新型墻材建筑節(jié)能材料技術(shù)研究

鄒明妍

(長安大學 建筑學院，陜西 西安 710018)

新型墻材建筑節(jié)能材料技術(shù)研究

鄒明妍

(長安大學 建筑學院，陜西 西安 710018)

隨著資源危機越來越嚴重，節(jié)能減排成為社會發(fā)展要解決的重點問題，節(jié)能建筑也逐漸受到社會認可，并在逐步推廣；同時，相關的科研機構(gòu)加大了研發(fā)力度，開發(fā)出了各種新型建筑節(jié)能材料，本文對這些新型的建筑節(jié)能材料進行了研究。

建筑節(jié)能技術(shù)；高效節(jié)能窗；植草水泥

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，建設了很多新型建筑，應用了大量的新型材料。根據(jù)相關的調(diào)查結(jié)果顯示，在“十二五”期間，我國的新城鎮(zhèn)建筑面積將達到40～50億m2[1]，隨著建筑耗能的逐漸增多，到2020年，我國的建筑能耗將達到全國總能耗的40%[2]。此外，由于我國的能源利用率相對于發(fā)達國家來說較低，因此建筑的節(jié)能減排對于我國的可持續(xù)發(fā)展非常重要。建筑節(jié)能在國外發(fā)展較早，比如瑞典的“明日之城”，是一個以被動式住宅為主的低碳社區(qū)[3]，德國的建筑節(jié)能改造也提高了建筑的節(jié)能水平[4]。我國應吸取國外的先進經(jīng)驗，并根據(jù)實際現(xiàn)狀因地制宜，不斷發(fā)展和吸收新的技術(shù)。建筑節(jié)能技術(shù)的重點就是降低室內(nèi)外的熱交換，這樣夏季可以使室內(nèi)空調(diào)的制冷效果更持久，冬季則達到更好的保溫效果。建筑節(jié)能中使用的新型建材一般在外墻門窗、外墻面和屋頂3個地方，因此，只有加強節(jié)能建材在這些方面的應用研究，才能不斷提高建筑的節(jié)能效果。

1 新型墻體材料主導產(chǎn)品

新型墻體材料包括磚、砌磚和板類，其具有如下特點：新型墻體材料采用的生產(chǎn)技術(shù)不污染環(huán)境，制造工藝耗能較低；產(chǎn)品設計的核心理念是改善環(huán)境和提高生活質(zhì)量；產(chǎn)品具備良好的防水性能、耐久性能、防霉性能、隔熱保溫性能和防火阻燃性能等。本文主要對加氣混凝土砌磚、燒結(jié)煤矸石磚、混凝土小型空心砌磚、紙面石膏板和建筑垃圾磚的產(chǎn)品特點和生產(chǎn)能耗進行了分析。

1.1 產(chǎn)品特點分析

加氣混凝土砌磚是一種新型的建筑材料，具有良好的保溫隔熱性能，其質(zhì)量較輕，防火性能優(yōu)良，抗震能力較好。實踐證明，厚度為20 cm的加氣混凝土墻體的隔熱性能要顯著優(yōu)于厚度為24 cm的磚墻體的隔熱性能，其保溫效果與厚度為49 cm的粘土磚墻體相同。由于其質(zhì)量較輕，使用這種建筑材料的墻體要比普通磚混結(jié)構(gòu)建筑的自重至少降低40%；但是，其也存在一些缺點，如砂漿粘接不牢固、干燥收縮值較大以及強度較低。

燒結(jié)煤矸石磚的耐酸堿、抗折和耐壓性能都顯著高于粘土磚。從建筑成本上說，使用燒結(jié)煤矸石磚，砌墻和粉刷前不用澆水，節(jié)省水費和人工費，降低了建筑成本；并且，由于此磚的硬度高，在運輸過程中不易產(chǎn)生耗損[5-6]。

混凝土小型空心砌磚具備自重輕、抗震性能好、熱工性能良好、砌筑方便、施工效率高和墻面平整度好等特點，可用于非承重墻和多層建筑的承重墻。這種磚可以利用工業(yè)廢渣和天然輕集料資源，降低砌塊生產(chǎn)的環(huán)境污染問題，減少生產(chǎn)成本；但其也存在一些問題，如塊體易破損、相對較重和易收縮變形等，如果處理不當，砌體容易出現(xiàn)漏水、開裂等一系列的質(zhì)量問題。

