綠色建筑材料研究與應(yīng)用綜述及發(fā)展趨勢(shì)

鄭 捷, 陳景恒, 雷震東, 鄭山鎖, 劉 巍

(西安建筑科技大學(xué) 建筑設(shè)計(jì)研究院,陜西 西安 710055)

綠色建筑材料研究與應(yīng)用綜述及發(fā)展趨勢(shì)

鄭 捷, 陳景恒, 雷震東, 鄭山鎖, 劉 巍

(西安建筑科技大學(xué) 建筑設(shè)計(jì)研究院,陜西 西安 710055)

對(duì)目前幾種常用綠色建筑材料在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用狀況進(jìn)行簡(jiǎn)述,對(duì)其存在的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)與分析,探討其潛在的負(fù)面影響,并對(duì)其在未來(lái)綠色建筑應(yīng)用中的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望,得出以下結(jié)論:未來(lái)綠色建筑材料的發(fā)展要注重多種材料的復(fù)合,充分發(fā)揮不同種材料各自的優(yōu)勢(shì)以彌補(bǔ)某種單一材料所存在的缺陷;注重材料的循環(huán)利用,避免由于材料替換所帶來(lái)的二次污染;開發(fā)研制新材料、新技術(shù)以改善現(xiàn)有材料在綠色建筑應(yīng)用中的缺陷和不足。

綠色建筑材料; 綠色建筑; 節(jié)能; 潛在負(fù)面影響; 發(fā)展趨勢(shì)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和低碳時(shí)代的來(lái)臨,建筑業(yè)越來(lái)越朝著低碳建筑和綠色建筑的方向發(fā)展。目前,綠色建筑發(fā)展所依據(jù)的主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)包括節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、環(huán)境保護(hù)等方面,而這些四節(jié)一環(huán)保的綠色建筑技術(shù)指標(biāo)要求均要以綠色建筑材料為基礎(chǔ)才能得以實(shí)現(xiàn)。所以綠色建筑性能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)離不開綠色建筑材料的發(fā)展,同時(shí),綠色建筑材料的發(fā)展將會(huì)為綠色建筑的發(fā)展提供強(qiáng)有力的保障。本文主要對(duì)目前國(guó)內(nèi)外一些常用綠色建筑材料的研究現(xiàn)狀進(jìn)行概括和匯總,對(duì)其存在的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析,并對(duì)綠色建筑材料的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

1 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能保溫材料

圍護(hù)結(jié)構(gòu)(外墻、門窗玻璃和屋面)用于抵御外部惡劣環(huán)境的侵襲,阻擋外來(lái)噪聲、射線等有害物質(zhì)的侵?jǐn)_,具防熱御寒、使室內(nèi)形成舒適環(huán)境的作用。且其在綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中占有很大比例,因此研究和開發(fā)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能保溫材料對(duì)綠色建筑的發(fā)展和創(chuàng)新具有重大意義。

1.1 外墻的節(jié)能設(shè)計(jì)

外墻作為最主要的圍護(hù)結(jié)構(gòu),其設(shè)計(jì)旨在提高和改善其熱工性能,即通常所說(shuō)的外墻要具有良好的保溫隔熱效果。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)外墻的保溫材料進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。郭幻等[1]研究分析了在燒結(jié)煙氣脫硫灰化物特性的基礎(chǔ)上復(fù)摻鋼渣、粉煤灰和水泥制成蒸壓加氣混凝土砌塊,該方法在充分利用工業(yè)固體廢物的同時(shí)降低了水泥的使用量,并改善了傳統(tǒng)方法由于脫硫而造成的二次污染。Quan等[2]研究了蒸壓加氣混凝土砌塊在新型節(jié)能建筑中的應(yīng)用,結(jié)果表明:新型節(jié)能結(jié)構(gòu)體系很好地把蒸壓加氣混凝土的物理性能與建筑結(jié)構(gòu)的承載能力結(jié)合在一起,在新型節(jié)能建筑中具有良好的發(fā)展前景。顧天舒等[3]通過(guò)對(duì)比目前我國(guó)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)的三種形式,發(fā)現(xiàn)在墻體保溫中,外墻體保溫施工做法的優(yōu)點(diǎn)最為突出,今后應(yīng)成為我國(guó)建筑墻體保溫的主要形式之一及建筑節(jié)能保溫墻體發(fā)展的新方向。張巨松等[4]開發(fā)研制了新型保溫漿料(夾心墻保溫漿料),并在其中加入“膏狀”泡沫,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在強(qiáng)度不同的情況下引入約30%的“膏狀”泡沫明顯改善了保溫漿料的保溫性能。王偉鑒[5]探討了粉煤灰、乳膠粉、氫氧化鈣、纖維素醚等材料對(duì)無(wú)機(jī)輕集料聚合物保溫砂漿性能的影響,結(jié)果表明:摻加合適的粉煤灰、氫氧化鈣和纖維素醚能明顯改善砂漿的和易性和保溫性能;纖維能增強(qiáng)砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度。

