山東農村墻體材料節(jié)能技術應用研究

呂世凱LV Shi-kai；于淑萍YU Shu-ping

（山東協(xié)和學院，濟南 250109）

0 引言

隨著我國農村在經濟、資源、環(huán)境方面不斷發(fā)展壯大，國家大力推廣新農村的建設的政策逐步實施，農村住宅建筑節(jié)能技術的應用在我國能源規(guī)劃中不斷提高其重要地位。建筑物的墻體對建筑物起到外部圍護的作用，同時也是建筑節(jié)能研究的重要對象，被列為農村住宅建筑節(jié)能發(fā)展重點關注對象。在深入對農村建筑墻體類型和材料研究的基礎上，包括目前應用現(xiàn)狀和存在的問題，對墻體節(jié)能構造的技術手段進行深入研究，作為建筑墻體材料節(jié)能的依據，為農村住宅建筑墻體節(jié)能提供理論依據。

黨的十九大，“三農”工作被進一步要求高度重視的同時提出了鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略。在該戰(zhàn)略背景下農村住宅建設全面發(fā)展[1]。在我國農村地區(qū)住宅建設總量提高同時，建筑能耗總量同時也是驟增的狀態(tài)且有超城鎮(zhèn)的勢頭。如何降低農村住宅能耗是目前亟需解決的問題。但目前并不樂觀，究其原因，首先缺乏專門針對農村住宅建設的規(guī)范體系，其次也沒有普遍使用新型墻體材料。

我國長久以來在城鎮(zhèn)建筑節(jié)能上做了大量工作且取得了較大的成就，雖然國家近年來逐步增加對農村建筑節(jié)能的關注，但是由于住宅建筑在城鎮(zhèn)和農村存在較大差別的原因，農村住宅節(jié)能不宜直接強搬硬套城鎮(zhèn)建筑節(jié)能技術。因此，探尋適合農村住宅建筑節(jié)能的技術和措施意義重大[2]，因此應將其作為研究重點，特別是建筑節(jié)能技術在山東農村住宅中的技術應用層面。

1 調研地區(qū)概況

調研范圍定位在濟南周邊聊城、濱州、德州、泰安等地的農村，屬于魯西北和魯中，隸屬華北平原。調研地區(qū)的經濟在山東比較落后，在氣候劃分上屬于寒冷地區(qū)。該地區(qū)屬于北方平原，從人口、環(huán)境、資源等方面均體現(xiàn)傳統(tǒng)農村特點。

2 調研地區(qū)農村住宅建筑現(xiàn)狀

選擇山東農村典型地區(qū)為調研區(qū)，對其住宅建筑的類型、墻體結構類型及使用材料、熱工性能、當地居民冬夏季改善室內熱環(huán)境的狀況及要求。

2.1 調研時間

為了取得更符合實際的數據，調查組從2021 年7 月至2021 年11 月間進行了四次現(xiàn)場調研，包括節(jié)能建筑材料制品有限公司、聊城、濱州、德州、泰安等地的農村，選擇山東農村有代表性的建筑的夏季室內外熱環(huán)境測試和冬季室內外熱環(huán)境測試。

2.2 調研對象、內容及方式

調研對象為濟南周邊的聊城農村、濱州農村、德州農村、泰安農村等。以農村住宅建筑現(xiàn)狀為內容進行現(xiàn)場實地調研，具體指標包括結構形式、住宅面積大小、住宅朝向、墻體材料、地板、門窗及屋面材料及構造做法。住宅建造時間、成本、居民的生活及起居習慣、室內的熱舒適度，采集室內熱環(huán)境指標等。調研方法有現(xiàn)場調研、發(fā)放問卷調查、訪談、測試等多種方式相結合的手段進行。

2.3 調研結果分析

2.3.1 建筑概況

從表1 中數據可以發(fā)現(xiàn)，當地居民住宅建筑大多是2000 年后建設的，占比高達54.2%，20 世紀90 年代建造的24.6%的住宅屬于比較新的住宅。建筑朝向絕大部分坐北朝南（占比85%），住宅類型以普通平房為主（占比85.4%）[3]。

表1 調研地區(qū)建筑概況調查結果

2.3.2 室內熱環(huán)境調研

從調研數據可以看出，山東農村冬季室內溫度普遍偏低，居15℃以下水平。對比國家強制規(guī)范對室內空氣質量標準中冬季標準溫度16-24℃，顯然農村冬季室內熱環(huán)境質量較差。

