèi)部被空氣填滿,建筑內(nèi)外溫度交換時(shí)需要經(jīng)過固體、氣體、固體等介質(zhì),溫度交換的速度被有效的降低。二是通過外墻保溫材料實(shí)現(xiàn)對建筑內(nèi)溫度的控制,這種方法是目前使用最為廣泛,市場上的外墻保溫材料數(shù)量非常多,例如保溫板材料,保溫涂料等,如果想要增強(qiáng)建筑保溫性能,可以通過優(yōu)化墻體結(jié)構(gòu)和使用多種保溫材料的方法實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。建筑內(nèi)部溫度保持足夠的穩(wěn)定性,在溫度控制方面需要投入的電能總量將會(huì)減少,這對于實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能發(fā)揮著重要意義。
在建筑節(jié)能方面研究人員對于門窗節(jié)能的關(guān)注度非常高,建筑內(nèi)外溫度交換最為頻繁的區(qū)域就是門窗區(qū)域,門窗材料和結(jié)構(gòu)是影響溫度交換效果的重要因素。目前行業(yè)內(nèi)普遍使用習(xí)性的節(jié)能材料實(shí)現(xiàn)門窗節(jié)能目標(biāo),例如使用多層鋼化玻璃不僅能夠起到隔音的效果,而且也能實(shí)現(xiàn)保溫的目標(biāo),與此同時(shí)很多建筑的門窗材料都是新型的高強(qiáng)度隔熱材料,這些材料不僅可以起到良好的支撐效果,而且也能防止延緩建筑溫度交換速度[8]。在門窗節(jié)能技術(shù)中,門窗材料與建筑墻體連接非常關(guān)鍵,連接處處理效果之間關(guān)系到建筑溫度控制效果,目前行業(yè)使用最多的方法是密封處理,借助于密封膠材料處理連接處,密封膠不僅能夠隔離外部的水分,而且也能隔絕外部的空氣。當(dāng)前建筑門窗節(jié)能技術(shù)處于發(fā)展的階段,一些新型的材料在未來將會(huì)被應(yīng)用于門窗節(jié)能中,建筑門窗節(jié)能效果和質(zhì)量也會(huì)得到有效的提升,這對于土建行業(yè)的發(fā)展而言將會(huì)產(chǎn)生十分重要的影響。
土建施工過程中需要大量的水資源,傳統(tǒng)的施工方法浪費(fèi)水資源的問題非常突出,在一些水資源匱乏的區(qū)域開展大型工程施工時(shí)投入的用水成本非常高。研究人員研究出一種能夠循環(huán)利用建筑廢水的技術(shù),這種方法的關(guān)鍵是進(jìn)行水體凈化,施工過程中產(chǎn)生的廢水集中收集到處理裝置中,處理裝置能夠?qū)λw中的固態(tài)顆粒物以及化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行有效凈化,獲得的凈化水能夠被二次利用,水循環(huán)技術(shù)對于減少建筑水工用水有著重要的意義。水資源循環(huán)利用的方法也存在一定的不足,如先產(chǎn)生污染,然后污染進(jìn)行處理,這一過程可能出現(xiàn)二次污染,所以步入在使用過程中進(jìn)行控制,合理和控制水資源的投入量,科學(xué)設(shè)計(jì)水資源的使用方法能夠有效地減少水資源的應(yīng)用。此外,一些土建工程也會(huì)使用經(jīng)過處理后的工業(yè)廢水進(jìn)行施工,這樣能夠使水資源的利用率提升,同時(shí)也解決了缺水地區(qū)用水問題。
土建施工需要應(yīng)用多種機(jī)械設(shè)備,降低機(jī)械設(shè)備能耗也是行業(yè)研究的主要內(nèi)容。在機(jī)械節(jié)能方面,行業(yè)主要從兩個(gè)方向入手,一是使用新的清潔型的能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的污染性能源,二是通過智能化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對能源使用情況的整體控制。清潔型能源主要以氫能為主,但是這種方法目前普及程度并不高,但是很多施工單位使用電動(dòng)能源代替汽油和柴油,這在一定程度上減少了能源消耗。智能化系統(tǒng)控制能源投入的核心是通過計(jì)算機(jī)將各項(xiàng)施工作業(yè)投入的能源計(jì)算出來,通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對各類能源進(jìn)行科學(xué)地分配,從而提升能源的利用率。實(shí)際上想要進(jìn)一步減少機(jī)械設(shè)備能源,研究新能源非常關(guān)鍵,這是時(shí)下零污染的前提,雖然通過公很多方法能夠減少能耗,但是無法實(shí)現(xiàn)真正意義上的零污染。未來階段研究人員應(yīng)該著力于新能源的開發(fā)和利用,通過新能源推動(dòng)土建行業(yè)節(jié)能技術(shù)的創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。
土建節(jié)能技術(shù)的研究對于建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)有著重要的意義,目前我國土建行業(yè)正處于轉(zhuǎn)型的階段,各項(xiàng)節(jié)能技術(shù)不斷出現(xiàn),取得的效果也千差萬別,但是從節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的整體情況來看,能預(yù)測未來一段時(shí)間內(nèi)節(jié)能施工的發(fā)展整體情況,研究這些內(nèi)容對于推動(dòng)土建節(jié)能技術(shù)優(yōu)化和創(chuàng)新有著重要意義。本章對土建節(jié)能施工技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了探究。
