環(huán)保建筑材料在現(xiàn)代建筑設(shè)計中的應(yīng)用

【摘要】文章對環(huán)保建筑材料進行論述，重點闡述了環(huán)保建筑材料的定義、特點及與傳統(tǒng)材料的對比，在此基礎(chǔ)上，分別從窗戶設(shè)計、建筑墻體材料及屋頂設(shè)計等方面探討了環(huán)保建筑材料在現(xiàn)代建筑設(shè)計中的具體應(yīng)用，有助于推動環(huán)保建筑材料在現(xiàn)代建筑設(shè)計中應(yīng)用的不斷深入，進而促進現(xiàn)代建筑環(huán)保水平的不斷提高。

【關(guān)鍵詞】環(huán)保；建筑材料；建筑設(shè)計

【中圖分類號】TU501" " " "【文獻標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號】1673-6028（2024）02-0052-03

0 引言

現(xiàn)代建筑設(shè)計中，環(huán)保建筑材料的應(yīng)用正逐漸成為一項至關(guān)重要的趨勢。隨著全球?qū)Νh(huán)境問題和可持續(xù)發(fā)展的日益關(guān)注，建筑業(yè)不僅需要滿足人們對舒適和功能性的需求，還需要積極應(yīng)對能源消耗和環(huán)境影響的挑戰(zhàn)。在這個背景下，環(huán)保建筑材料以其卓越的性能和環(huán)保特性，已成為現(xiàn)代建筑設(shè)計的亮點和創(chuàng)新之源。

國內(nèi)外在環(huán)保建筑材料領(lǐng)域的研究已經(jīng)取得了一定進展。在國外，諸如LEED、BREEAM等認證體系的出現(xiàn)推動了建筑業(yè)對環(huán)保材料的需求。同時，歐洲、北美等地區(qū)不斷涌現(xiàn)出各種環(huán)保建筑材料，如再生建筑材料、低碳混凝土、生物質(zhì)材料等，這些材料不僅在性能上滿足了建筑需求，同時也具備了較低的環(huán)境影響。而在國內(nèi)，隨著政府對環(huán)境保護的重視以及建筑行業(yè)對可持續(xù)發(fā)展的認識不斷加深，環(huán)保建筑材料的研究和應(yīng)用也逐漸成為熱點。在一些示范工程和政策引導(dǎo)下，如“綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)”“建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)”等，國內(nèi)建筑行業(yè)對環(huán)保建材的需求呈現(xiàn)出逐年增長的趨勢。同時，一些高校和科研機構(gòu)也在積極探索環(huán)保建筑材料的研發(fā)與應(yīng)用，推動了該領(lǐng)域的發(fā)展。總之，環(huán)保建筑材料在現(xiàn)代建筑設(shè)計中的應(yīng)用不僅是對環(huán)境保護責(zé)任的體現(xiàn)，也是建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必然選擇[1]。

1 環(huán)保建筑材料定義及特點

環(huán)保建筑材料是指在其生命周期內(nèi)，從獲取原材料、制造、使用到最終處置，都對環(huán)境產(chǎn)生較小負面影響的建筑材料，其特點主要包括以下幾個方面：首先，環(huán)保建筑材料是以可再生資源或高度回收利用的材料為基礎(chǔ)制成的，這些材料往往采用天然資源，如木材、竹子、麻稈等，或者是能夠高效回收再利用的材料，如再生玻璃、再生金屬、再生塑料等。通過減少對有限資源的依賴，這些材料有助于降低資源枯竭的風(fēng)險[2]。其次，環(huán)保建筑材料具有較低的能源消耗和碳足跡。在生產(chǎn)過程中，這些材料通常需要較少的能源，從而減少溫室氣體排放，減少對環(huán)境造成的不利影響。例如，使用木材來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的混凝土或磚塊可以顯著減少碳排放[3]。再次，環(huán)保建筑材料通常具備較低的有害物質(zhì)釋放。它們在使用過程中不會釋放出有害的揮發(fā)性有機化合物（VOCs）或其他有害物質(zhì)，從而提供更健康的室內(nèi)環(huán)境，這對于減少室內(nèi)空氣污染和提高居住者的生活質(zhì)量至關(guān)重要。最后，環(huán)保建筑材料還強調(diào)了材料的可維護性和壽命[4]。它們通常具備良好的耐久性，能夠經(jīng)受時間的考驗，減少了頻繁更換材料的需求。這有助于降低建筑和裝修的維護成本，并減少了對新材料的需求[5]。