紙面石膏板是一種板材，其主要原料是建筑石膏、纖維和適量的添加劑構(gòu)成的板芯，特制的板紙構(gòu)成護面。其具備優(yōu)良的性能，如隔熱、隔聲、加工性能強、質(zhì)量輕和施工簡單。其在生產(chǎn)過程中的耗能較低，生產(chǎn)相同單位的紙面石膏板和水泥可以節(jié)省78%能耗。采用紙面石膏板作為隔墻，質(zhì)量僅為同等厚度砌塊墻體的1/10，磚墻的1/15，利于結(jié)構(gòu)抗震，并能有效降低結(jié)構(gòu)主體和基礎造價。

建筑垃圾磚的主要原料是建筑垃圾，實現(xiàn)了建筑垃圾的廢物利用，促進了建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。建筑垃圾磚的抗壓性能較好，優(yōu)于粘土磚，砌體各項功能指標達到了國家的要求標準，但是自重偏大，只能用于7層以下的砌體承重結(jié)構(gòu)的內(nèi)外墻。其隔熱保溫性能不好，導熱性能偏高，收縮率指標比粘土實心磚高出20%左右，在使用過程中應采用相應的技術(shù)措施改善此問題。

1.2 生產(chǎn)能耗計算

本文對上述幾種新型節(jié)能材料的能耗進行了計算，其生產(chǎn)耗能包括原材料生產(chǎn)能耗、運輸能耗和新型墻體材料的生產(chǎn)能耗(包括煤耗、電耗和蒸汽消耗等)。查閱相關資料，確定墻體材料生產(chǎn)能耗計算模型為：

H=∑(miCi+miTiSi)+e+h+x

(1)

式中，H是1 m3墻材的綜合生產(chǎn)能耗(折標煤)，單位為kg/m3；Ci是某項原材料在開采和加工過程中的綜合能耗(折標煤)，單位為kg/t；mi為每生產(chǎn)1 m3產(chǎn)品時所需某項原材料的量，單位為t；Si是某項原材料運入工廠的運輸距離，單位為102km；Ti是某項原材料在運入工廠過程的運輸能耗(折標煤) ，單位為kg /t·102km；h是每生產(chǎn)1 m3產(chǎn)品的熱耗(折標煤) ，單位為kg；e是每生產(chǎn)1 m3產(chǎn)品的電耗(折標煤) ，單位為kg；x是其他特殊因素，如水泥袋能耗和其他附加能耗等，需折算成1 m3墻材的消耗標煤量，單位為kg。

1標磚生產(chǎn)能耗計算公式如下：

(2)

根據(jù)質(zhì)量配合比，計算出生產(chǎn)1 m3墻材需要的每種原料的質(zhì)量如下：

mi=mbi

(3)

式中，m是墻材密度，單位為t/m3；mi是每生產(chǎn)1 m3墻材產(chǎn)品時需要的某種原材料的量，單位為t；Bi是每生產(chǎn)1 m3墻材產(chǎn)品時一項原材料的配合百分比。

根據(jù)式1～式3，計算得到加氣混凝土砌磚、燒結(jié)煤矸石磚、混凝土小型空心砌磚、紙面石膏板和建筑垃圾磚5類墻材的生產(chǎn)能耗，見表1。

表1 各類新型墻材生產(chǎn)能耗計算結(jié)果

從表1可以看出，5種新型墻材的生產(chǎn)能耗從高到低依次為：加氣混凝土砌磚、建筑垃圾磚、混凝土小型空心砌磚、紙面石膏板和燒結(jié)煤矸石磚。這說明輕質(zhì)板材類和煤矸石燒結(jié)磚的能耗較低，可以大力推廣，從而建設新型節(jié)約型社會；輕質(zhì)板材類由于其自重低，適合在高層建筑中應用，降低建筑耗能。此外，對于一些耗能較高的新型墻材，仍然具備節(jié)能空間，可以通過改進生產(chǎn)技術(shù)和工藝來降低生產(chǎn)能耗。

2 新型墻體材料的工程實例效益分析(以加氣混凝土砌磚為例)

建設1幢居民住宅樓，1梯2戶，地上6層，地下1層，占地530 m2，每層高2.8 m，地下為停車場，層高4.5 m，總建筑面積3 000 m2。本文只對施工過程中的成本進行分析，施工采用的新型墻體材料為加氣混凝土砌磚，施工過程效益分析包括節(jié)約原材料、縮短施工工期和降低基礎造價3個方面。

2.1 節(jié)約原材料

因加氣混凝土砌磚的體積要比實心粘土磚大，因此，施工過程中可以減少原材料的使用，如鋼筋、水泥和毛石等，其用量見表2。從表2可以看出，采用加氣混凝土砌磚和傳統(tǒng)的實心粘土磚相比，可節(jié)約水泥用量為48.72 t/ km3，節(jié)約鋼筋用量為2.91 t/ km3，節(jié)約毛石用量為 84.6 t/ km3。

