民用建筑用材指標(biāo)的現(xiàn)狀研究

肖忠明 杜勇 朱文尚 張金山 歐東 王秀蘭

（1中國建筑材料科學(xué)研究總院有限公司，北京 100024；2重慶科技學(xué)院，重慶 401331）

鑒于民用建筑所用建材的生產(chǎn)能耗、使用量存在的數(shù)據(jù)零散、評價標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)計方式的多樣化現(xiàn)狀，本文對建材相關(guān)政策/標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范、建材生產(chǎn)原料消耗/過程能源消耗限額、建材使用等情況進(jìn)行了調(diào)研，通過文獻(xiàn)分析、實際案例調(diào)研，考察民用建筑所用大宗建筑材料生產(chǎn)方式及其能耗、統(tǒng)計方法和評價指標(biāo)。

1 當(dāng)今建筑材料產(chǎn)品現(xiàn)狀

隨著技術(shù)發(fā)展，建筑材料的品種也在隨之改變。在當(dāng)今，我國的建筑材料品種繁多、性能各異，為滿足不同的設(shè)計要求，新材料不斷涌現(xiàn)。

常用的幾類建筑材料有：1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)：水泥基材料（水泥、礦物摻和料、砂子、石子、外加劑等）、砌塊（黏土磚、頁巖磚、灰砂磚、混凝土砌塊等）、鋼材（鋼筋、盤條）；2）保溫材料：有機(jī)材料（硬泡聚氨酯、聚苯乙烯板）、無機(jī)非金屬材料（水泥珍珠巖、發(fā)泡水泥板、瀝青玻璃棉氈等）、新型材料（有機(jī)、無機(jī)復(fù)合）以及輔材；3）門窗用材：框架用材（鋁型材、塑鋼型材等）、玻璃（中空玻璃、鍍膜玻璃）以及輔材；4）裝飾裝修用材料：防水材料（有機(jī)和無機(jī)防水材料）、陶瓷、石膏板、涂料等；5）其他用材：管材（鋼管、PVC管材等）、鋼材、木材。

2 已有研究的建筑建材統(tǒng)計對象

在建筑產(chǎn)品施工過程中，使用的建材種類繁多，數(shù)量不一。統(tǒng)計所有建材的數(shù)據(jù)是不切實際的，以往研究也僅關(guān)注主要建筑材料，見表1。但是，對于單位能耗量較高或可能產(chǎn)生重大環(huán)境影響的小部分建材，忽略統(tǒng)計會導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)大的偏差。對此，有必要對影響民用建筑建造能耗的關(guān)鍵建筑材料進(jìn)行調(diào)查研究。

表1 部分文獻(xiàn)所涉及的主體建筑材料

3 影響民用建筑建造能耗的關(guān)鍵建筑材料

3.1 界定民用建筑主體建材考慮因素

隨著我國對環(huán)境、資源保護(hù)力度的加大，我國的建筑材料在傳統(tǒng)的鋼筋、水泥、玻璃、陶瓷、木材五大建材基礎(chǔ)上，呈現(xiàn)多種發(fā)展趨勢和方向。

3.1.1 混凝土/砂漿的生產(chǎn)方式

圖1 2006年-2017年全國商品混凝土產(chǎn)量

預(yù)拌混凝土、砂漿取代現(xiàn)場拌制，改變了建筑工程用建材的形式，水泥轉(zhuǎn)變成預(yù)拌混凝土、砂漿的原材料。具體商品混凝土產(chǎn)量和增長率見圖1。

同時，由于礦物摻和料的使用、采用機(jī)制砂石替代天然骨料，以及砂、石骨料運輸距離的延長，單純的水泥能耗已不能代表水泥基材料的能耗，見表2。從表2可見，單位混凝土所用砂、石骨料的能耗與所用水泥的能耗基本相當(dāng)，兩者占到混凝土能耗的93%。而水和外加劑的能耗占比小于0.1%，可忽略不計。

表2 混凝土構(gòu)成及能耗分布[7-8]

3.1.2 裝配式建筑興起[9-10]