通過人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能是未來階段土建施工技術(shù)發(fā)展的重要方法,智能化的優(yōu)勢是計(jì)算機(jī)能夠最大限度利用資源,這是傳統(tǒng)人工控制方法無法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。例如,在焊接鋼筋時(shí),智能化控制技術(shù)能夠精準(zhǔn)地計(jì)算焊接鋼筋所需的電能和焊接材料消耗,智能化系統(tǒng)能夠控制焊接裝置進(jìn)行精準(zhǔn)地焊接,不僅能夠確保焊接的質(zhì)量,而且也能降低焊接能源消耗。但是提升焊接技術(shù)的智能化程度,需要開發(fā)出先進(jìn)的能源消耗算法,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠按照算法的規(guī)則對各項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用過程中產(chǎn)生的能耗進(jìn)行計(jì)算。目前我國很多企業(yè)正逐步引入自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備,這反映了企業(yè)的技術(shù)節(jié)能方面作出了巨大的努力,盡管這些自動(dòng)化技術(shù)在節(jié)能方面的獲得的效果與預(yù)期存在著較大的差異,但是隨著技術(shù)優(yōu)化與創(chuàng)新,這些技術(shù)的節(jié)能效果將會(huì)得到有效的提升?,F(xiàn)階段我國在智能化節(jié)能技術(shù)方面的研究處于落后的地位,特別是機(jī)器算法方面的研究,如果機(jī)器算法的效率較低,將會(huì)影響整個(gè)施工作業(yè)的節(jié)能情況,這也是研究人員在未來階段需要重點(diǎn)突破的方向,如果能夠解決這一問題,那么智能化節(jié)能技術(shù)的節(jié)能效果將會(huì)大大提升。
目前我國土建施工技術(shù)并未形成集成化,但是在一些發(fā)達(dá)的國家中,土建施工全過程通過集成化控制能夠有效地實(shí)現(xiàn)節(jié)能。在實(shí)現(xiàn)集成化方向上,需要解決的核心問題是技術(shù)銜接問題,因?yàn)橥两ㄊ┕ど婕暗募夹g(shù)眾多,很多技術(shù)之間并不存在著有效的聯(lián)系,這是技術(shù)集成面臨的主要問題,從發(fā)達(dá)國家技術(shù)集成的情況來看,通過一個(gè)系統(tǒng)和一套設(shè)備就能完成多項(xiàng)施工作業(yè),這不僅有效節(jié)省了機(jī)械設(shè)備資源,而且能夠最大化利用機(jī)械設(shè)備資源。而我國不僅未能實(shí)現(xiàn)集成化發(fā)展,而且同一施工作業(yè)中往往需要投入許多不同的施工設(shè)備,這對于實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)十分不利。在未來階段技術(shù)研究人員應(yīng)該將研究的重點(diǎn)落在技術(shù)集成方面,一是開發(fā)一個(gè)統(tǒng)一的集成化管理系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行管理,二是對多個(gè)施工環(huán)節(jié)需要應(yīng)用的技術(shù)進(jìn)行簡化,盡可能通過少量的設(shè)備實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。集成化過程中遇到的另一個(gè)問題是集成系統(tǒng)能耗判斷效率問題,因?yàn)槟芎膯栴}是動(dòng)態(tài)變化的,系統(tǒng)獲取能耗數(shù)據(jù)后會(huì)根據(jù)能耗的規(guī)律制定施工方案,但是應(yīng)用新的方案時(shí)能耗可能發(fā)生變化,導(dǎo)致新的方案的應(yīng)用效果變差。
節(jié)能的重要目標(biāo)之一是減少碳的排放,目前很多國家都在積極研究減少碳排放的技術(shù),土建施工技術(shù)在未來階段也會(huì)在減少碳排放方面有所變化。當(dāng)前很多施工技術(shù)應(yīng)用過程中都會(huì)產(chǎn)生碳,如混凝土施工技術(shù),拌制混凝土過程中產(chǎn)生了大量的溫室氣體,而實(shí)現(xiàn)低碳或排放的主要技術(shù)有兩種,一直是應(yīng)用新的材料,二是對溫室氣體進(jìn)行處理,應(yīng)用新材料是最為理想的方法,但是實(shí)際可行性相對較差,而處理溫室氣體是當(dāng)前很多施工單位應(yīng)用的方法,這種方法是通過吸收劑將產(chǎn)生的溫室氣體吸收,減少溫室氣體的排放。未來階段低碳化節(jié)能技術(shù)的關(guān)鍵主要集中在新材料的開發(fā)上,因?yàn)檫@種方法是從根本上解決碳排放的重要一環(huán),研究的重點(diǎn)也必然側(cè)重材料轉(zhuǎn)化過程中繞過溫室氣體產(chǎn)生這一過程。低碳化節(jié)能技術(shù)是土建節(jié)能技術(shù)研究的核心目標(biāo),但是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要很長的路走,這對行業(yè)研究人員提出了巨大的調(diào)整。
總而言之,建筑行業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型必然圍繞著節(jié)能降耗進(jìn)行,建筑企業(yè)應(yīng)意識(shí)到未來階段該行業(yè)發(fā)展的變化,能夠不斷加大節(jié)能施工技術(shù)的研究,進(jìn)一步將建筑施工能耗減少,提升資源利用效率,從而推動(dòng)建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。在實(shí)現(xiàn)技術(shù)節(jié)能過程中,智能化技術(shù)的應(yīng)用非常關(guān)鍵,因?yàn)橹悄芑刂颇軌蚪鉀Q人力計(jì)算機(jī)效率和準(zhǔn)確率低的問題,能夠?qū)ㄖ┕み^程進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的控制,使有限的資源得到最大化的利用。