調研對象中僅有21.2%的家庭達到冬季室內標準室溫。因此，農村住宅冬季室溫溫度普遍較低，在理想標準的舒適狀態(tài)以下。

2.3.3 圍護結構

通過數據調查，山東農村住宅建筑的外墻材料多數為無保溫層的水泥砂漿。農村現(xiàn)在的生活能源除家電外，冬季傳統(tǒng)的煤炭取暖逐漸被天然氣取暖所替代。

2.3.4 山東地區(qū)農村住宅建筑所存在的問題

通過調研數據，調研地區(qū)農民對室內溫度標準化、更舒適方面提出了更高的追求，50%以上家庭反映冬季室內溫度偏低，舒適性差。農村住宅新型墻體材料使用率較低，維護結構熱工性能差。最后，得出結論：墻體是影響室內熱環(huán)境的因素之一，對于某些項目的研究發(fā)現(xiàn)，雖然采用了新型的墻體材料，由于未將其合理運用且研究墻體構造措施又少，保溫措施缺乏，室內熱環(huán)境溫度過低，主要還是依靠供暖保證室內熱舒適度，更未做到建筑節(jié)能的目的。因此，在關注提高墻體材料等級的基礎上，還要改進墻體材料的構造方式，形成山東農村住宅節(jié)能的理論基礎。

3 山東地區(qū)新型墻體材料

山東地區(qū)的新型建筑墻體材料主要包括三類，主要是燒結類、蒸壓類和澆筑類。

3.1 燒結類墻體材料

該類材料的形成過程為將頁巖空心磚、砌塊與高效保溫材料進行復合，再燒結成頁巖復合的保溫材料，可以是保溫空心磚，也可以是保溫砌塊。目前，常用的為填充性燒結保溫空心砌塊、空心磚，也就是在空心磚或砌塊的孔洞內填充保溫材料進而達到保溫和節(jié)能的目的。圖1 所示為燒結磚砌塊。

圖1 燒結磚砌塊

3.2 蒸壓類墻體材料

蒸壓加氣混凝土板是一種輕質建筑維護結構材料，該種材料內部孔隙率極高，不僅自重輕，提高建筑使用性能，而且較高的孔隙率提高了材料的保溫隔熱性能。圖2 為蒸壓加氣混凝土板。

圖2 蒸壓加氣混凝土板

3.3 澆筑類墻體材料

復合自保溫砌塊具備的特點包括：導熱系數小，可以將常用的墻體厚度降低從而達到減輕建筑物本身自重的目的；材料強度高且不易開裂；砌塊與EPS 一次壓制符合成型，成為整體式磚砌塊且耐久性強；砌塊平整，施工簡單，提高施工效率。自保溫砌塊外型簡單，端部槽口可以有效阻隔熱橋，提高了砌塊的熱工性能。圖3 為現(xiàn)澆混凝土自保溫砌塊。

圖3 現(xiàn)澆混凝土自保溫砌塊

4 山東農村住宅建筑新型墻體材料的應用

除去外部客觀因素，就建筑物本身而言，建筑物室內熱環(huán)境的決定因素為建筑物的外部圍護結構構建的熱工性。但是，作為建筑物外部圍護結構的墻體，其材料的熱工性能影響因素較多，因此本文在對不同墻體材料的導熱系數進行計算時借助PTemp 軟件模擬[4]，然后根據規(guī)范的要求計算出不同墻體材料傳熱系數的平均值，得出結構性熱橋對外墻熱工性能的影響程度及處于不同實際環(huán)境中不同建筑維護結構墻體材料的熱工性對規(guī)范滿足程度的結論，對比分析出熱工性能更好的建筑墻體材料。

農村住宅建筑以三層及以下較普遍，其承重結構材料的選擇本著高強度的特點，選擇原本作為框架結構填充墻體材料的蒸壓加氣混凝土砌塊。在對蒸壓加氣混凝土砌塊在不同結構類型的建筑中單位平均傳熱系數計算和研究的過程中，發(fā)現(xiàn)即使傳熱系數在主斷面上一致，不同結構類型的建筑物的熱量流失卻不相同。研究表明，框架結構熱橋處的熱量流失大于砌體結構熱橋處的熱量流失，且高達1.42 倍[5]。對不同結構類型的熱橋處理效果也不相同，當對熱橋處采用同樣厚度的保溫材料處理后，框架結構單元墻體的平均傳熱系數降低高于砌體結構的降低數值，高出8.9%的水平。

在對山東農村住宅建筑墻體材料研究過程中，上述墻體材料在節(jié)能限制要求方面均能滿足規(guī)范相關規(guī)定的要求，但是通過軟件模擬、計算、數據分析發(fā)現(xiàn)，在防止熱量流失量起到顯著作用的是對墻體處的熱橋采取處理措施，提高室內熱環(huán)境的質量，在建筑節(jié)能方面達到較好效果，節(jié)能效果的程度因熱橋處理方式不同而不同。