隨著勞動力成本的快速提升，國家和地方政府站在可持續(xù)發(fā)展的角度上，不斷朝著裝配式結(jié)構(gòu)體系發(fā)展。在大力推動鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)等裝配式建筑發(fā)展中，不斷提高裝配式建材應(yīng)用比例，并形成了如裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)、裝配式框架結(jié)構(gòu)等多種形式的裝配式建筑技術(shù)，編制了《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ1-2014）、《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ355-2015）等相應(yīng)技術(shù)規(guī)程。因此，水泥基制品、構(gòu)件等建材產(chǎn)品將在民用建筑建造資源消耗中產(chǎn)生不可忽視的影響。

3.1.3 鋁型材的使用

建筑業(yè)是鋁材的三大主要市場之一，世界上鋁產(chǎn)量的20%左右用于建筑業(yè)，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家的建筑業(yè)用鋁量已占其總產(chǎn)量的30%以上。中國已在工業(yè)與民用建筑中應(yīng)用鋁合金制作屋面、墻面、門窗等，并逐漸擴(kuò)及內(nèi)外裝飾、施工用模板等。特別是在公共建筑中，鋁材被大量應(yīng)用，如北京新機(jī)場屋頂采用C型柱鋁結(jié)構(gòu)采光頂系統(tǒng)，總重5.2萬噸，屋面鋼構(gòu)達(dá)4.2萬多噸；屋頂鋁板總面積18萬平米；采用鋁合金蜂窩板的吊頂面積30萬平方米。近年來，鋁型材產(chǎn)、消量見圖2。

圖2 2010年-2017年鋁材生產(chǎn)及消耗量

3.1.4 加氣混凝土的發(fā)展

2017年，現(xiàn)澆類泡沫混凝土持續(xù)快速增長，尤其是在土建領(lǐng)域、礦山及采空區(qū)回填、泡沫混凝土現(xiàn)澆墻體等領(lǐng)域的應(yīng)用日趨成熟，工程量實現(xiàn)較大程度的增長。與幾年前的情況相比，目前現(xiàn)澆泡沫混凝土數(shù)量已大大超過制品類。而且，泡沫混凝土在裝配化建筑、綠色建筑、被動房、海綿城市建設(shè)等熱點、新興建筑領(lǐng)域中的得到了推廣應(yīng)用。全行業(yè)現(xiàn)澆泡沫混凝土應(yīng)用實現(xiàn)了15%左右的年增長率，全年泡沫混凝土總產(chǎn)量預(yù)計超過4000萬m3，居全球第一位。其他類加氣混凝土制品也在建筑節(jié)能要求中在民用建筑中得到了廣泛應(yīng)用。

3.1.5 我國建筑業(yè)對主要建筑材料的界定

2017 年《中國建筑業(yè)統(tǒng)計年鑒》將主要建筑材料界定為：鋼材（846261917 噸）、木材（448864135 立方米）、水泥（2128685619噸）、玻璃（184771834重量箱）和鋁材（55750444噸）五種。

3.1.6 建筑材料對建筑能耗的影響權(quán)重案例分析

建筑材料品種繁多，但每種建筑材料在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的用量不同、生產(chǎn)能耗不同，最終影響其在整個建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的能耗權(quán)重。對于建筑材料的生產(chǎn)能耗，文獻(xiàn)[8]進(jìn)行了全面的統(tǒng)計（統(tǒng)計邊界為從原材料開采加工到產(chǎn)品出廠），見表3。據(jù)初步統(tǒng)計，鋁材、鋼材、玻璃的能耗分別是水泥的17倍、8倍、2.4倍。而石灰、PVC材料、涂料、保溫材料等的生產(chǎn)能耗大于水泥能耗，由于其在民用建筑中的用量很少，一般可忽略不計。

本文對于不同材料對民用建筑建造能耗的影響權(quán)重，分別以北京新機(jī)場主航站樓、多層框架結(jié)構(gòu)商住房、以及文獻(xiàn)統(tǒng)計的不同結(jié)構(gòu)商住建筑為例，結(jié)合表4進(jìn)行分析。

表3 主要材料的含能及碳排放[8]