表2 主要材料用量 (t/ km3)

2.2 縮短施工工期

該工程的施工人員為 20 人，實際工期為60 d。根據(jù)相關國家標準，每人的平均工資為150元/d。實心粘土磚的砌筑和搬運十分耗時，工人的勞動強度大，采用加氣混凝土砌磚可減少4個施工人員，可節(jié)約3.6萬元。

2.3 降低基礎造價

加氣混凝土砌磚質(zhì)量輕，和傳統(tǒng)的粘土磚相比，一般情況下可節(jié)約建筑物總造價的5%以上。

通過上述分析可知，使用新型的墻體材料可以有效降低施工成本，因此，應大力推廣新型墻體材料。

3 新型建筑節(jié)能材料的下一步發(fā)展

通過上述分析可知，使用新型的建筑材料可以有效降低建筑的施工費用，但是部分新型材料的生產(chǎn)能耗較高；因此，應改善生產(chǎn)工藝技術(shù)，降低能耗。新型墻體材料的生產(chǎn)技術(shù)應進行改革和創(chuàng)新，推進新型墻體產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)調(diào)整，加大產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，推動節(jié)能環(huán)保綠色墻材的發(fā)展，推動建筑企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，主要從下述2個方面進行：1)加快構(gòu)建新型墻材行業(yè)發(fā)展體系，根據(jù)國家和地方政府提出的新型建筑工業(yè)化的發(fā)展要求，推進新型墻材的構(gòu)配件生產(chǎn)工廠化、標準化產(chǎn)品設計、科學化組織管理及機械化施工，推動行業(yè)升級，提高建筑行業(yè)的層次，不斷促進建筑的工業(yè)化發(fā)展；2)快速推進新型墻材行業(yè)的綠色發(fā)展，資源是墻體材料發(fā)展的基礎，根據(jù)國家發(fā)布的《綠色建筑行動方案》，大力發(fā)展綠色建材，提高建筑廢棄物的利用率，如尾礦、污水處理，污泥、建筑垃圾、城市建筑廢棄土等的研究利用，可以節(jié)約原生態(tài)資源，符合國家的可持續(xù)發(fā)展要求，實現(xiàn)墻材行業(yè)的生態(tài)環(huán)保型轉(zhuǎn)變，比如，混凝土砌塊和混凝土磚，如果在2種墻材的生產(chǎn)中加入粉煤灰，可顯著降低其產(chǎn)運能耗，如果摻入60%粉煤灰，可以在原有的基礎上降低生產(chǎn)能耗14.5%。

4 結(jié)語

目前，我國建筑應用的新型節(jié)能保溫材料較少，主要是因為應用這些材料會提高建設成本；因此，政府應該加大節(jié)能的宣傳力度，認真研究建筑體系，并制定一些優(yōu)惠政策，綜合分析其經(jīng)濟效益，逐步擴大新型建筑材料的應用。此外，相關的科研機構(gòu)還要加大研發(fā)力度，研究出更多的新型建筑材料，使其節(jié)能、低碳、環(huán)保，以滿足不同地區(qū)，不同建筑的節(jié)能需求。

[1] 中國科學院可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究組. 中國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告 2011 [M]．北京：科學出版社，2011.

[2] 于萍，陳效逑，任放．國外低碳住區(qū)的建設實踐——以瑞典“明日之城”示范住區(qū)為例 [J]．中國房地產(chǎn)，2011(4)：76-80.

[3] 秦靜．美日德建筑節(jié)能立法及其啟示研究[D]．武漢：中國地質(zhì)大學，2010.

[4] 張彥林，曾令榮，吳雪樵．淺談德國既有建筑節(jié)能改造[J].建筑設計與施工，2012(3):65.

[5] 謝可望.高效節(jié)能窗發(fā)展技術(shù)[J].住宅產(chǎn)業(yè),2010,12(5):61.

[6] 徐浩,和茜,劉家琦.綠色建筑玻璃類型及特性研究[J].原材料·玻璃,2011,8(4):124.

責任編輯李思文

ResearchonNewWallMaterialsandEnergy-savingBuildingTechnology

ZOU Mingyan

(School of Architecture, Chang′an University, Xi′an 710018，China)

With the growing of more and more serious crisis of resources , energy conservation has become the key issues to be addressed and social development , energy-efficient buildings are gradually being recognized by society, and gradually extended , at the same time, the relevant research institutions increase research and development efforts, and developed a variety of new energy-saving building materials, these new building energy-saving materials were studied in the paper.

building energy-saving technologies , energy efficient windows, grass cement

TU 5

：A

鄒明妍(1993-)，女，本科，主要從事建筑學等方面的研究。

2015-01-12