劉泋彤 寧宇

（吉林建筑科技學(xué)院）

隨著全球能源消耗和環(huán)境污染的日益加劇，建筑節(jié)能已經(jīng)成為國際社會普遍關(guān)注的問題。特別是在嚴(yán)寒地區(qū)，建筑的供暖和保溫成為了能源消耗的主要來源，給環(huán)境和人民的生活帶來了巨大的負(fù)面影響。因此，如何提高建筑節(jié)能性能，降低能源消耗，已成為嚴(yán)寒地區(qū)建筑領(lǐng)域面臨的一個重要挑戰(zhàn)。本研究將重點探討嚴(yán)寒地區(qū)既有公共建筑近零能耗改造材料的研究，旨在通過實驗研究和數(shù)據(jù)分析，評價不同材料在節(jié)能改造中的作用和效果，為嚴(yán)寒地區(qū)既有公共建筑的節(jié)能改造提供實用的指導(dǎo)和建議。

1 嚴(yán)寒地區(qū)既有公共建筑近零能耗改造的現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)

嚴(yán)寒地區(qū)的既有公共建筑由于設(shè)計和施工年代早、結(jié)構(gòu)老舊、隔熱性能差、供暖方式落后等原因，能耗較高，成為節(jié)能改造亟待解決的問題。另外，嚴(yán)寒地區(qū)在冬季氣溫低、采暖季長，加之能源供應(yīng)緊張，導(dǎo)致公共建筑的供暖和保溫成為了能源消耗的主要來源。因此，既有公共建筑近零能耗改造在嚴(yán)寒地區(qū)面臨著一系列的挑戰(zhàn)和難點。嚴(yán)寒地區(qū)的既有公共建筑大多由于設(shè)計和施工年代較早，其建筑結(jié)構(gòu)和技術(shù)條件可能存在一定的限制，加之建筑使用功能多樣，改造難度大，需要采用多種技術(shù)手段和材料來解決。在材料的選擇方面面臨著較大的難度，嚴(yán)寒地區(qū)的氣候條件惡劣，溫差大、濕度高、風(fēng)力大，建筑材料的選擇對于節(jié)能效果具有關(guān)鍵性的影響，需要考慮不同材料的性能、適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性等多個因素。為了達(dá)到近零能耗的標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)行全方位的改造，所需的資金投入較大，且需要考慮投資回報周期等因素。嚴(yán)寒地區(qū)既有公共建筑近零能耗改造的現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)十分復(fù)雜，需要多方面的技術(shù)和資源支持，并進(jìn)行深入研究和探索[1]。

2 既有公共建筑近零能耗改造的研究方法

嚴(yán)寒地區(qū)的公共建筑近零能耗改造需要綜合考慮多個因素，選擇適合嚴(yán)寒氣候的節(jié)能保溫材料和設(shè)備，進(jìn)行合理的設(shè)計和施工，同時采用智能化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)能源管理的精細(xì)化和智能化，提高能源利用效率，降低能源消耗和環(huán)境污染。

2.1建筑材料科學(xué)應(yīng)用促進(jìn)公共建筑近零能耗

隨著新建建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的出臺及既有建筑節(jié)能改造措施的執(zhí)行，我國的建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)得到迅猛發(fā)展。其中，高科技建筑材料的應(yīng)用是促進(jìn)我國建筑節(jié)能綠色發(fā)展的重要方式。夯實透節(jié)能產(chǎn)業(yè)研究院調(diào)研數(shù)據(jù)顯示:2017 年至2022 年間，我國建筑節(jié)能材料市場規(guī)模翻倍增長，見圖1。

“雙碳”形勢下，我國倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展、綠色節(jié)能、低碳環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的科技環(huán)保營造概念。夯實透節(jié)能產(chǎn)業(yè)研究院使用大數(shù)據(jù)分析法，對2023 年至2029 年建筑節(jié)能材料的市場規(guī)模做出了預(yù)測分析，預(yù)計2029 年節(jié)能材料是市場份額較2023年增漲將超過50%,見圖2。

圖2 2023～2029年中國建筑節(jié)能材料行業(yè)市場規(guī)模預(yù)測

2.2 公共建筑近零能耗改造的材料篩選和測試方法

公共建筑近零能耗改造的材料篩選和測試方法需要綜合考慮多個因素，從可持續(xù)性和環(huán)保性出發(fā)，選擇符合標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的材料，同時開展一系列的測試和試驗，評估材料的性能表現(xiàn)和改造效果。公共建筑近零能耗改造的材料篩選和測試方法需要科學(xué)系統(tǒng)的對比分析，材料篩選上宜選擇適合公共建筑改造的材料，需要綜合考慮其熱傳導(dǎo)系數(shù)、密度、抗壓強(qiáng)度、防火性、耐久性等多個因素。建議從可持續(xù)性和環(huán)保性角度出發(fā)，選擇符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的材料。為了評估材料在近零能耗改造中的性能表現(xiàn)，需要開展一系列的測試，包括熱傳導(dǎo)系數(shù)、熱容量、熱膨脹系數(shù)、防火性、密度、抗壓強(qiáng)度等方面的測試[2]。為了評估材料在實際改造中的效果，需要在實際工程項目中進(jìn)行試驗，并進(jìn)行效果評估。例如，在改造前后對能耗、溫度、濕度等指標(biāo)進(jìn)行對比分析，以及對改造后的舒適度和環(huán)保性進(jìn)行評估。成本效益評估同樣是重要的一環(huán)，在選擇材料時，需要綜合考慮其成本效益，評估其改造后的能源節(jié)約、使用壽命和維護(hù)成本等因素。此外，還需要考慮材料的可獲得性、安裝和維護(hù)難度等因素。