1）對于公共建筑，以北京新機(jī)場主航站樓為例，建筑概況和各種建筑材料的構(gòu)成如下：

①主航站樓建筑面積70萬平方米；

②混凝土結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)共澆注混凝土166萬立方米，綁扎鋼筋32萬；

③屋頂采用C型柱鋁結(jié)構(gòu)采光系統(tǒng)，總重5.2萬噸，屋面4.2萬多噸；

④吊頂面積30萬平方米，采用鋁合金蜂窩板，厚度1.5厘米；

⑤整個建筑共用玻璃板12800 塊。其中，立面玻璃4500塊（直面12+18A+12中空雙銀LOW-E鋼化超白玻璃，傾斜面選用12+12A+10+1.52PVB+10中空雙銀LOW-E鋼化夾膠超白玻璃，2250×3000mm，單重550公斤[11]）；屋面采光異形玻璃8100塊（12+18Ar+6+2.28SGP+6超白鋼化中空雙銀LOW-E夾膠玻璃[12]）；

⑥估算采光玻璃面積：屋頂鋁板總面積18萬平米，屋頂總投影面積31.3萬平米，則采光面積為31.3-18=13萬平米；

⑦屋面采光玻璃總量：130000×0.042×2.6=14196噸；

⑧立面玻璃總重：4500×0.55=2475噸；

⑨屋頂鋁板總重：180000×0.015×2.8=7560噸；

⑩吊頂鋁板總重：300000×0.015×2.8=12600噸；

?模板用木材：按每立方米混凝土用模板2.2平米計，模板厚度18毫米，所用木材為65736立方米。

北京新機(jī)場主航站樓主要建筑材料能耗、各種建筑材料能耗比例見表4，對于公共建筑而言，鋼材為其主要的能耗源，占比達(dá)到了70%以上；其次為混凝土，占比為23%；鋼材和混凝土的能耗占到了建筑建材能耗的90%以上。而木材的能耗僅占0.56%。

表4 北京新機(jī)場主航站樓主要建筑材料能耗、各種建筑材料能耗比例

2）對于商住建筑，以多層框架結(jié)構(gòu)為例，每平方米建筑建筑材料用量大概如下：

表5 單位建筑面積多層框架居住建筑主要建筑材料能耗、各種建筑材料能耗比例

①鋼筋40kg；

②混凝土0.34m3；

③室外門窗0.22m2，折合平板玻璃0.44m2（雙層），單層厚6mm，則為6.86kg；

④模板2.2m2，厚度平均18mm，則為0.04m3；

⑤抹灰面積2.5m2，厚10mm，則為0.025m3；

⑥沾灰面積2m2，厚10mm，則為0.02m3；

⑦砌筑砂漿0.055m3；

⑧建筑陶瓷2m2；

⑨標(biāo)準(zhǔn)磚120 塊，折合0.21m3；或加氣混凝土砌塊0.21m3。

多層框架結(jié)構(gòu)商住建筑主要建筑材料能耗、各種建筑材料能耗比例見表5。從表5看出，對于多層框架結(jié)構(gòu)商住建筑而言，鋼材仍為其主要的能耗源，占比在45%左右；其次為水泥基材料，占比在40%左右；兩者的能耗占到了建筑建材能耗的82%左右。建筑陶瓷的能耗在10%左右，玻璃的能耗在5%～6%之間，而木材的能耗小于2%。

3）不同結(jié)構(gòu)民用建筑，建筑基本情況、材料及能耗見表6、表7，據(jù)此計算的不同建材能耗占比見表8。

從表8的結(jié)果看出，對于磚混結(jié)構(gòu)商住建筑、框架結(jié)構(gòu)剪力墻商住建筑和全剪力墻商住建筑而言，鋼材所消耗的能源最多，其次為水泥和混凝土，砌材位列第三，而其他建材占比小于1%。

表6 案例建筑基本情況[13]

表7 不同結(jié)構(gòu)建筑碳排放[13]及換算單位建筑面積建造能耗

3.1.7 民用建筑主要建筑材料的界定

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料、統(tǒng)計年鑒等分析，所涉及的民用建筑主要建筑材料主要包括：鋼材、水泥基材料、玻璃、鋁材和木材五大類，以及石灰、瀝青卷材等。