2 環(huán)保建筑材料在現(xiàn)代建筑設(shè)計中的具體應(yīng)用

2.1 窗戶設(shè)計

（1）窗戶面積和材質(zhì)的選擇。首先，窗戶面積的選擇應(yīng)根據(jù)建筑的定位和能源需求進行權(quán)衡。在寒冷的氣候中，窗戶面積應(yīng)適度控制，以減少熱量散失。較大的窗戶面積會導(dǎo)致更多的熱量消散，因此在這種情況下，建筑師通常會選擇較小的窗戶或限制窗戶的數(shù)量。然而，在溫暖的氣候中，可以采用更多的大窗戶，以充分利用自然光照和熱量，減少人工照明和供暖/冷卻的需求。其次，窗戶材質(zhì)的選擇也是關(guān)鍵因素。高效節(jié)能建筑通常采用雙層或三層玻璃窗戶，這些窗戶具有較好的隔熱性能，可以減少熱量的傳導(dǎo)。窗框材質(zhì)也很重要，因為窗框可以是熱量的傳導(dǎo)橋梁。木制窗框通常比金屬窗框具有更好的隔熱性能。此外，窗戶上可以添加低輻射涂層，以降低太陽熱量的進入，同時保持可見光的透過。再次，窗戶的朝向也需要考慮。南向窗戶通常可以最大化冬季的陽光進入，提供良好的光照效果。而北向窗戶則減少了夏季的直射陽光，有助于降低建筑內(nèi)部的熱量積聚。最后，智能窗戶技術(shù)也在高效節(jié)能建筑中得到應(yīng)用。這些窗戶可以根據(jù)光線和溫度的變化自動調(diào)節(jié)透光度，以最大程度地利用自然光和熱量，同時降低能源消耗[6]。

（2）復(fù)合型材料的應(yīng)用。復(fù)合型材料是由兩種或多種不同材料組合而成，以獲得多種性能優(yōu)勢的材料。在窗戶設(shè)計中，復(fù)合型材料的應(yīng)用可以顯著改善窗戶的隔熱、保溫、隔音和耐久性等性能。

首先，復(fù)合型材料可以提高窗框的隔熱性能。窗框是窗戶的重要組成部分，其材料對窗戶的綜合性能產(chǎn)生重要影響。傳統(tǒng)的窗框材料如鋁通常導(dǎo)熱性較高，容易導(dǎo)致熱量傳導(dǎo)和室內(nèi)外溫度差異，從而影響能效。而采用復(fù)合型材料的窗框，例如木塑復(fù)合材料或熱斷橋鋁合金，具有較低的導(dǎo)熱性能，可以有效隔離室內(nèi)外溫度，減少熱量的損失。其次，復(fù)合型材料可以提高窗戶的保溫性能。在雙層窗戶或多層窗戶中，使用絕緣性能優(yōu)越的復(fù)合型材料，如聚氨酯泡沫夾層或其他絕緣材料，可以有效阻止冷空氣的滲透，減少室內(nèi)熱量的散失。這有助于保持室內(nèi)溫度穩(wěn)定，降低采暖和冷卻的能源消耗。同時，復(fù)合型材料還可以改善窗戶的隔音性能。通過在窗框或窗戶玻璃中使用吸音材料或隔音膜，可以有效減少室內(nèi)外聲音的傳遞，提供更加寧靜的室內(nèi)環(huán)境。這對于住宅、辦公室和商業(yè)建筑來說都是重要的考慮因素，尤其是在嘈雜的城市環(huán)境中。最后，復(fù)合型材料通常具有較高的耐久性和抗腐蝕性能，能夠延長窗戶的使用壽命，減少維護成本。這些材料通常能夠抵抗惡劣的氣候條件和日常磨損，不易褪色或變形，因此在高效節(jié)能建筑中具備長期可靠性[7]。

