建筑節(jié)能材料對民用建筑設(shè)計的影響分析

陳理俊

南通勘察設(shè)計有限公司蘇州分公司 江蘇 蘇州 215004

建筑節(jié)能材料就是指具有節(jié)能環(huán)保性能的材料，比如：可以輔助提升建筑物能源利用率的保溫材料；再比如：本身具有節(jié)能性的高分子材料等。將建筑節(jié)能材料運(yùn)用到建筑設(shè)計中，主要思路是在建筑物的各個結(jié)構(gòu)設(shè)計部分，采用建筑節(jié)能材料，提升各結(jié)構(gòu)的節(jié)能性水平，主要可以運(yùn)用到建筑物的門窗結(jié)構(gòu)設(shè)計、外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計與幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中。在民用建筑設(shè)計中，要想充分發(fā)揮建筑節(jié)能材料的應(yīng)用優(yōu)勢，還需要根據(jù)具體的民用建筑建設(shè)需求，合理使用不同的建筑節(jié)能材料，從而打造出能夠滿足人們使用需求、符合建筑節(jié)能化發(fā)展需求的民用建筑設(shè)計方案。

1 民用建筑設(shè)計中的建筑節(jié)能材料及其發(fā)展趨向

根據(jù)《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》中對我國綠色建筑的定義，設(shè)計人員采用建筑節(jié)能材料進(jìn)行民用建筑設(shè)計，需要確保在建筑的全生命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源，包括：節(jié)約材料、節(jié)約能源、節(jié)約資源等，保護(hù)環(huán)境、減少污染，為人們提供健康舒適的空間，打造人與自然和諧相處的民用建筑環(huán)境。由此可見，民用建筑設(shè)計中的建筑節(jié)能材料，主要具有：改善建筑建設(shè)的環(huán)境污染、提高建筑物廢棄物利用率、提升建筑物節(jié)能性的特點(diǎn)，能夠滿足這些特點(diǎn)的材料，則可以成為建筑節(jié)能材料。根據(jù)現(xiàn)階段的民用建筑設(shè)計情況來看，常見的建筑節(jié)能材料包括：外墻保溫材料、高分子材料（防水卷材）、建筑廢棄物再利用的砌塊體、具有較強(qiáng)密封性的玻璃材料等。以高分子材料為例，高分子防水卷材近些年在國內(nèi)得到了較大的發(fā)展，主要類型包括：氯化聚乙烯。三元乙丙橡膠、聚氯乙烯、聚丙烯、乙丙橡膠等。高分子材料具有柔性、耐溫性、耐化學(xué)性，可以用于熱空氣焊接，并且在燃燒時不會污染環(huán)境，具有較強(qiáng)節(jié)能環(huán)保特點(diǎn)，符合民用建筑設(shè)計需求。

根據(jù)現(xiàn)階段民用建筑設(shè)計情況，現(xiàn)階段我國綠色建筑材料的應(yīng)用發(fā)展趨向如下。

第一，將廢棄物作為綠色建筑材料的原材料。采用建筑廢棄物、建筑回收物作為原材料的建筑節(jié)能材料比比皆是，這些建筑節(jié)能材料的原料來自于已經(jīng)拆除的廢棄建筑物，能夠有效解決建筑垃圾增多的問題。再比如：采用粉煤灰、煤矸石、礦渣、鋼渣、硫鐵礦廢渣等工業(yè)廢渣，代替少量黏土，采用燒結(jié)法進(jìn)行加工，獲得空心磚，這種空心磚就是建筑節(jié)能材料?；蛘卟捎没瘜W(xué)石膏代替天然石膏制造石膏制品，節(jié)省天然石膏資源。再或者將爐渣等廢棄物摻入土中，制備形成結(jié)構(gòu)層材料；將硅灰、粉煤灰等廢棄物混入混凝土中形成新的混凝土混合料，用于建筑主體結(jié)構(gòu)中，形成新型墻體材料[1]。