2.3公共建筑近零能耗改造的材料應(yīng)用方案設(shè)計

在公共建筑近零能耗改造設(shè)計中，首要確定的是建筑使用性質(zhì)，不同用途的公共建筑需要考慮不同的舒適性和功能需求。我國現(xiàn)有節(jié)能計算體系分為公共建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和居住建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，不同性質(zhì)的建筑計算標(biāo)準(zhǔn)不同，居住建筑的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)更高。同時，公共建筑所處的氣候條件對材料的選擇和設(shè)計有很大影響。例如，嚴(yán)寒地區(qū)長春市的公共建筑需要考慮冬季的保溫問題，而炎熱地區(qū)廣州市的公共建筑相對來說需要考慮夏季的隔熱問題。不同類型的公共建筑的結(jié)構(gòu)特點不同，需要選擇適合的保溫材料和構(gòu)造方式。例如，鋼結(jié)構(gòu)建筑和混凝土結(jié)構(gòu)建筑的保溫材料和施工方法不同。公共建筑的近零能耗改造更需要注重環(huán)保和可持續(xù)性，選擇符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的材料和設(shè)備，考慮材料的可再生性、循環(huán)利用性和廢棄物處理等問題。在進(jìn)行材料應(yīng)用方案設(shè)計時，需要考慮以上因素，選擇符合要求的材料和構(gòu)造方式，并進(jìn)行合理的設(shè)計和施工。例如，在保溫材料的選擇上，可以采用巖棉、玻璃棉等環(huán)保保溫材料，同時結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)和氣候條件，采用外保溫、內(nèi)保溫、夾層保溫等不同構(gòu)造方式，實現(xiàn)保溫效果最大化。在門窗改造上，可以選擇高效節(jié)能的雙層中空玻璃、框框斷熱鋁合金門窗等，減少能量損失和室內(nèi)外溫差。在供暖系統(tǒng)改造上，可以選擇空氣源熱泵、地源熱泵等節(jié)能設(shè)備，并優(yōu)化管道布局和管道絕熱，減少能量損失。在照明和電器設(shè)備改造上，可以選擇節(jié)能燈具、高效節(jié)能電器設(shè)備等，同時開展能耗監(jiān)測和管理，減少不必要的能量浪費(fèi)。總之，公共建筑近零能耗改造的材料應(yīng)用方案設(shè)計需要綜合考慮多個因素，選擇適合的材料和設(shè)備，進(jìn)行合理的設(shè)計和施工，實現(xiàn)能源。

3 建筑節(jié)能材料研究與應(yīng)用實例

建筑節(jié)能材料是指在建筑物中使用的材料，可以有效降低能源消耗并提高建筑的能效。它們在建筑設(shè)計和施工過程中發(fā)揮著重要的作用，可以減少能源消耗和環(huán)境污染。常見的建筑節(jié)能材料包括：保溫材料、隔音材料、透光材料、新型墻體材料、新型屋頂材料等。這些材料在建筑物的墻體、屋頂、地面等部位中廣泛應(yīng)用[3]。

“鳥巢"等奧運(yùn)場館對于建材的使用有著很高要求。首先是環(huán)保，比如建材所用的發(fā)泡劑要對臭氧層無任何危害;其次是保溫，需符合建筑節(jié)能整體達(dá)到65%的國家標(biāo)準(zhǔn);第三，作為建筑保溫材料,還要具備優(yōu)良的阻燃性、抗壓強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性等。在這樣的前提下，“鳥巢"看臺內(nèi)墻墻體所需的保溫材料中,超過2/3 都選用了聚氨酯現(xiàn)場噴涂干掛外飾面系統(tǒng),只需30mm 的厚度即可滿足相關(guān)要求[4-5]。聚氨酯現(xiàn)場噴涂干掛外飾面系統(tǒng)是全球通用的聚氨酯硬泡外墻保溫體系。它利用聚氨酯現(xiàn)場成型快、自粘接力強(qiáng)的特點,直接在建筑外墻上進(jìn)行噴涂成型。這種工藝已經(jīng)在歐洲、北美以及我國干掛外飾面的建筑上廣泛使用，可對各種建筑進(jìn)行保溫施工。保溫材料與基墻全粘貼,整體保溫的效果優(yōu)異,系統(tǒng)安全可靠。據(jù)悉,除了“鳥巢”看臺的內(nèi)側(cè)墻壁外,奧林匹克公園地下休閑中心的屋項保溫材料也有50%以上采用聚氨酯硬泡外墻保溫體系,產(chǎn)品用量在150t 左右。該飾面系統(tǒng)的節(jié)能保溫材料與傳統(tǒng)產(chǎn)品的主要區(qū)別在于，它使用的發(fā)泡劑是環(huán)保的HFC-245fa 和水。相對于國內(nèi)普遍使用的HCFC-141b 發(fā)泡劑體系，其保溫體系對大氣臭氧層沒有危害[6]。該成果攻克了產(chǎn)品的高溫高尺寸穩(wěn)定性這一技術(shù)瓶頸。

