新型綠色建筑材料的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

任月敬

（山西工程科技職業(yè)大學(xué)，晉中 030619）

1 前言

目前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)工業(yè)正在進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型，新的環(huán)境保護(hù)材料的研發(fā)和應(yīng)用也越來越受到重視[1]。在建筑工程方面，出現(xiàn)了一種新的綠色建筑節(jié)能材料，這不僅順應(yīng)了當(dāng)今世界提倡的節(jié)能減排、環(huán)保的思想，也為現(xiàn)代建筑行業(yè)的發(fā)展指出了新的方向，支撐了國(guó)家的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的健康發(fā)展[2]。通過相關(guān)材料類型及應(yīng)用，對(duì)我國(guó)建筑行業(yè)中綠色建筑節(jié)能新材料的使用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并對(duì)其發(fā)展方向進(jìn)行了討論。

2 綠色低碳建筑材料

2.1 綠色低碳建筑材料概述

在今天的建筑業(yè)中，可持續(xù)發(fā)展的思想越來越深入人心，而與之相應(yīng)的材料，也正逐步走向綠色、低碳。綠色低碳建材，是指對(duì)環(huán)境無害，不含放射性，并且在變成建材廢料后可以再循環(huán)使用的建材，也被稱作“生態(tài)建材”[3]。這種材料從原料的選擇、生產(chǎn)、銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)都有嚴(yán)格的控制，并且按照有關(guān)的工藝規(guī)范來生產(chǎn)，從而達(dá)到生產(chǎn)指標(biāo)系統(tǒng)的要求。

在節(jié)能減排意識(shí)的持續(xù)推動(dòng)下，越來越多地采用了綠色、低碳的建材，并逐步被人們所接受。隨著環(huán)保水泥、竹炭墻漆、有機(jī)玻璃等環(huán)保建材的發(fā)展，綠色建材的開發(fā)和應(yīng)用日益廣泛，減少了傳統(tǒng)建材的能源消耗和環(huán)境污染。

傳統(tǒng)建材易產(chǎn)生大量的環(huán)境污染，并危及人體健康；而新一代的綠色低碳材料，因其能耗低、污染小、可再生等特點(diǎn)，在生態(tài)修復(fù)、大氣污染治理等方面具有明顯的應(yīng)用前景。在住宅建造與裝飾方面，采用綠色低碳的材料，可以有效地減少對(duì)環(huán)境的污染，而且不會(huì)對(duì)人類造成任何負(fù)面影響，這是建材工程技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)重要表現(xiàn)，也是建材產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)。

2.2 綠色建筑材料優(yōu)勢(shì)

（1）符合低碳發(fā)展要求：綠色建材是從農(nóng)業(yè)、工業(yè)和建筑中產(chǎn)生的固體廢物中提取出來的，它可以降低對(duì)自然資源的利用和消費(fèi)，并且在生產(chǎn)過程中沒有給周圍帶來任何不利的影響。

（2）滿足生態(tài)環(huán)境要求：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了很大的壓力，環(huán)境污染已成為社會(huì)各界共同關(guān)心的重大課題，直接關(guān)系到人民的生活品質(zhì)和福祉。合理地使用綠色建材，能有效地降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的損害，符合人類生產(chǎn)的生態(tài)需求。這是由于綠色材料在生產(chǎn)和使用過程中都具有環(huán)境友好的特征，注重對(duì)材料的循環(huán)利用，從而極大地提高了資源的利用率。

（3）功能多樣：綠色環(huán)保的建材既能對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生正面的影響，又能滿足人民對(duì)高品質(zhì)生活的需求，這很大程度上是因?yàn)榫G色建材的低碳特性，能讓人類的居住條件得到更好的提升。