第二，持續(xù)創(chuàng)新生態(tài)建筑材料工藝。在建筑節(jié)能材料工藝創(chuàng)新方面，人們對水泥石纖維結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，根據(jù)水化合物設(shè)計理論，荀澤最優(yōu)的硅酸鹽系礦物組成，創(chuàng)新混凝土外加劑的容易，形成超塑化劑。人們以納米技術(shù)創(chuàng)新硅鹽酸系膠凝材料的工藝，大幅度提高了水泥熟料的水化率。

2 建筑節(jié)能材料對民用建筑設(shè)計的影響

建筑節(jié)能材料出現(xiàn)的本質(zhì)目的是提高建筑材料的利用率，改善建筑物建設(shè)所帶來的建筑垃圾堆放、環(huán)境污染及能源資源消耗問題。建筑節(jié)能材料出現(xiàn)且推廣之后，直接改變了建筑設(shè)計的內(nèi)外環(huán)境，一方面人們對建筑設(shè)計提出了更多的要求，要求設(shè)計人員通過建筑設(shè)計活動運(yùn)用節(jié)能材料，形成具有節(jié)能、環(huán)保特點(diǎn)的建筑設(shè)計方案。另一方面建筑材料市場中節(jié)能材料的占比越來越大，傳統(tǒng)建筑材料逐漸退出舞臺，建筑節(jié)能材料逐漸成為建筑設(shè)計的主要要素，進(jìn)一步推動了民用建筑設(shè)計的發(fā)展。關(guān)于建筑節(jié)能材料對建筑設(shè)計造成的影響，還可以體現(xiàn)為如下三點(diǎn)。

2.1 驅(qū)動民用建筑設(shè)計的可持續(xù)發(fā)展

建筑行業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)支柱型產(chǎn)業(yè)之一，在社會市場經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的過程中，各地區(qū)建筑行業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，地區(qū)建筑項目逐年增多，其在國民經(jīng)濟(jì)體系中的地位愈發(fā)重要。但是相較于其他行業(yè)而言，建筑行業(yè)具有能源消耗大、投資金額高的特點(diǎn)，促使我國國民經(jīng)濟(jì)的總產(chǎn)值與能源開采量之間出現(xiàn)不對稱，這種不對稱關(guān)系會影響國民經(jīng)濟(jì)的長久發(fā)展?；诖朔N背景，為了進(jìn)一步降低建筑行業(yè)的能源消耗，人們研制出多種不同類型的建筑節(jié)能材料，而建筑設(shè)計人員為了盡可能提高建筑資源利用率而選擇使用節(jié)能材料，促使建筑設(shè)計環(huán)節(jié)具備節(jié)能特征，進(jìn)一步推動了建筑設(shè)計的發(fā)展。節(jié)能環(huán)保設(shè)計理念的提出與落實(shí)，有效解決了我國能源緊缺的情況，且這一理念在設(shè)計中的落實(shí)已經(jīng)成為行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[2]。

2.2 打造滿足人們需求的建筑設(shè)計方案

在現(xiàn)代社會市場經(jīng)濟(jì)水平不斷提升的背景下，人們對建筑物的需求也在逐漸提高，如何滿足人們?nèi)找嬖鲩L的建筑物品質(zhì)需求、使用需求，是當(dāng)前民用建筑設(shè)計中設(shè)計人員一直重點(diǎn)思考的問題。在以往的民用建筑設(shè)計中，為了滿足人們的居住需求，設(shè)計人員會采用大量的保暖保溫材料形成民用建筑設(shè)計方案，設(shè)計方案在落實(shí)的過程中產(chǎn)生較多的能源消耗，還會影響周圍的自然環(huán)境。雖然滿足了人們的需求，但是卻對周圍環(huán)境造成了不良影響。在建筑設(shè)計中，設(shè)計人員將建筑節(jié)能材料作為主要要素，分別調(diào)整建筑主體結(jié)構(gòu)、建筑物門窗屋頂、建筑物幕墻的材料、工藝，改善了原本的能源消耗情況，解決了環(huán)境污染問題。此時不僅可以滿足人們基本的房屋居住需求，更可以打造綠色節(jié)能型建筑，進(jìn)一步滿足人們的綠色健康理念需求。

