高效隔熱保溫材料在綠色建筑中的應(yīng)用研究

【摘要】綠色建筑是采用先進的技術(shù)和材料來提高建筑物的能源利用效率和環(huán)保性能的一種建筑方式，其中高效隔熱保溫材料是其關(guān)鍵組成部分。文中系統(tǒng)分析了不同類型的高效隔熱保溫材料在綠色建筑施工中的應(yīng)用，通過詳述SiO2氣凝膠保溫砂漿、涂料的制作工藝和規(guī)范建筑材料屬性，以及智能遮陽板和溫控系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)化作用，探討了如何通過合理選擇和組合材料與技術(shù)，最大化建筑的隔熱與節(jié)能效果，并為綠色建筑的推廣應(yīng)用提供技術(shù)支持和理論基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】高效隔熱保溫材料；綠色建筑施工；SiO2氣凝膠；智能溫控系統(tǒng)

【中圖分類號】TU551.1 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）10-0021-03

0 引言

隨著全球能源危機與環(huán)境問題的日益嚴重，綠色建筑成為建筑行業(yè)發(fā)展的重要方向。高效隔熱保溫材料作為綠色建筑的重要組成部分，在減少建筑能耗、提高熱工性能方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。輻射型、反射型及阻隔型隔熱保溫材料通過不同的熱物理機制，實現(xiàn)了對太陽輻射、熱傳導(dǎo)及對流的有效控制，顯著降低建筑圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)（U值），提高建筑整體熱舒適性[1]。在SiO2氣凝膠保溫砂漿與涂料的制作過程中，實現(xiàn)了材料厚度的精準控制與熱工性能的有效提升。智能遮陽系統(tǒng)與溫控系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)化，使建筑具備了更強的主動調(diào)節(jié)能力，進一步推動了綠色智能建筑的節(jié)能減排目標。

1 高效隔熱保溫材料

1.1 輻射型保溫材料

輻射型高效隔熱保溫材料是在材料內(nèi)部或表面引入高反射率的輻射屏蔽層，以減少熱輻射能量的傳遞，提高建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能，降低熱輻射的影響。輻射型保溫材料包括含有金屬鍍層的復(fù)合板、陶瓷纖維板等，其高反射特性可以有效地減少紅外線的輻射熱量在建筑內(nèi)部的傳播[2]。常見的輻射型材料為低發(fā)射率（Low-E）玻璃與高輻射反射膜。Low-E玻璃控制涂層中銀離子層的厚度來顯著降低輻射熱損失，并能協(xié)同智能窗戶系統(tǒng)，進一步優(yōu)化建筑能效。這類材料在冬季時能有效阻擋室內(nèi)熱量通過輻射散失，夏季則可抑制外部熱輻射進入建筑，提升整體能效。但在極端低溫或高溫環(huán)境下其性能有所下降，且成本相對較高，限制了其在綠色建筑中的應(yīng)用。

1.2 反射型保溫材料

反射型高效隔熱保溫材料主要通過反射熱輻射和減少熱能吸收，實現(xiàn)對建筑圍護結(jié)構(gòu)的隔熱效果。這類材料通常具有高反射率和低吸收率。在材料表面設(shè)置鋁箔、銀箔或其他金屬反射膜，以顯著降低太陽輻射對建筑物的熱負荷。反射型材料廣泛應(yīng)用于外墻、屋頂?shù)缺┞队谔栞椛涞牟课?，能夠有效地減少太陽輻射熱的進入，減少冷卻負荷，并提高建筑物的能效。因此，這類材料在綠色智能建筑中能協(xié)同智能溫控系統(tǒng)，實現(xiàn)更加精準的能效管理，提升了建筑的綜合能源效率。反射型隔熱保溫材料在陰天或夜間的保溫效果有限，且光學性能隨著時間推移受到表面污染或氧化的影響，導(dǎo)致反射率下降。

1.3 阻隔型保溫材料

阻隔型高效隔熱保溫材料借助其微觀結(jié)構(gòu)和材料特性，顯著降低熱量在建筑結(jié)構(gòu)中的傳導(dǎo)與擴散。這類材料主要依賴于低導(dǎo)熱系數(shù)的特性，以減少熱能經(jīng)過材料的傳導(dǎo)路徑[3]。常見的阻隔型保溫材料有閉孔泡沫、氣凝膠、礦棉等。在綠色建筑施工中，SiO2氣凝膠具有極低的導(dǎo)熱系數(shù)，納米級孔隙結(jié)構(gòu)能夠有效阻隔熱量的傳導(dǎo)，顯著提高建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱阻性能[4]。這類材料采用無機硅源進行合成，對環(huán)境友好，不釋放有害揮發(fā)性有機物（VOC），可循環(huán)利用，符合綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展要求。