5 對建筑墻體節(jié)能技術進一步發(fā)展展望

我國依據國情對墻體改革不斷進行調整。粘土質墻體材料逐漸被非粘土質墻體材料取代，實心產品逐漸被非實心產品取代，小塊產品逐漸被中大塊產品取代，塊狀產品逐漸向板狀產品發(fā)展，墻體由單一性向復合型發(fā)展，輕型墻體逐漸取代厚重墻體，現(xiàn)場干作業(yè)逐漸取代現(xiàn)場濕作業(yè)。根據以上趨勢，將結構墻體與高效保溫材料形成的輕質、隔熱、防火、高效保溫材料應運而生。該種材料是實現(xiàn)了墻體不加厚甚至減薄的同時，達到了節(jié)能效果，既實現(xiàn)了經濟效益，同時也滿足了社會效益和環(huán)境效益。據國內外研究發(fā)現(xiàn)，保溫材料在國外不僅種類多，而且質量好，礦（巖）棉、玻璃棉、泡沫塑料在美國、日本、俄羅斯產銷量占80%以上[6]，相對于我國而言，這三種保溫材料的市場占有量僅為20%，我國目前仍以膨脹珍珠巖為主。在使用方面，我國和國外的應用范疇差別也很大。工業(yè)化越發(fā)達的國家保溫材料被用于建筑業(yè)的比率越高，達到70%-90%[7]；我國正好相反，大約80%的保溫材料應用于工業(yè)，特別是高效保溫材料的應用更小，僅在個別試點小區(qū)或舊房改造工程中運用。究其原因，造價高是一方面的原因，沒有形成系統(tǒng)、配套的設計配套方案是運用較少的主要原因，所以推廣應用較少[8]。所以，用在政策法規(guī)、投資向導、指定設計施工規(guī)范、合理布局、引進國內外研發(fā)技術、重點關注產品質量，這不僅是墻體改革的要求，更是高效保溫材料的要求[9]。

6 結論

根據以上對山東農村墻體材料節(jié)能技術研究，得出以下結論：

①山東省屬于夏熱冬冷地區(qū)，通過對農村地區(qū)的調查研究得出適合于當地的建筑新型墻體材料類屬。通過對選取的五種新型墻體材料進行軟件模擬、計算、分析其對農村居住建筑節(jié)能設計標準的符合程度，對墻體傳熱系數和熱惰性指標限值均滿足要求。對山東農村住宅建筑墻體保溫材料性能適用性進行次序排列為：復合自保溫材料優(yōu)于單一材料自保溫砌塊，燒結頁巖空心磚、多孔磚保溫性能則較差。

②對墻體材料保溫性能計算數據表明，想要獲得墻體保溫的理想狀態(tài)，單純靠提高墻體保溫材料的性能并不能達到。研究表明，僅提高前提保溫材料性能確實可以通過對熱橋流失熱量進行一定的補充來滿足規(guī)范中熱工限值的要求，但是更理想的方法是在提高墻體保溫材料自身性能的基礎上做好避免熱橋處熱量流失的措施。對墻體保溫材料的熱橋處理得當，可以減少大約20%～50%的熱量損失，為農村住宅建筑的節(jié)能提供了理想的措施。

③當農村建筑類型為砌體結構時，墻體建筑材料可以選擇燒結頁巖多孔磚或蒸壓加氣混凝土砌塊。在主體材料作為承重結構的砌體結構中，相比于框架結構，主體材料所占面積較大，熱橋處面積較小導致對整體結構熱工影響小，砌體結構的平均傳熱系數小于框架結構。但是砌體結構引起本身施工工藝簡單、施工成本低、特別是使用蒸壓加氣混凝土砌塊因其良好的熱工性能在農村住宅建筑中普遍使用，且具備對室內舒適度要求滿足的條件。

④在農村地區(qū)部分住宅框架結構建筑，對墻體材料的選擇性較廣泛，可以是燒結頁巖空心磚或復合保溫空心磚、蒸壓加氣混凝土砌塊、混凝土自保溫或復合保溫砌塊。熱橋處理根據計算數據分析，可以得出建筑結構一體式復合保溫免拆模板熱橋保溫的全包式結構優(yōu)于半包式結構，全漏式結構效果最差。因此，在農村住宅建筑墻體材料選擇方案優(yōu)選建筑結構一體式的復合保溫免拆模板熱橋處理方式+斷橋全包或者半包的方式。