表1和圖1給出了幾種保溫材料的優(yōu)缺點(diǎn)及其最高使用溫度?？梢钥闯?建筑保溫材料主要包括無(wú)機(jī)保溫材料、有機(jī)保溫材料和有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合保溫材料[6]。有機(jī)保溫材料的抗壓性和抗?jié)B性都較好、質(zhì)量輕、耐腐蝕、使用壽命較長(zhǎng)、便于安裝拆卸,導(dǎo)熱系數(shù)低,但由于其最高使用溫度較低,很容易引發(fā)火災(zāi)。表2給出了一些由有機(jī)保溫材料引發(fā)火災(zāi)的例子。顯然該材料可能引起火災(zāi),會(huì)給人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)較大的隱患,因此在綠色建筑外墻節(jié)能保溫中應(yīng)該避免單獨(dú)使用某種有機(jī)保溫材料,以避免火災(zāi)發(fā)生。對(duì)于無(wú)機(jī)保溫材料,其耐火性能較好,但也存在缺點(diǎn),如珍珠巖重量大,吸水膨脹會(huì)導(dǎo)致墻體開裂等。

表1 幾種保溫材料的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)

針對(duì)有機(jī)保溫材料和無(wú)機(jī)保溫材料存在的問(wèn)題,可采用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合的外墻保溫材料,既可以發(fā)揮有機(jī)材料輕質(zhì)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn),又可以充分利用無(wú)機(jī)材料耐火的性能特點(diǎn)。但目前此種材料存在生產(chǎn)成本高、缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力等缺點(diǎn)。盡管如此,其發(fā)展前景與優(yōu)勢(shì)還是十分明顯的。因此在未來(lái)綠色建筑發(fā)展中,如何改善新型復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝、擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、降低成本等,仍是一個(gè)值得深入研究的課題。

圖1 幾種保溫材料最高使用溫度對(duì)比Fig.1 Comparison between the maximum use temperatures of several kinds of thermal insulation materials

序號(hào)建筑名稱火災(zāi)發(fā)生時(shí)間造成損失外墻保溫材料1北京電視文化中心2009-02-09過(guò)火面積10萬(wàn)m2，損失估計(jì)超過(guò)7億元，1人死亡6人受傷主要是擠塑聚苯乙烯板，還有一部分巖棉2哈爾濱“經(jīng)緯360°”公寓2008-10-09過(guò)火外墻面積2000m2，損失216萬(wàn)元聚氨酯發(fā)泡保溫層3烏魯木齊金華城2007-07-02過(guò)火面積1200m2，損失估計(jì)超過(guò)91萬(wàn)元聚苯板保溫，鋁塑板幕墻

1.2 門窗玻璃節(jié)能設(shè)計(jì)