2.2 建筑墻體材料

（1）夾心的復(fù)合型材料。夾心的復(fù)合型材料通常由兩層外表面材料之間夾有絕緣材料層構(gòu)成，以提供墻體的隔熱、保溫和隔音性能。首先，夾心的復(fù)合型材料在隔熱方面表現(xiàn)出色。墻體的隔熱性能對于維持室內(nèi)溫度的穩(wěn)定性至關(guān)重要。夾心的復(fù)合型材料中的絕緣層通常采用高效的絕緣材料，如聚苯板、巖棉或聚氨酯泡沫等，這些材料具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，有效減少了室內(nèi)外溫度的傳導(dǎo)，降低了冷熱橋效應(yīng)，從而減少了能源浪費。其次，夾心的復(fù)合型材料在保溫方面具備出色性能。保溫性能是建筑墻體的關(guān)鍵要素之一，它影響著建筑在不同季節(jié)的能效表現(xiàn)。復(fù)合型材料的絕緣層能夠有效阻止熱量的散失，使建筑保持溫暖或涼爽，減少采暖和冷卻能源的消耗。這有助于減輕建筑的能源負擔(dān)，降低能源成本，同時提供更加舒適的室內(nèi)環(huán)境。同時，夾心的復(fù)合型材料也在隔音方面表現(xiàn)出色。絕緣層可以減少室內(nèi)外聲音的傳遞，提供更為寧靜的室內(nèi)環(huán)境。這對于住宅、辦公室和商業(yè)建筑來說都非常重要，可以提高居住和工作的舒適度。最后，夾心的復(fù)合型材料通常具有較高的耐久性和抗腐蝕性能。外表面材料通常是耐候性較好的材料，如彩鋼板或硅酸鈣板，能夠抵抗惡劣的氣候條件和外部環(huán)境的侵蝕，保持墻體的外觀和性能長期穩(wěn)定[8]。

（2）塑料泡沫的保溫材料。塑料泡沫材料是高效節(jié)能建筑中常用的保溫材料之一，特別適用于墻體的保溫層。這種材料主要由聚合物塑料制成，以其輕量、絕緣性能良好、安裝方便等特點而廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)。首先，塑料泡沫材料的保溫性能出色。它的絕緣性能非常優(yōu)越，能夠有效地減少熱量傳導(dǎo)。塑料泡沫材料的絕緣層可以阻止熱量的散失，使建筑保持溫暖或涼爽，降低了采暖和冷卻的能源消耗。這有助于降低建筑的能源成本，并減少對環(huán)境的影響。其次，塑料泡沫材料具有輕質(zhì)的特點。它的密度較低，因此不會增加建筑的自重負擔(dān)。這使得在施工過程中更加便捷，減少了人力和材料的成本。同時，塑料泡沫材料具有較好的耐腐蝕性能。它不容易受潮、腐爛或霉變，因此在墻體保溫層中能夠長期保持性能穩(wěn)定。這意味著建筑的保溫效果將持續(xù)有效，不需要頻繁地維護和更換。最后，塑料泡沫材料的施工過程相對簡單。它可以輕松剪裁和安裝，適用于各種建筑結(jié)構(gòu)和形狀。這降低了施工難度，提高了施工效率。

（3）新型墻體材料。新型墻體材料在現(xiàn)代建筑設(shè)計中的應(yīng)用已經(jīng)成為一種趨勢，其中包括了歐松板（OSB板）、秸稈板等復(fù)合體，不僅為建筑行業(yè)帶來了創(chuàng)新，也為環(huán)保建筑的發(fā)展提供了可行的解決方案。歐松板（OSB板）作為一種結(jié)構(gòu)性復(fù)合板材，由木片經(jīng)過熱壓和膠粘劑固化而成，具有優(yōu)異的強度和穩(wěn)定性。在現(xiàn)代建筑設(shè)計中，歐松板廣泛用于墻體構(gòu)造。其優(yōu)點包括高度的結(jié)構(gòu)強度，良好的防潮性能以及易于加工和安裝。與傳統(tǒng)的原木板相比，歐松板的生產(chǎn)過程中較少產(chǎn)生浪費，并且可以利用廢棄木材進行回收再利用，降低了對天然森林的依賴，符合環(huán)保理念。秸稈板作為一種生物質(zhì)復(fù)合材料，由秸稈和環(huán)保膠粘劑組成，具有良好的隔熱性能和聲學(xué)性能。秸稈板的應(yīng)用在現(xiàn)代建筑設(shè)計中日益受到重視，特別是在生態(tài)建筑和Passive House等節(jié)能建筑中。秸稈板不僅可以有效地利用農(nóng)作物秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物資源，降低了環(huán)境污染，同時也具備良好的隔熱和保溫效果，有利于提高建筑的能源利用效率[9]。

