節(jié)能環(huán)保新型建筑材料的研究與應(yīng)用

謝秀娟，丁艷

(安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 淮北 235000）

0 引言

建筑節(jié)能主要從節(jié)能技術(shù)和節(jié)能材料兩個(gè)方面入手。 節(jié)能技術(shù)主要是提高墻體、門窗、地面及屋面等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性以防熱量的擴(kuò)散。 而環(huán)保節(jié)能材料在建筑節(jié)能中占據(jù)的分量很大， 環(huán)保節(jié)能建筑材料研發(fā)與應(yīng)用在節(jié)能的目的下還應(yīng)考慮環(huán)保性，堅(jiān)持以下原則：①變廢為寶的原則；②生產(chǎn)環(huán)節(jié)注意環(huán)保與節(jié)能的原則； ③多功能化產(chǎn)品設(shè)計(jì)原則；④循環(huán)使用原則。

1 節(jié)能環(huán)保建筑材料的原理

1.1 阻隔型

1.1.1 聚合物類

以聚氨酯、酚醛樹脂、聚苯乙烯、聚亞安酯等聚合物顆粒與其他配料制作而成，利用聚合物的低導(dǎo)熱性達(dá)到保溫效果。 如：擠塑板、聚苯板、聚氨酯泡沫塑料、酚醛保溫板、聚苯乙烯泡沫板等。

1.1.2 高孔隙率類

因?yàn)闅怏w的熱導(dǎo)率較低，所以較為經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的方法就是增強(qiáng)材料的孔隙率達(dá)到節(jié)能效果?；痉椒ㄓ幸韵聨追N： ①加入發(fā)泡劑制作保溫材料，如發(fā)泡水泥板、加氣混凝土砌塊、泡沫玻璃等；②加入多孔性骨料，如陶?；炷疗鰤K、加入膨脹?；⒅橹瞥墒酂o機(jī)保溫砂漿等；③空心磚；④中空玻璃；⑤氣溶膠材料，氣溶膠是一種以納米級(jí)超微顆粒聚集形成的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)且充滿氣態(tài)分散介質(zhì)的輕質(zhì)納米固態(tài)材料。 最常見的為SiO2氣溶膠，其導(dǎo)熱系數(shù)比空氣低, 可達(dá)到0.013～0.016 W/(m·K)，即使在高溫下導(dǎo)熱系數(shù)也很低， 如，800 ℃時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)為0.043 W/(m·K),高溫不分解，無有害氣體放出，是一種節(jié)能環(huán)保型材料。

1.1.3 真空型

常見真空型節(jié)能材料有真空玻璃和真空絕熱板等。 與中空玻璃相比，真空玻璃的兩片平板玻璃間隙為真空，且至少有一片是低輻射玻璃，這樣就把熱的三種傳導(dǎo)途徑隔斷，其傳熱系數(shù)比中空玻璃還要低于15%以上[1]。 真空絕熱板內(nèi)的芯材被抽真空后密封， 傳熱系數(shù)小于普通絕熱材料的1/10，從而使墻體的厚度相應(yīng)的減少。

1.1.4 隔熱斷橋鋁型材

門窗節(jié)能主要是使用鋁木復(fù)合門窗、斷橋隔熱鋁合金門窗、塑鋼門窗，其中斷橋隔熱鋁合金門窗應(yīng)用最為廣泛。所謂隔熱斷橋鋁合金就是在內(nèi)外兩層鋁材的中間添加硬塑隔熱條進(jìn)行拼裝而成的復(fù)合型材，具有良好的隔熱保溫作用。層數(shù)越多，厚度越大，隔音保溫效果越好。

1.2 熱反射型

利用金屬或金屬氧化物對光線的高反射性達(dá)成絕熱效果，如熱反射隔熱涂料可以減少建筑物和構(gòu)筑物的熱荷載，降低太陽輻射熱造成的建筑物內(nèi)部溫度上升，節(jié)約空調(diào)費(fèi)用。 熱反射隔熱涂料的使用應(yīng)選擇高反射、防水性好、抗紫外性能良好的產(chǎn)品。以氧化鋁處理后的真空樹脂球體成型于涂膜中可使涂料的熱反射率高達(dá)95%，具有獨(dú)特的優(yōu)勢。熱反射玻璃又稱陽光控制鍍膜玻璃，表面鍍鐵、錫、鈦等金屬或金屬氧化物，對輻射熱具有較高的反射率，遮光隔熱性能好，具有單向透視性，可調(diào)節(jié)室內(nèi)的工作環(huán)境，具有一定的抗干擾能力[2]。