門窗作為建筑外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的開口部位,不但要滿足建筑上采光通風(fēng)的要求,還要具有良好的節(jié)能性能。有資料表明,在我國(guó)窗戶造成的能耗占住宅建筑能耗的40%,這一數(shù)據(jù)是發(fā)達(dá)國(guó)家的2至3倍,而對(duì)門窗耗能性能影響最大的就是玻璃。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其節(jié)能效果進(jìn)行了大量研究。蔣毅[7]介紹了真空玻璃在綠色建筑中的應(yīng)用,指出真空玻璃的遮陽(yáng)系數(shù)和傳熱系數(shù)可根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行選取。卜增文等[8]模擬分析了不同氣候條件下Low-E玻璃傳熱系數(shù)和遮陽(yáng)系數(shù)對(duì)空調(diào)負(fù)荷和能耗的影響,并提供了依據(jù)氣候條件選取各種Low-E玻璃的范圍。潘偉等[9]以熱量傳導(dǎo)的三種方式(導(dǎo)熱、輻射和對(duì)流)為出發(fā)點(diǎn),對(duì)中空玻璃中的空氣、玻璃、Low-E膜與環(huán)境溫度之間的關(guān)系和相互作用進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,結(jié)果表明Low-E玻璃對(duì)阻斷建筑物熱量的散失能起到關(guān)鍵作用。Gustavsen等[10]采用有限元軟件分析了隔熱木框、斷熱鋁框和PVC框的三層玻璃系統(tǒng)在不同情況下的熱工性能,結(jié)果表明U值(邊緣傳熱系數(shù))隨固體替代物導(dǎo)熱系數(shù)的增大而提升,窗框熱傳遞系數(shù)隨固體替代物導(dǎo)熱系數(shù)和隔熱窗框中隔熱材料導(dǎo)熱系數(shù)的增大而提升。Yueping Fang等[11]系統(tǒng)地研究了帶電變色層真空玻璃在玻璃涂層不同時(shí)的發(fā)射率和玻璃嵌入框的深度對(duì)熱傳導(dǎo)的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)傳熱系數(shù)隨玻璃涂層發(fā)射率的提升而增加,傳熱系數(shù)隨玻璃嵌入框深度的增加而減小。Danny H.W.LI等[12]對(duì)單層玻璃貼太陽(yáng)控制膜后對(duì)空調(diào)能耗及采暖能耗的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,揭示出玻璃處理前后傳熱系數(shù)等熱工性能對(duì)能耗的影響效果。

基于以上研究成果,目前門窗玻璃在綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)用中主要采用中空玻璃、真空玻璃和Low-E玻璃(低輻射玻璃)。中空玻璃由兩層或多層玻璃夾著空氣或惰性氣體制成,不僅能降低熱傳導(dǎo)系數(shù),保溫效果良好,還具有良好的隔聲效果[13]。近年來(lái)隨著房地產(chǎn)開發(fā)的發(fā)展,中空玻璃獲得迅猛發(fā)展,目前在節(jié)能玻璃中占據(jù)主導(dǎo)地位。但其不足之處是制作與加工流程相對(duì)復(fù)雜,型材與玻璃之間密封的缺陷或兩片玻璃合片時(shí)質(zhì)量不佳會(huì)一定程度上影響其節(jié)能保溫效果,若水蒸氣滲入中空層則會(huì)直接影響其采光效果,且破損后不便更換[13],因此不可重復(fù)利用。相對(duì)于中空玻璃,起步較晚的真空玻璃的傳熱系數(shù)更低,具有更好的保溫節(jié)能效果。由于真空玻璃自身特殊的真空層,使其具有優(yōu)良的隔聲效果。但從玻璃制造產(chǎn)業(yè)技術(shù)的成熟性和規(guī)?；瘉?lái)說(shuō),目前真空玻璃的發(fā)展還處在初級(jí)階段,相對(duì)于中空玻璃,其制作生產(chǎn)工藝更為復(fù)雜,成本投入較大,不適合大規(guī)模的使用。但隨著生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大和制造工藝的改進(jìn),其價(jià)格會(huì)逐步降低,在不久的將來(lái),真空玻璃極有可能替代中空玻璃而在節(jié)能玻璃中占主導(dǎo)地位。低輻射玻璃Low-E對(duì)遠(yuǎn)紅外光具有較高的反射率并具有良好的透光性,能有效降低室內(nèi)熱量的散發(fā),減小外界條件對(duì)室內(nèi)溫度的影響,其節(jié)能保溫的效果顯著[13]。但目前國(guó)內(nèi)掌握Low-E玻璃生產(chǎn)和制作工藝的廠家不多,技術(shù)受到限制,Low-E玻璃的光學(xué)性能和力學(xué)性能還有待提高。