2.3 提高了民用建筑設(shè)計的合理性

在民用建筑設(shè)計中，設(shè)計人員將建筑節(jié)能材料運(yùn)用到建筑設(shè)計環(huán)節(jié)，不僅可以提升建筑物的能源節(jié)約水平，也可以從整體上優(yōu)化對建筑物的規(guī)劃與控制，兼顧建筑設(shè)計中的成本、質(zhì)量、工藝與節(jié)能目標(biāo)，進(jìn)一步提升建筑物建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。近兩年，建筑行業(yè)內(nèi)科學(xué)技術(shù)的投入比重逐步增加，市面上各種節(jié)能材料被運(yùn)用于建筑設(shè)計中，“節(jié)能化”逐漸成為民用建筑設(shè)計的發(fā)展趨勢，這有利于建筑行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，促使建筑行業(yè)走上健康可持續(xù)發(fā)展之路。

3 發(fā)揮建筑節(jié)能材料對民用建筑設(shè)計影響的路徑

3.1 根據(jù)建筑節(jié)能理念規(guī)劃布局

在民用建筑設(shè)計中應(yīng)用建筑節(jié)能材料，設(shè)計人員需要在各個專業(yè)設(shè)計開始之前，從整體上定位民用建筑的節(jié)能方向，以便于之后有目的地選擇不同的建筑節(jié)能材料，提高建筑設(shè)計的系統(tǒng)性與整體性。在民用建筑設(shè)計中，建筑整體布局是否科學(xué)合理，直接影響著建筑物之后的節(jié)能性水平，也會影響建筑物建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。在設(shè)計工作開始之前，設(shè)計人員需要進(jìn)入建筑現(xiàn)場環(huán)境，通過實(shí)地考察的方式了解建筑設(shè)計需求，獲取建筑物建設(shè)場地、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水文特征、自然環(huán)境、光照與通風(fēng)情況、自然氣候條件等資料，將這些資料整合形成建筑物整體規(guī)劃布局的依據(jù)。這份實(shí)地考察資料，也是后期選擇建筑節(jié)能材料的依據(jù)，根據(jù)實(shí)際情況合理選擇材料，避免所選擇的建筑節(jié)能材料的某性能與自然環(huán)境、空氣溫度與濕度相脫離。

在民用建筑設(shè)計的整體規(guī)劃時，需要考慮不同位置、樓層、朝向的采光情況、通風(fēng)情況，考慮周圍的環(huán)境因素，在確保各個建筑物的樓間距合理的情況下，科學(xué)規(guī)劃每層的布局，盡可能確保建筑物內(nèi)部房屋功能最大化。

在實(shí)際設(shè)計中，設(shè)計人員必須要詳細(xì)了解建筑物施工中所使用的能源與資源情況，之后秉承節(jié)能、環(huán)保的理念，考慮周圍環(huán)境因素影響，將復(fù)雜因素納入設(shè)計方案內(nèi)，選擇符合建筑物功能需求的保溫材料、墻體材料、混凝土材料、玻璃材料等。