1.3 熱輻射型

1.3.1 輻射熱阻隔薄型涂料

輻射型材料主要是靠通過輻射的形式把建筑物吸收的日照熱量以一定的波長發(fā)射到空氣中，阻擋了熱能的傳遞，減少了建筑的得熱量，從而達(dá)到良好的隔熱節(jié)能的效果。 與反射型、阻隔型只能減緩熱量傳遞的特點(diǎn)相比具有明顯優(yōu)勢[3]。 輻射熱阻隔薄型涂料采用具有“受激輻射”特性的金屬氧化物微晶體作為主要材料，結(jié)合特種高分子聚合物作為成膜物質(zhì)， 形成具有受激輻射特征的功能型涂料。 輻射熱阻隔薄型涂料的主要特點(diǎn)在于：①熱輻射響應(yīng)的波段寬，在典型的建筑內(nèi)外環(huán)境中的熱源溫度（26～60 ℃）范圍內(nèi)，均具有熱輻射響應(yīng)能力，并不受涂層表面顏色的限制和影響。②“受激輻射”材料能使涂料表面形成低溫層， 可以減少得熱、阻隔熱量[4]。

1.3.2 低輻射玻璃

LOW-E 膜層中鍍有銀層，銀可將98%以上的遠(yuǎn)紅外熱輻射反射出去，從而直接反射熱量。 遮陽系數(shù)為0.2～0.7， 可根據(jù)需要調(diào)控進(jìn)入室內(nèi)的太陽直接輻射能，屬于功能性玻璃。

1.4 納米微膠囊相變材料

相變材料PCM 在相變過程中具有相當(dāng)大的潛熱，是一種新型儲(chǔ)能材料[5]。把相變材料與建材基體結(jié)合形成復(fù)合相變建材， 如將PCM 與建筑材料混合或?qū)CM 密封后分散于建筑材料中, 以復(fù)合相變建材的高熱容來穩(wěn)定房間內(nèi)的氣溫從而而達(dá)到節(jié)能效果。 以相變材料為芯材，有機(jī)或無機(jī)材料為殼層的膠囊結(jié)構(gòu)可維持相變材料形狀并用來阻止其相轉(zhuǎn)變過程的泄漏，顆粒越小壁越薄，相變材料的熱傳遞和使用效率越高，因此出現(xiàn)微米、納米尺度的微膠囊相變材料(MEPCM)和納米膠囊相變材料(NEPCM)[6]。

2 節(jié)能環(huán)保建筑材料的應(yīng)用形式

2.1 板材類

2.1.1 真空絕熱板

真空絕熱板是目前最有推廣價(jià)值的節(jié)能保溫材料， 其中STP 真空絕熱板采用了無機(jī)纖維芯材與高阻氣薄膜通過抽真空封裝技術(shù)，使得該材料的強(qiáng)度與保溫性得到提升， 其導(dǎo)熱系數(shù)為0.006 7 W/（m·K），達(dá)到普通保溫材料的1/10。STP 真空絕熱板具有板體超薄、保溫性能好、A1 級(jí)防火、耐久不老化、綠色環(huán)保和施工方便等優(yōu)點(diǎn)。

2.1.2 聚苯乙烯保溫板

聚苯乙烯保溫板的材質(zhì)主要分為兩種：①擠塑板（XPS）；②模塑板（EPS）。 由于導(dǎo)熱系數(shù)較低且容重小，廣泛應(yīng)用于建筑物墻體的保溫，但近年來以XPS 為代表的有機(jī)保溫材料是火災(zāi)的“幫兇”，日漸被業(yè)內(nèi)人士呼吁禁止。 近年來出現(xiàn)的“復(fù)合保溫鋼筋焊接網(wǎng)架混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)”（以下簡稱CL 建筑體系)有力彌補(bǔ)了聚苯乙烯保溫板的可燃性能缺陷。CL 建筑體系從內(nèi)到外包括承重混凝土墻體+ 鋼筋網(wǎng)架板（兩側(cè)鋼絲網(wǎng)片內(nèi)夾保溫板）+ 構(gòu)造混凝土墻體（保溫板保護(hù)層）等，適合嚴(yán)寒地區(qū)、有保溫、 阻熱和隔聲等要求的抗震地區(qū)以及非抗震地區(qū)的住宅小區(qū)和公共基礎(chǔ)設(shè)施建筑[7]。