4 建筑節(jié)能材料實驗和數(shù)據(jù)分析

建筑節(jié)能材料的實驗和數(shù)據(jù)分析是評估這些材料性能的重要步驟，它可以提供建筑節(jié)能材料的技術(shù)參數(shù)，為材料的使用和優(yōu)化提供依據(jù)。建筑節(jié)能材料實驗和數(shù)據(jù)分析的一般步驟包括:設(shè)計實驗方案、實驗數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和分析、結(jié)果評價和優(yōu)化設(shè)計。建筑節(jié)能材料實驗結(jié)果數(shù)據(jù)分析和解釋是評估材料性能的重要步驟，它可以幫助我們了解建筑節(jié)能材料的性能特點，從而為材料的使用和優(yōu)化提供依據(jù)。建筑節(jié)能材料實驗結(jié)果數(shù)據(jù)分析和解釋要經(jīng)過多個科學(xué)步驟。①數(shù)據(jù)清洗和篩選：將采集的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和篩選，去除異常數(shù)據(jù)和不符合要求的數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)統(tǒng)計和描述性分析：對清洗后的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和描述性分析，計算數(shù)據(jù)的均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、中位數(shù)等指標(biāo)，描述建筑節(jié)能材料性能的特點；③數(shù)據(jù)可視化和探索性分析：通過數(shù)據(jù)可視化工具，如圖表、散點圖、箱線圖等，探索數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和規(guī)律，如變量之間的相關(guān)性、分布情況等[7]；④統(tǒng)計檢驗和假設(shè)驗證：通過統(tǒng)計檢驗方法，驗證實驗數(shù)據(jù)的假設(shè)，如兩組數(shù)據(jù)之間是否存在差異，是否滿足正態(tài)分布假設(shè)等；⑤結(jié)果解釋和討論：根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，對建筑節(jié)能材料的性能進(jìn)行解釋和討論，分析其優(yōu)點和不足，并提出改進(jìn)建議。在建筑節(jié)能材料實驗結(jié)果數(shù)據(jù)分析和解釋中，需要注意數(shù)據(jù)分析方法的選擇和合理性，確保數(shù)據(jù)分析的可靠性和有效性。同時，需要將數(shù)據(jù)分析的結(jié)果與實際應(yīng)用場景相結(jié)合，從而更好地評估建筑節(jié)能材料的性能和應(yīng)用效果[8]。

5 既有公共建筑近零能耗改造的可行性和實際意義

既有公共建筑近零能耗改造的可行性和實際意義非常重要，既有公共建筑在全球能源消耗中占據(jù)了相當(dāng)大的比例，其能耗水平也是日益增長，同時其能源利用率和環(huán)境友好性也較低，因此實現(xiàn)既有公共建筑的近零能耗改造對于全球能源可持續(xù)發(fā)展具有重要的實際意義。既有公共建筑近零能耗改造的可行性，一方面取決于改造技術(shù)的成熟度和可行性，另一方面取決于改造的經(jīng)濟(jì)成本和社會效益。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，現(xiàn)有建筑物的節(jié)能改造已經(jīng)成為可能，各種節(jié)能技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用于建筑節(jié)能改造，例如墻體、屋頂、地面隔熱材料，高效照明、供暖、通風(fēng)系統(tǒng)等。同時，政府、企業(yè)和社會團(tuán)體也已經(jīng)開始推廣和支持既有公共建筑的節(jié)能改造工作。既有公共建筑近零能耗改造的實際意義，一方面是可以降低能源消耗和環(huán)境污染，另一方面是可以提高建筑物的使用效率和舒適性。在能源消耗方面，近零能耗改造可以顯著降低建筑物的能源消耗，減少對能源的依賴，降低能源成本，同時也可以降低對環(huán)境的影響，減少溫室氣體的排放，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

6 結(jié)語

在嚴(yán)寒地區(qū)，既有公共建筑的能耗問題尤為突出，如何通過改造降低能耗成為亟待解決的問題。目前，隨著科技的發(fā)展和材料的更新?lián)Q代，越來越多的新型節(jié)能材料適用于嚴(yán)寒地區(qū)既有公共建筑的近零能耗改造，其發(fā)展前景也非常廣闊。未來將有越來越多的新型節(jié)能材料應(yīng)用于嚴(yán)寒地區(qū)的建筑節(jié)能改造，從而實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)。