3 綠色建筑節(jié)能新材料的應(yīng)用類型現(xiàn)狀

第一，智能涂料。智能涂料是一種將人工智能技術(shù)和噴涂材料相結(jié)合而開發(fā)出來的一種新的建材。在面對(duì)強(qiáng)烈的自然光時(shí)，它可以自動(dòng)地吸收更多的光和熱；在光照較弱、周圍溫度相對(duì)較低的情況下，可以發(fā)揮很好的隔熱作用，并通過智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑內(nèi)部溫度和濕度的合理調(diào)控，為居民提供舒適的生活環(huán)境。智能涂料已經(jīng)被大量地用于建筑墻壁的內(nèi)壁和外壁的涂裝，這符合了目前國(guó)家的市場(chǎng)需要和人們對(duì)更好的生活的追求。所以，在今后的發(fā)展中，智能涂料有著非常廣闊的發(fā)展前景。

第二，水泥纖維板。水泥纖維板是一種應(yīng)用較多的新型節(jié)能材料，它是以水泥等多種無機(jī)物為原料，并與多種纖維類材料進(jìn)行充分地組合而制成。水泥纖維板的最大特色就是將新材料與老材料有機(jī)地融合在一起，因此具有良好的硬度和強(qiáng)度，同時(shí)也具有較高的品質(zhì)和性價(jià)比。與此同時(shí)，將水泥纖維板應(yīng)用到建筑建設(shè)中，因?yàn)椴捎昧诵碌募夹g(shù)，因此可以搭配出更加專業(yè)和科學(xué)的配件，可以大大降低各種錯(cuò)誤的概率，也可以將螺絲、釘子等配件隱藏得很好，裝修的樹脂混合涂料顏色不會(huì)有太大的區(qū)別。此外，該水泥纖維板具有優(yōu)良的阻燃特性，尤其是對(duì)于突發(fā)的火災(zāi)事故，這種新型的節(jié)能材料可以大大減少建筑火災(zāi)的概率；如果出現(xiàn)火災(zāi)，這種材料還可以起到一定的控制作用，讓大家有更多的時(shí)間去救人。

第三，碳素纖維建材，又稱聚丙烯腈基碳纖維，是一種以植物樹脂為原料的復(fù)合材料，是一種由樹脂和碳素纖維有機(jī)地結(jié)合而成的新型節(jié)能材料。與金屬材料相比，它具有耐高溫、耐腐蝕、低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，特別是與傳統(tǒng)建筑材料相比，它的重量更輕，這有助于改善建筑工程的施工質(zhì)量，延長(zhǎng)建筑的壽命。而且，碳素纖維建筑材料的穩(wěn)定性很好，即使在突然的溫度變化下，也不會(huì)發(fā)生變形。此外，碳纖維建筑材料還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，那就是它本身能夠進(jìn)行清洗，這種功能更加突出了它是一種綠色環(huán)保材料的先進(jìn)理念。

第四，綠色植物建材。作為自然界中最自然、最健康的色彩，綠色已經(jīng)成為全世界環(huán)境保護(hù)的首選，建材也不例外。綠色建筑材料以豆類等綠色植物為原料，經(jīng)特別處理后生產(chǎn)而成。這種新型的節(jié)能材料可以徹底地避免能源類建筑材料的使用和消耗，在特定的建筑工程建設(shè)中，它不會(huì)對(duì)周邊的自然生態(tài)環(huán)境造成任何的破壞。另外，綠化建筑材料是由綠色植物開發(fā)而成，所以它的應(yīng)用對(duì)人體的健康沒有任何危害。比如上海世博會(huì)的瑞士展館，采用的就是大豆蛋白纖維，具有良好的彈性，可以長(zhǎng)期使用，并且可以自然分解。

第五，可回收型建材。這種新型的節(jié)能材料是目前世界各國(guó)建筑業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)，傳統(tǒng)的建材大多是以鋼筋混凝土為主，可循環(huán)利用的性能非常差，在建筑壽命結(jié)束后，將會(huì)形成大量的建筑廢棄物，這些廢棄物很難處置，給周圍的環(huán)境帶來很大的危害。因此，傳統(tǒng)的建筑材料，正逐漸被可循環(huán)利用的環(huán)保、節(jié)能的建筑材料所取代。此外，利用可循環(huán)建筑材料進(jìn)行全結(jié)構(gòu)的建造和施工技術(shù)的支持，非常符合當(dāng)前建筑業(yè)的環(huán)保、綠色、節(jié)能的發(fā)展理念。