2.2 保溫砂漿

保溫砂漿分為有機(jī)砂漿、無機(jī)砂漿、復(fù)合砂漿三種。

有機(jī)砂漿以BH 膠粉聚苯顆粒、EPG 膠粉為主要構(gòu)成材料的聚合物砂漿，該材料在現(xiàn)場加水?dāng)嚢杓纯墒褂?，重量輕、強(qiáng)度高、施工方便、保溫效果好，適合多種外墻保溫工程。 膠粉聚苯顆粒攪拌過程中體積收縮率大，易造成產(chǎn)品后期強(qiáng)度低和空鼓開裂，保溫性能降低等現(xiàn)象。

無機(jī)砂漿以膨脹?；⒅楸馗魺嵘皾{為代表。膨脹?；⒅楸馗魺嵘皾{由膨脹玻化微珠與膨脹?；⒅楸啬z粉料按照一定的比例攪拌均勻混合形成，是一種新型無機(jī)保溫砂漿材料，具有施工方便、綜合性能好等特點(diǎn)，有著良好的應(yīng)用前景。另外還有一種主要用于內(nèi)墻保溫的石膏無機(jī)保溫砂漿，以石膏、?；⒅椤⒄辰Y(jié)劑、玻纖網(wǎng)格布為材料配制而成，具有良好的抗裂性能，施工方便。

復(fù)合絕熱砂漿主要有復(fù)合硅酸鋁保溫砂漿，由于該砂漿含有纖維狀硅酸鹽材料， 孔隙率較高，因此具有保溫性能好、強(qiáng)度高等特點(diǎn)。

2.3 隔熱涂料

目前常見的保溫隔熱涂料根據(jù)工作機(jī)理的不同，可分為阻隔型、反射型、輻射型、混合型四種。阻隔型保溫隔熱涂料有氣凝膠涂料、 空心玻璃微珠、硅藻土粉等。 反射型保溫隔熱涂料所用高反射率、高氣孔率、低導(dǎo)熱系數(shù)的隔熱顏填料金屬氧化物有鈦白粉、氧化鋅等。 輻射型保溫隔熱涂料通常采用具有高熱發(fā)射率的金屬氧化物等作為功能填料，如二氧化錳、氧化鐵、氧化銅的尖晶石型物質(zhì)。

2.4 墻體節(jié)能結(jié)構(gòu)材料

現(xiàn)已推廣使用的種類有加氣混凝土磚塊、聚苯乙烯混凝土空心磚、陶?；炷量招拇u、EPS 磚塊、混凝土空心磚、模網(wǎng)混凝土等。 其中墻體結(jié)構(gòu)承重材料以加氣混凝土砌塊或粉煤灰磚（砌塊）為主，非承重墻多用空心磚。

2.5 玻璃類

節(jié)能玻璃主要有四種形式：泡沫玻璃、熱反射玻璃、 低輻射玻璃、中空玻璃。 泡沫玻璃是以工業(yè)廢棄物、發(fā)泡劑、添加劑經(jīng)過高溫熔化后發(fā)泡、退火形成的輕質(zhì)材料，能達(dá)到隔熱、保溫、吸音等效果。熱反射玻璃主要用來制成中空玻璃或夾層玻璃窗，應(yīng)用于夏熱冬暖的地區(qū)。低輻射玻璃根據(jù)不同類型分為高透型LOW-E 玻璃（適合寒冷的北方地區(qū)）、遮陽型LOW-E 玻璃（南北地區(qū)都適用）和雙銀型LOW-E 玻璃。 LOW-E 真空玻璃使用活性納米銀層，使用年限可達(dá)50年以上。中空玻璃的玻片之間存在干燥的氣體，具有良好的的保溫、隔音功效，在成本上又比真空玻璃要低，所以中空玻璃應(yīng)用較為廣泛。

3 節(jié)能環(huán)保建筑材料的發(fā)展趨勢

雖然節(jié)能環(huán)保材料種類繁多但能夠同時(shí)滿足節(jié)能、強(qiáng)度、阻燃等要求的材料還沒有出現(xiàn)。因上海市發(fā)生的保溫墻體火災(zāi)，有的地區(qū)已停止使用外墻外保溫系統(tǒng)及保溫裝飾板。真空板發(fā)展前景較好但其工藝復(fù)雜，所以研究開發(fā)高性價(jià)比的節(jié)能環(huán)保材料是當(dāng)務(wù)之急。