針對(duì)目前制作節(jié)能玻璃存在的問(wèn)題,一方面應(yīng)把好質(zhì)量關(guān),確保玻璃質(zhì)量良好,完善玻璃行業(yè)的相關(guān)行業(yè)標(biāo)注和國(guó)家標(biāo)注,并嚴(yán)格執(zhí)行;另一方面應(yīng)注重選用新的材料,采用新的制作工藝,提高技術(shù)手段,降低制作成本,注重材料的循環(huán)利用,充分結(jié)合各種玻璃節(jié)能保溫的優(yōu)點(diǎn),研制出一種更適合在未來(lái)綠色建筑設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用的玻璃。

2 相變材料

相變材料(PCM)是一種具有特定功能的材料,在一定的溫度范圍內(nèi)(稱相變溫度),它可以發(fā)生物質(zhì)相態(tài)的變化,并伴隨著相變過(guò)程來(lái)吸收或釋放出大量的相變潛熱,從而可實(shí)施儲(chǔ)熱或蓄冷。相變材料具有儲(chǔ)能密度高、儲(chǔ)放能近似等溫、過(guò)程易控制等優(yōu)點(diǎn),對(duì)解決能量供給與需求失衡難題更為適用[14]。

表3給出了相變材料與傳統(tǒng)保溫材料(EPS)在性能方面的差異。可以看出,與EPS相比,相變材料在節(jié)能保溫方面優(yōu)勢(shì)顯著,正因?yàn)榇?國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了大量研究。杜開明[15]利用物理吸附方法制備相變型建筑節(jié)能材料,獲得了輕質(zhì)、保溫性良好的墻體材料。孟多[16]研究了一種新型相變蓄熱材料及其在建筑節(jié)能中的應(yīng)用,制備了相變位溫度在20～56 ℃范圍內(nèi)的定形相變材料,進(jìn)而以納米二氧化硅和聚甲基丙烯酸甲酯為基體,研制了適合在綠色建筑中使用的無(wú)機(jī)納米材料基定形相變材料和聚合物基定形相變材料。Kalagasidis A S[17]研究表明,相變材料可提高建筑物的蓄熱能力,可根據(jù)建筑物的溫度對(duì)其進(jìn)行合理的加熱和冷卻;相變材料對(duì)建筑物保溫節(jié)能影響顯著,其每年對(duì)建筑物加熱和冷卻所節(jié)省的能量約占總能量的5%～21%,這主要取決于相變位材料放置的位置。K.Nagan等[18]基于顆粒狀相變儲(chǔ)能材料增大建筑物蓄熱能力的地板空調(diào)系統(tǒng)試驗(yàn)研究,得到如下結(jié)論:30 mm厚地板空調(diào)系統(tǒng)裝滿顆粒狀相變材料時(shí)每晚能儲(chǔ)存89%的日間冷負(fù)荷,具有良好的冷/熱量蓄能能力。Suat Canhazoglu等[19]對(duì)硫代硫酸鈉化合物太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究,結(jié)果表明,含有相變材料的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng),其熱水儲(chǔ)存時(shí)間、熱水產(chǎn)量、總吸收熱量等是未采用相變材料熱水系統(tǒng)的2.59～3.45倍。

表3 相變材料與EPS的對(duì)比

目前在綠色節(jié)能建筑中使用的相變材料主要有固-固相變儲(chǔ)熱材料和固-液相變儲(chǔ)熱材料,其中固-固相變儲(chǔ)熱材料可分為無(wú)機(jī)鹽、多元醇和高分子交聯(lián)樹脂三類,固-液相變儲(chǔ)熱材料又可以分為無(wú)機(jī)、有機(jī)和高分子三個(gè)種類。