2.3 屋頂設(shè)計

（1）屋頂形狀和材質(zhì)的選擇。在高效節(jié)能建筑的設(shè)計中，屋頂形狀和材質(zhì)的選擇是至關(guān)重要的，它們直接影響著建筑的能效和環(huán)保性能。以下是關(guān)于屋頂形狀和材質(zhì)的選擇的具體闡述。首先，屋頂形狀的選擇應(yīng)考慮到太陽能的利用和遮陽效果。如果建筑位于北半球，南向屋頂是一種常見的選擇，因為這種屋頂可以最大程度地吸收太陽能，并在冬季提供良好的光照效果。此外，屋頂形狀也可以采用傾斜的設(shè)計，以便太陽能光伏板的安裝，從而將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。其次，屋頂材質(zhì)的選擇應(yīng)考慮到保溫、隔熱和耐久性。一些常用的屋頂材料包括屋頂瓦、金屬屋頂、聚合物屋面和綠色屋頂?shù)?。屋頂瓦具有良好的隔熱性能，但較重，可能需要強化的支撐結(jié)構(gòu)。金屬屋頂輕巧且耐久，但需要適當(dāng)?shù)慕^緣材料來提供隔熱效果。聚合物屋面通常采用彈性材料，易于安裝，但需要考慮其絕緣性能。綠色屋頂則可以通過種植植物來提供隔熱效果，同時有益于環(huán)境。同時，考慮到屋頂?shù)慕^緣性能也是關(guān)鍵。在屋頂結(jié)構(gòu)中使用高效絕緣材料，如巖棉、聚氨酯泡沫或聚苯板等，可以減少熱量的散失，提高建筑的保溫性能。這有助于降低采暖和冷卻的能源消耗，減少建筑的碳足跡。最后，屋頂?shù)脑O(shè)計還應(yīng)考慮到雨水收集和利用。通過在屋頂上設(shè)置合適的排水系統(tǒng)，可以將雨水收集起來，用于灌溉植物或其他非飲用水需求。這不僅有助于減少城市排水系統(tǒng)的負擔(dān)，還有助于節(jié)約淡水資源。

（2）有色玻璃的應(yīng)用。有色玻璃是一種在高效節(jié)能建筑中廣泛應(yīng)用的材料，其應(yīng)用可以顯著改善建筑的能源效率和環(huán)保性能。以下是關(guān)于有色玻璃在屋頂設(shè)計中的應(yīng)用的具體闡述。首先，有色玻璃在屋頂設(shè)計中常用于日光控制。有色玻璃可以選擇不同的顏色和透光度，從而調(diào)節(jié)室內(nèi)的自然光照。通過合理選擇有色玻璃的顏色和透光度，可以實現(xiàn)在不同季節(jié)和時間段內(nèi)的陽光控制。例如，在炎熱的夏季，可以選擇具有較高遮陽性能的有色玻璃，以減少室內(nèi)的熱量積聚，降低空調(diào)能源消耗。而在寒冷的冬季，可以選擇適度透光的有色玻璃，以最大程度地吸收太陽能，提供被動太陽能供暖效果。其次，有色玻璃還可以用于太陽能光伏系統(tǒng)?，F(xiàn)代建筑越來越傾向于整合可再生能源，太陽能光伏系統(tǒng)是其中一種常見的選擇。有色玻璃可以用作太陽能光伏板的材料，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。這種應(yīng)用不僅可以為建筑提供清潔電能，還可以降低建筑的電能需求，從而實現(xiàn)能源節(jié)約和減排。最后，有色玻璃還有助于改善室內(nèi)環(huán)境。不同顏色的有色玻璃可以創(chuàng)建不同的光照氛圍，影響人們的情緒和舒適度。例如，暖色調(diào)的有色玻璃可以營造溫馨的氛圍，而冷色調(diào)的有色玻璃則可以增加室內(nèi)的明亮感。這種視覺效果不僅有助于提高建筑的舒適度，還可以減少對人工照明的依賴，降低能源消耗。

3 結(jié)語

綜上所述，環(huán)保建筑材料在現(xiàn)代建筑設(shè)計中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過合理選擇環(huán)保節(jié)能的建筑材料，可以實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)，減少對傳統(tǒng)資源的依賴，提高建筑的能源效率，改善居民的生活質(zhì)量。建筑行業(yè)需要不斷創(chuàng)新和改進，以滿足可持續(xù)發(fā)展需要，為我們的社會和環(huán)境做出積極的貢獻。

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[作者簡介]趙海?。?992—），男，河北保定人，本科，研究方向：建筑設(shè)計。