3.2 在墻體設(shè)計中使用節(jié)能材料

外墻結(jié)構(gòu)是民用建筑設(shè)計的重要構(gòu)成之一，在實(shí)際過程中，建筑物外墻的整體保溫性能直接影響建筑物的節(jié)能水平。根據(jù)現(xiàn)階段民用建筑設(shè)計的實(shí)際情況來看，大部分的外墻板材料均是巖棉板、玻璃面板、珍珠巖等，這些材料對施工技術(shù)的要求不高，可以滿足南北氣候需要，且隔熱效果良好。以巖棉材料為例，設(shè)計人員可以選擇巖棉材料作為建筑物墻體的主要材料，這是一種高性能的無機(jī)材料，不能被燃燒，不容易受潮，耐腐蝕性良好，是建筑節(jié)能材料中的首選。再比如符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的聚苯板材料。聚苯板就是指以聚苯乙烯樹脂為原料的材料，經(jīng)過技術(shù)改造之后這種材料具有較強(qiáng)的保溫效果、防震性能，將這一節(jié)能材料運(yùn)用于建筑設(shè)計中，可以有效提升建筑物外墻的節(jié)能性水平。

設(shè)計人員也可以根據(jù)民用建筑的外墻需求，選擇具有節(jié)能環(huán)保性能的、損耗較低的新型外墻材料，比如：EPS外墻保溫材料，這是一種全新的節(jié)能環(huán)保材料，可以在建筑物墻體外側(cè)搭建形成保溫隔熱體系，具有較強(qiáng)的化學(xué)性能穩(wěn)定性、更低的導(dǎo)熱系數(shù)，可以滿足建筑物的保溫性能、隔熱性能需求。

3.3 在屋頂與門窗設(shè)計中使用節(jié)能材料

屋頂、門窗設(shè)計是民用建筑設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，這兩個環(huán)節(jié)設(shè)計成果能夠影響建筑物的保溫性與密封性，從而影響建筑節(jié)能材料在建筑設(shè)計中的作用。在現(xiàn)代民用建筑設(shè)計中，屋頂設(shè)計一直是提升建筑物保溫與隔熱性能的重要環(huán)節(jié)，通過屋頂設(shè)計，提升建筑物的保溫性，避免冬季室內(nèi)熱量流失，避免夏季太陽輻射熱量過多地進(jìn)入室內(nèi)。常見的屋頂保溫措施包括：（1）正輻法；在民用建筑物屋頂?shù)姆浪畬酉路戒佋O(shè)一層具有較小導(dǎo)熱系數(shù)的輕質(zhì)材料，作為保溫層；（2）倒輻法；在民用建筑物的屋頂防水層上方鋪設(shè)一層聚苯乙烯泡沫，作為保溫層。另外，設(shè)計人員還可以采用其他的屋頂隔熱方法，撥入：采用泡沫水泥板、泡沫棉等有機(jī)合成材料作為屋頂?shù)母魺釋?。再比如：在屋頂安裝太陽能反光吸熱裝置，或者安裝太陽能電池板、安裝鏡面反射陣列等，采用多種不同的建筑節(jié)能材料提升屋頂?shù)谋馗魺崮芰?，完成屋頂部分的?jié)能設(shè)計[3]。

關(guān)于民用建筑的門窗結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計人員可以引入具有節(jié)能性的新型門窗材料，比如：中空玻璃材料、透明圍欄結(jié)構(gòu)等。透明圍欄結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的保溫隔熱性能，可以提升門框、窗框的密封性，降低內(nèi)部冷熱能源的流失。

3.4 在建筑物幕墻設(shè)計中使用節(jié)能材料

在部分民用建筑物中，設(shè)計人員還會為建筑物設(shè)計幕墻結(jié)構(gòu)，一方面是為了增加建筑物本身的節(jié)能水平，另一方面是為了獲取更好的審美效果，常見的幕墻為玻璃幕墻。在設(shè)計中，設(shè)計人員可以采用隱形框的玻璃幕墻、硅酮結(jié)構(gòu)膠；同時采用彈性材料填嵌窗框與墻體之間的分析，充分發(fā)揮節(jié)能材料的密封性優(yōu)勢。