對(duì)于固-固相變儲(chǔ)熱材料,其中無(wú)機(jī)鹽類相變貯能材料主要是利用無(wú)機(jī)鹽固體在不同種晶體形態(tài)下的變化進(jìn)行吸熱和放熱,一般情況下,其相變溫度高、變化范圍較小,適合在高溫條件下的貯能和控溫,因此在實(shí)際工程中應(yīng)用相對(duì)較少[14]。多元醇類相變材料的相變焓較大,相變溫度較高,適用于中、高溫條件下的貯能和控溫,在低溫條件下貯能效果不太理想。這種材料性能穩(wěn)定,多次使用不會(huì)出現(xiàn)分解和分層的現(xiàn)象,使用周期較長(zhǎng),其缺陷是:當(dāng)達(dá)到特定的相變溫度以上,將由固態(tài)變成流塑性的晶體,塑性晶體蒸汽壓較大,容易發(fā)生升華,在使用時(shí)需用密封容器包裝,導(dǎo)致難以充分發(fā)揮固-固相變材料的優(yōu)越性[14]。對(duì)于高分子交聯(lián)樹脂類相變蓄熱材料,其改變了非交聯(lián)高分子相變材料在使用時(shí)難以定型的缺點(diǎn),提高了相變蓄熱能力,易于加工,具有良好實(shí)用價(jià)值[14]。

對(duì)于固-液相變儲(chǔ)熱材料,其中無(wú)機(jī)類相變材料適用于中低溫度環(huán)境;有機(jī)類相變材料具有較高的蓄能能力,一般不會(huì)出現(xiàn)分解和分層現(xiàn)象,無(wú)毒副作用,但由于該材料價(jià)格比較高、熔點(diǎn)低、易揮發(fā),不適用于高溫場(chǎng)合;對(duì)于高分子化合物類相變材料而言,由于其具有一定分子量分布的混合物,且分子量鏈較長(zhǎng),結(jié)晶不完全,因此其相變過(guò)程需具有一定的溫度控制變化范圍[14]。

由于相變材料自身的優(yōu)點(diǎn),其在建筑行業(yè)中的應(yīng)用比較廣泛,但同時(shí)也存在一些問(wèn)題:如相變材料的再循環(huán)利用問(wèn)題,相變材料在經(jīng)過(guò)多次儲(chǔ)能和放能之后,自身的性能發(fā)生退化,很難繼續(xù)循環(huán)使用;相變材料與建筑中其他建筑材料的兼容性問(wèn)題,由于相變材料自身帶有一定的腐蝕性,會(huì)對(duì)其他材料造成腐蝕。這些問(wèn)題都是今后相變材料在綠色建筑發(fā)展過(guò)程中所遇到的亟待解決問(wèn)題。

針對(duì)相變材料在建筑中存在的問(wèn)題,選擇合適的相變材料時(shí)應(yīng)注意:(1)熔化潛熱高,使其在相變過(guò)程中釋放或儲(chǔ)存大量的熱;(2)相變過(guò)程的可逆性;(3)相變材料的無(wú)腐蝕性、無(wú)毒性;(4)有合適的相變溫度。目前解決這些問(wèn)題最好的辦法是:(1)把相變材料與傳統(tǒng)保溫隔熱材料結(jié)合起來(lái),這樣既能解決傳統(tǒng)保溫隔熱材料蓄熱系數(shù)相對(duì)小的問(wèn)題,又能發(fā)揮出相變材料節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。該方法在綠色建筑中可以適當(dāng)采用,但相變位材料要想在未來(lái)綠色建筑發(fā)展中得到普遍采用,還需要國(guó)內(nèi)外研究者共同努力,去研發(fā)可持續(xù)利用的新材料,解決目前其自身存在的一些問(wèn)題;(2)研究將納米材料合成技術(shù)應(yīng)用于相變蓄能材料中,用來(lái)解決既有相變材料導(dǎo)熱系數(shù)低、易出現(xiàn)分離和分層現(xiàn)象、穩(wěn)定性差、腐蝕密封外殼等問(wèn)題。研制和開發(fā)滿足各種儲(chǔ)熱要求的納米結(jié)構(gòu)儲(chǔ)熱相變材料是今后的發(fā)展趨勢(shì),更是具有挑戰(zhàn)性的研究課題[20]。