4 綠色建筑材料在施工中的應(yīng)用

4.1 頂層設(shè)計(jì)

（1）選擇合適的綠色建筑材料

在頂層設(shè)計(jì)階段，必須對(duì)環(huán)保建材進(jìn)行認(rèn)真地評(píng)價(jià)和選擇。這涉及材料的環(huán)保性能、能效、可持續(xù)性和壽命費(fèi)用。通過選用環(huán)保材料，例如可再生材料，高性能隔熱材料，低排放材料，可達(dá)到綠色建筑工程的目的。設(shè)計(jì)最優(yōu)與材質(zhì)匹配：在頂層設(shè)計(jì)中，使用綠色建材必須與總體設(shè)計(jì)相匹配。

（2）采用先進(jìn)的建筑技術(shù)

在屋頂設(shè)計(jì)中，也要充分利用新能源，智能控制，雨水收集與利用等先進(jìn)的綠色建筑技術(shù)。通過本項(xiàng)目研究，提出了一種新的節(jié)能、節(jié)水、運(yùn)營(yíng)管理新方法。

（3）建筑材料循環(huán)利用

在建筑結(jié)束之后，屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)也要考慮到建材的回收，其中包含了材料的循環(huán)、再使用和處置等。藉由可更新的材料，模組化的設(shè)計(jì)及整體的拆卸程序等方式，可將廢料的產(chǎn)量降至最低，減少資源的使用。

4.2 軟膜天花板

（1）環(huán)境友好

軟膜頂棚采用的是對(duì)環(huán)境友好的材質(zhì)，例如聚氯乙烯膜，PET 膜等。與傳統(tǒng)的石膏板、鋁扣板等材料相比較，軟膜頂棚在制造過程中耗能較少，對(duì)環(huán)境的污染也較小。

（2）能耗節(jié)約

軟膜頂棚保溫效果好，能有效地降低室內(nèi)熱傳遞，降低了空調(diào)、供暖設(shè)備的負(fù)荷，達(dá)到了節(jié)能的目的。

（3）室內(nèi)空氣質(zhì)量改善

軟薄膜頂棚一般采用抗菌、防霉、易于清洗的材料。從而降低了室內(nèi)細(xì)菌、霉菌的繁殖，提高了室內(nèi)空氣品質(zhì)，為使用者營(yíng)造了一個(gè)更健康、舒適的生活環(huán)境。

4.3 建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

從我國(guó)建筑業(yè)的不斷發(fā)展來看，在我國(guó)的建設(shè)工程中，越來越多的綠色建筑材料被應(yīng)用，它可以將傳統(tǒng)的建筑污染物進(jìn)行回收、處理，并將其進(jìn)行集成和二次使用。在建筑物的建造過程中，建設(shè)單位及有關(guān)人員要根據(jù)工程結(jié)構(gòu)對(duì)質(zhì)量、承載能力等需求，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)地選用。

表1 相變材料與EPS 的對(duì)比

5 新型綠色建筑材料的發(fā)展趨勢(shì)

5.1 相變材料

“相變儲(chǔ)能是指在某一特定溫度（即相變階段）條件下，能夠發(fā)生形貌變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相變過程的有效吸附/釋放。所以，它能幫我們存儲(chǔ)和散熱。然而，相變材料具有儲(chǔ)能密度高、儲(chǔ)能過程接近等溫、可控等特點(diǎn)，在解決能量供需矛盾方面具有優(yōu)勢(shì)?！币虼耍嘧儍?chǔ)能技術(shù)在節(jié)能、保溫等方面有著顯著的優(yōu)勢(shì)。

目前，固—固相變和固—液相變蓄熱材料在綠色、節(jié)能的建筑領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。固—固相變蓄熱器可分為無機(jī)鹽型、多元醇型和聚合物交聯(lián)型；而固態(tài)和液態(tài)的相變回?zé)崞?，可分為無模、有模和聚合物三種。