但結(jié)合我國建筑業(yè)和建筑材料的發(fā)展、民用建筑材料的使用以及在整個民用建筑建造能耗的占比，鋼材是影響民用建筑建造能耗最主要材料，水泥基材料位列第二，建筑陶瓷和玻璃第三。雖鋁材在商住建筑中的用量較小，但在公共建筑中的用量巨大、且成增長趨勢，因此應(yīng)考慮在內(nèi)。而木材雖在《中國建筑業(yè)統(tǒng)計年鑒》中作為主要建筑材料，但其在整個民用建筑建造能耗中占比較小，可忽略不計。

表8 不同材料所占能耗比例

因此，現(xiàn)階段我國民用建筑用主要建筑材料清單如下：1）鋼材，包括鋼筋、盤條，不涉及水暖等用管材；2）預(yù)拌混凝土及砂漿，包括混凝土、砂漿及構(gòu)件，所用原材料為水泥、礦物摻和料、砂子、石子等；3）砌材，包括燒結(jié)磚、灰砂磚、混凝土砌塊、加氣混凝土砌塊等；4）鋁材，包括鋁型材、鋁合金板材；5）平板玻璃；6）建筑陶瓷。

4 建筑材料能耗限額標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)狀

4.1 建筑材料單位產(chǎn)品能耗限額標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

通過查詢，我國大部分建筑材料產(chǎn)品頒布實施了單位產(chǎn)品能耗限額標(biāo)準(zhǔn)，見表9。

表9 單位產(chǎn)品能耗標(biāo)準(zhǔn)匯總表

其中，鋼鐵、水泥、玻璃、陶瓷、木材、電解鋁及鋁合金熱擠壓型材、鋁合金建筑材料、巖棉及其制品、玻璃纖維等產(chǎn)品能耗限額標(biāo)準(zhǔn)為國家標(biāo)準(zhǔn)；木材、鋁合金建筑材料兩個標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定了邊界條件、統(tǒng)計方法，但并未給出具體的限額值?；炷羻挝划a(chǎn)品能耗限額國家標(biāo)準(zhǔn)正在制定中，征求意見稿給出了能耗限制；北京市也正在制定混凝土和預(yù)拌砂漿單位產(chǎn)品能耗限額地方標(biāo)準(zhǔn)。此外，浙江已經(jīng)頒布實施了蒸壓加氣混凝土單位能耗限額地方標(biāo)準(zhǔn)，天津頒布實施了擠壓鋁型材單位產(chǎn)品能耗限額地方標(biāo)準(zhǔn)。而作為混凝土主要材料的砂石骨料，能耗僅見于文獻(xiàn)資料（表10）。

表10 天然砂石單位產(chǎn)品能耗計算

4.2 我國主要行業(yè)和部門節(jié)能目標(biāo)

“十二五”“十三五”期間，我國制定了主要行業(yè)和部門節(jié)能目標(biāo)。與建筑建材能耗相關(guān)的目標(biāo)見表11。

表11 我國主要行業(yè)和部門節(jié)能目標(biāo)

5 結(jié)語

我國的建筑材料種類繁多、新型建材層出不窮，建材生產(chǎn)能耗、使用量在評價標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)計方式方面存在顯著差異，現(xiàn)階段尚無民用建筑用材的直接統(tǒng)計數(shù)據(jù)、指標(biāo)體系和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)及統(tǒng)計制度。通過對既有統(tǒng)計對象、影響民用建筑建造能耗關(guān)鍵建材影響因素進(jìn)行調(diào)查，考察了主體建材生產(chǎn)使用方式、建筑節(jié)能需求、建筑結(jié)構(gòu)及層高影響，結(jié)合典型案例分析及主要統(tǒng)計資料界定，確定了民用建筑用大宗建材主要為鋼材、水泥、玻璃、陶瓷及鋁型材五類。但，為了對民用建筑用材更準(zhǔn)確的統(tǒng)計工作，其統(tǒng)計對象、指標(biāo)、方式及評價標(biāo)準(zhǔn)，仍需根據(jù)民用建筑業(yè)建造方式、功能化發(fā)展而持續(xù)完善。