3 納米材料

基礎(chǔ)納米技術(shù)和納微粒子的新型建筑材料不僅能夠彌補(bǔ)既有建筑材料的某些缺陷,且能更好地發(fā)揮既有建筑材料的功能和特點(diǎn),對(duì)于我國(guó)綠色建筑材料的發(fā)展有著指導(dǎo)意義[21]。就目前形勢(shì)來(lái)看,納米技術(shù)以及納米材料在建筑領(lǐng)域的研究是一個(gè)最新的熱點(diǎn)。張瑞銳等[22]研究了目前納米材料在國(guó)內(nèi)綠色建筑的應(yīng)用現(xiàn)狀,并對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行歸納與分析,指出納米材料潛在的負(fù)面效應(yīng),并展望其在綠色建筑應(yīng)用中的發(fā)展趨勢(shì)。劉軍[20]研究了建筑中納米材料的各種性能及其對(duì)混凝土的影響,分析了納米材料在建筑相關(guān)領(lǐng)域所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和必要性,并指出納米材料摻入到混凝土中,使得其各種性能得到改善,是未來(lái)新型建筑材料的發(fā)展方向。Bozsaky D[23]為設(shè)計(jì)人員提供了納米材料在綠色建筑應(yīng)用領(lǐng)域的基本信息,并描述了其在建筑方面的材料特性、功能原理、應(yīng)用、建筑施工以及潛在的應(yīng)用價(jià)值。Milliron等[24]將銦錫氧化物納米晶體摻雜到氧化鈮玻璃中,通過(guò)電解的方法制成了一種新型的智能玻璃,能在不增加額外熱量的情況下使室內(nèi)的采光得到保障,從而減少對(duì)人工照明的依賴,適合在綠色建筑中大量使用。

基于上述研究成果,目前納米材料在綠色建筑中的應(yīng)用有:環(huán)境治理與太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化,用于混凝土材料的改性及智能化發(fā)展,門窗玻璃及外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能等方面。納米材料具有很好的伸縮性、防水性、抗異物粘附性、除臭、殺菌、防塵以及保溫隔熱性能等。盡管納米材料以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)為綠色建筑的發(fā)展帶來(lái)了廣闊的空間,但其在建筑中大量的使用將釋放大量的人工納米顆粒到空氣中,從而帶來(lái)健康風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境污染[20]。Liu Z等[25]通過(guò)小白鼠系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了呼吸系統(tǒng)長(zhǎng)期暴露于碳納米管下將導(dǎo)致循環(huán)系統(tǒng)氧化損傷、肺部炎癥和纖維化、動(dòng)脈粥樣硬化、全身免疫系統(tǒng)異常等一系列疾病。表4給出了一些在建筑中常用的納米材料的優(yōu)點(diǎn)及其對(duì)動(dòng)植物的毒理性能。由此可見納米材料確實(shí)對(duì)動(dòng)植物的健康存在傷害,這也是其在未來(lái)綠色建筑應(yīng)用和發(fā)展中需改進(jìn)的課題。