以無機(jī)鹽為代表的固—固相變儲(chǔ)熱材料，其晶型多樣、溫變范圍大，適合高溫存儲(chǔ)與溫控，難以用于工程實(shí)踐。多元醇相變材料因其相變?nèi)埸c(diǎn)大、相變溫度高，適宜于中高溫儲(chǔ)存與調(diào)控，但其儲(chǔ)能性能較差。但其不足之處在于：當(dāng)轉(zhuǎn)化溫度達(dá)到某一臨界值時(shí)，材料將由固態(tài)向塑性晶體轉(zhuǎn)化，而塑料晶體的蒸汽壓高、易純化，需要使用密閉的容器，難以充分發(fā)揮固—固相變的優(yōu)勢(shì)。利用高分子交聯(lián)相變儲(chǔ)熱材料，克服了常規(guī)非交聯(lián)高分子相變儲(chǔ)熱難成形的缺點(diǎn)，提高了相變蓄熱性能，易于處理，具有廣泛的應(yīng)用前景。

5.2 納米材料

納米材料是指尺寸在1 到100 納米之間的材料，具有獨(dú)特的物理、化學(xué)和機(jī)械性質(zhì)。在綠色建筑領(lǐng)域，納米材料的應(yīng)用越來越受到關(guān)注。

窗作為建筑物內(nèi)外熱量、光能交換的重要途徑，在建筑節(jié)能中占有舉足輕重的地位。建筑中約有50%的能源來自窗戶，所以，門窗的節(jié)能技術(shù)對(duì)提高建筑的節(jié)能水平至關(guān)重要。在當(dāng)今社會(huì)，越來越多的建筑物采用了玻璃幕墻，因此，如何提高門窗的使用效率、減少門窗的損耗，是實(shí)現(xiàn)“綠色”建筑發(fā)展的必然途徑。納米二氧化硅（SiO2）氣凝膠不僅具有隔熱、吸聲等性能，還能將兩層玻璃夾在中間，形成夾層玻璃，隔熱性能是一般雙層玻璃的數(shù)倍，同時(shí)還能降低噪音。若將該夾層玻璃應(yīng)用于住宅窗口，則可大幅減少散熱，節(jié)能效果顯著，且可減輕建筑重量，達(dá)到防火目的。

近年來，隨著納米技術(shù)的進(jìn)步，節(jié)能玻璃在極大地提升了能量利用率的同時(shí)，也開始向智能化、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)光照開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽光的攝取量進(jìn)行調(diào)控。然而，電致變色玻璃中的變色材料，在電場(chǎng)的作用下，可以有選擇地對(duì)外部的熱輻射進(jìn)行吸收或反射，從而降低了建筑的能耗，提高了自然照明，同時(shí)也具有防窺視、防眩的功能，使室內(nèi)和室外的光設(shè)施都減少了。

另外，將納米銀顆粒加入到涂層中，可賦予涂層持久的抑菌作用。所釋放出的銀離子能殺滅病菌，因此不需要額外的抗菌劑就能抑制霉菌、藻及細(xì)菌的生長(zhǎng)。

但是，由于納米材料的大量使用，這些人造納米粒子將會(huì)進(jìn)入環(huán)境中，對(duì)人體的健康和生態(tài)安全構(gòu)成威脅。但是，隨著科技的不斷進(jìn)步，納米材料的回收、再利用與再加工將是一種新的發(fā)展方向。針對(duì)不可循環(huán)利用的納米顆粒，研究其在大氣、水體、多孔介質(zhì)等環(huán)境介質(zhì)中的轉(zhuǎn)化規(guī)律，探討其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響，開發(fā)可避免二次污染的環(huán)保綠色工藝，是今后材料技術(shù)發(fā)展的方向。

6 結(jié)論

總之，建筑工程采用綠色建材與綠色建造工藝，是我國(guó)建筑業(yè)“綠色化”“環(huán)保化”發(fā)展的重要體現(xiàn)。在未來的項(xiàng)目建設(shè)過程中，施工單位要將目標(biāo)工程建設(shè)地區(qū)的氣候、地質(zhì)情況和當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)災(zāi)害的發(fā)生頻率進(jìn)行全面地分析，挑選出性價(jià)比高、保溫隔熱、抗震性能好的綠色建材，并在此基礎(chǔ)上采用綠色建造技術(shù)，不斷地提升建筑工程的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。