常見的幕墻節(jié)能材料包括：（1）節(jié)能玻璃。上述“門窗”結(jié)構(gòu)設(shè)計中的中空玻璃就是常見的節(jié)能玻璃材料，一般分為多層中空結(jié)構(gòu)、雙層中空結(jié)構(gòu)。在選擇幕墻的節(jié)能玻璃材料時，可以選擇一些具有著色劑的玻璃材料，或者是在玻璃的表面噴灑吸熱著色氧化物，這樣就可以獲得吸熱玻璃。將吸熱玻璃材料作為幕墻的主要材料，可以很好地吸收太陽輻射帶來的紫外線、紅外線，將陽光中的大部分熱量吸收。此外，設(shè)計人員可以根據(jù)地區(qū)氣候溫度變化，選擇一種低輻射玻璃，這種玻璃可以在夏天反射紅外線，在冬季向室內(nèi)發(fā)射紅外線，可以起到自然調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的作用，具有較強(qiáng)的節(jié)能效果。（2）節(jié)能保溫材料。在民用建筑的幕墻設(shè)計中，對于非采光層部分，設(shè)計人員通常會使用一些單片玻璃作為幕墻材料，但是這種玻璃本身不是節(jié)能材料，更不具備節(jié)能環(huán)保特性，且在實(shí)際使用的過程中容易造成室內(nèi)冷熱空氣的大量流失。因此，設(shè)計人員可以采用具有環(huán)保性地填充材料進(jìn)行填充。（3）隔熱鋁合金型材。這種材料具有較強(qiáng)的個人性與氣密性，在實(shí)際使用中可以有效提升建筑物的節(jié)能效果。

除了上述這些之外，在民用建筑設(shè)計中，設(shè)計人員還可以采用一些現(xiàn)代化的節(jié)能材料。（1）光電幕墻。光電幕墻就是指在鋼化玻璃的中封中安裝太陽能轉(zhuǎn)換模塊所形成的光電玻璃幕墻。這種幕墻材料可以有效將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，同時具有良好的隔音、隔熱效果。在實(shí)際設(shè)計中，設(shè)計人員還需考慮地區(qū)民用建筑設(shè)計的規(guī)范要求，考慮實(shí)際施工需要，可以在幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)，在幕墻的骨料內(nèi)部空腔處鋪設(shè)電線，利用幕墻進(jìn)行太陽能發(fā)電，充分利用太陽能資源，既可以節(jié)約建筑物使用的能源消耗，也可以提高人們的生活品質(zhì)。（2）生態(tài)幕墻。生態(tài)幕墻就是指根據(jù)民用建筑居住者的實(shí)際需求，按照環(huán)保理念進(jìn)行設(shè)計的一種幕墻形態(tài)，是高科技技術(shù)與幕墻設(shè)計結(jié)合的產(chǎn)物。在生態(tài)幕墻設(shè)計中，設(shè)計人員可以采用生物技術(shù)、資源循環(huán)利用技術(shù)等作為核心技術(shù)，融入幕墻結(jié)構(gòu)中，進(jìn)一步提升建筑物的資源利用率，充分發(fā)揮建筑節(jié)能材料的效用。

4 結(jié)語

綜上所述，建筑節(jié)能材料的出現(xiàn)大大改變了民用建筑設(shè)計的外部環(huán)境，將節(jié)能材料作為設(shè)計主要元素，提升民用建筑的節(jié)能性水平，是現(xiàn)階段及以后的民用建筑設(shè)計思路。根據(jù)本次探索可以發(fā)現(xiàn)，建筑節(jié)能材料的出現(xiàn)與應(yīng)用，對于提升民用建筑設(shè)計、拓展設(shè)計范圍、提高設(shè)計價值而言具有重要意義。因此，設(shè)計人員在今后的民用建筑設(shè)計中，要始終將“使用建筑節(jié)能材料”作為設(shè)計思路之一，根據(jù)不同的民用建筑需求，合理運(yùn)用建筑節(jié)能材料，增強(qiáng)民用建筑的墻體、窗戶、幕墻等結(jié)構(gòu)的節(jié)能水平，提升民用建筑的整體節(jié)能環(huán)保性，為我國建筑設(shè)計的節(jié)能、綠色化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。