表4 常見納米材料的優(yōu)點(diǎn)及其毒理學(xué)影響

納米材料在建筑中的應(yīng)用已成為國(guó)內(nèi)外研究的一個(gè)熱點(diǎn)。作為一種新型材料,納米材料不僅在建筑材料領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值,其在智能建筑、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建筑加固改造等方面也意義重大,但其本身釋放的納米顆粒對(duì)動(dòng)植物造成的危害是不容忽視的。目前要解決納米材料在建筑中帶來(lái)的問(wèn)題,關(guān)鍵是要從源頭上控制納米顆粒物的危害。主要措施是:生產(chǎn)應(yīng)用納米材料的各個(gè)工業(yè)環(huán)節(jié)應(yīng)防止材料的泄漏,研究設(shè)計(jì)納米材料建筑廢棄物的分離和提純方法,制定相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),降低健康風(fēng)險(xiǎn);同時(shí)提升和改善納米材料本身的性能,減少納米顆粒的使用,延長(zhǎng)其使用壽命,并保證在其全壽命周期內(nèi)的安全;提高納米材料再回收、再利用和再處理技術(shù)[20],研究開發(fā)可循環(huán)利用的新材料,避免由于材料更換帶來(lái)的二次污染。

4 結(jié)論

本文總結(jié)了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外建筑業(yè)所使用的一些綠色建筑材料,對(duì)比分析了現(xiàn)階段綠色建材的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用狀況,結(jié)果表明,現(xiàn)在的綠色建筑材料普遍存在生產(chǎn)成本高、制作工藝復(fù)雜、材料單一、不可重復(fù)利用等問(wèn)題。這些問(wèn)題為未來(lái)綠色建材的發(fā)展指明了方向:

(1) 注重多種材料的復(fù)合使用。研制開發(fā)復(fù)合材料,包括物理材料與化學(xué)材料的復(fù)合,有機(jī)材料與無(wú)機(jī)材料的復(fù)合等,以彌補(bǔ)某種單一材料所存在的缺陷,發(fā)揮材料各自的優(yōu)勢(shì),改善其工作性能。

(2) 注重材料的循環(huán)利用。建筑作為自然環(huán)境的一部分,只有注重建筑材料的循環(huán)利用,未來(lái)的建筑才能朝著低碳、綠色的方向發(fā)展。將新型材料應(yīng)用于建筑中,不僅要關(guān)注其是否帶來(lái)建筑能耗的減少,還要強(qiáng)調(diào)能源和材料循環(huán)化利用,盡可能使用廢棄物回收利用加工而成的再生能源,少使用天然能源。

(3) 開發(fā)研制新材料、新技術(shù)以改善現(xiàn)有材料在綠色建筑應(yīng)用中的缺陷和不足。關(guān)注新型建筑材料在其全壽命周期的使用過(guò)程中對(duì)空氣、水體、土壤以及生物體的影響,趨利避害,使建筑材料朝著多元化、多功能化的方向發(fā)展,并確保產(chǎn)品有益于人體健康,改善生活環(huán)境。

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A Review of Research and Application of Green Building Materials and Their Developing Trends

ZHENG Jie, CHEN Jing-heng, LEI Zhen-dong, ZHENG Shan-suo, LIU Wei

(ArchitecturalDesignInstitute,Xi'anUniversityofArchitectureandTechnology,Xi'an710055,Shaanxi,China)

In this study, the research status and practical application of frequently used green building materials were surveyed, in addition to a brief analysis of existing problems in the current study. The potential negative effects of existing green building materials were discussed and developing trends in green building materials were forecast. We conclude, in the future development of green building materials, attention should be given across the complete suite of materials used in order to give full play to the advantages of various materials and to make up for any defects in a single material; attention should also be paid to the use of recycled materials to avoid secondary pollution caused by the material substitution; research and development of new materials and new technologies should be encouraged to improve the defects and deficiencies of existing materials used in green buildings.

green building materials; green buildings; energy conservation; potential negative effect; developing trend

2016-10-21 基金項(xiàng)目:國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2013BAJ08B03,2015BAL01B02-04 );國(guó)家自然科學(xué)基金(51678475);教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金(20136120110003)

鄭 捷(1988-),女,陜西西安人,講師,從事建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。E-mail:julie1314fl@126.com。

TU375.1

A

1000-0844(2016)06-0985-06

10.3969/j.issn.1000-0844.2016.06.0985