2 綠色建筑施工過程

2.1 選擇保溫材料

SiO2氣凝膠材料輕質(zhì)特性顯著降低了建筑自重，減輕了建筑結(jié)構(gòu)的承載壓力，有助于優(yōu)化建筑設(shè)計中的結(jié)構(gòu)負荷分配，減少基礎(chǔ)的加固需求，降低整體施工成本。在使用過程中，氣凝膠材料的耐久性和化學穩(wěn)定性確保了其在建筑物全生命周期內(nèi)保持優(yōu)異的隔熱效果，減少了材料的更換頻次和成本，實現(xiàn)了綠色建筑施工中“節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)”的目標。SiO2氣凝膠具備優(yōu)異的耐火性能，提升了建筑物的安全性，減少了火災(zāi)發(fā)生時的有害氣體排放，體現(xiàn)出顯著的環(huán)保優(yōu)勢[5]。因此SiO2氣凝膠不僅在熱工性能上表現(xiàn)優(yōu)異，更在可持續(xù)性和環(huán)保性上為綠色建筑施工提供了重要支持。

2.2 SiO2氣凝膠保溫砂漿

SiO2氣凝膠憑借其超低導(dǎo)熱系數(shù)和輕質(zhì)特性，在建筑保溫材料中占據(jù)重要地位。①無纖維型SiO2氣凝膠保溫砂漿的微觀結(jié)構(gòu)中，骨料顆粒之間的結(jié)合更加緊密，形成較為均勻的膠凝基質(zhì)，顯著提高了材料的抗壓強度和整體耐久性。②有纖維型保溫砂漿，纖維與氣凝膠基體間的界面結(jié)合較弱，容易形成應(yīng)力集中區(qū)，導(dǎo)致材料在受力情況下發(fā)生變形或破壞，影響其整體力學性能。因此，無纖維型材料的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，有效提高了抗壓強度，適用于對結(jié)構(gòu)承載力有更高要求的綠色建筑工程[6]。

在制作SiO2氣凝膠保溫砂漿過程中，需要采用精細的材料配比和先進的攪拌工藝，以確保氣凝膠顆粒在基體中的均勻分布，保證材料的熱工性能和力學性能。對于砂漿，控制水灰比和砂膠比尤為重要。過高的水灰比會導(dǎo)致材料孔隙率增加，降低保溫效果和抗壓性能；砂膠比則直接影響材料的施工性和耐久性。當摻入水泥44.5%、骨料45.5%、SiO2氣凝膠10%時，保溫砂漿干密度為475 kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.063 W/（m .K），抗壓強度為1.02 MPa。SiO2氣凝膠保溫砂漿符合現(xiàn)行應(yīng)用外墻的保溫砂漿規(guī)范要求。

根據(jù)不同的建筑需求，施工人員可通過調(diào)整SiO2氣凝膠摻量及骨料配比，進一步優(yōu)化保溫砂漿的性能，以達到最佳的保溫和結(jié)構(gòu)效果。另外，施工人員在施工現(xiàn)場需根據(jù)實際環(huán)境條件（溫度、濕度）實時調(diào)整砂漿配比，確保砂漿的黏結(jié)性和流動性，最終形成均勻致密的保溫層，為綠色建筑提供優(yōu)質(zhì)的隔熱保障，并滿足建筑物的耐久性和安全性要求。

2.3 SiO2氣凝膠保溫涂料

SiO2氣凝膠保溫涂料的制作工藝過程主要包括低速分散、高速分散、再低速分散、過濾出料等，涉及多種化學原料和添加劑的精確配比與混合。①將鈦白粉、沉淀硫酸鋇、硅石灰、重鈣粉、SiO2氣凝膠及無機觸變防沉劑等基礎(chǔ)材料低速攪拌（750 r/min），持續(xù)10 min，并且在攪拌的過程中與丙二醇、分散劑和水均勻混合，確?；A(chǔ)組分充分分散，避免在高速分散階段材料發(fā)生團聚，從而保證涂料的均勻性和穩(wěn)定性。②高速分散攪拌（2 400 r/min）保持30 min。在此階段加入硅丙乳液、成膜助劑、防腐劑、增稠劑等功能性添加劑，并與剩余的消泡劑混合。高速分散階段的剪切作用進一步細化了涂料中的顆粒，提升了涂料的均勻性和流動性。③再次低速分散攪拌（750 r/min）持續(xù)10 min，以保證所有成分的充分混合與均質(zhì)化。④經(jīng)過濾除去混合過程中可能產(chǎn)生的顆?；螂s質(zhì)，確保涂料的成品質(zhì)量。

制作工藝的關(guān)鍵在于各個分散階段的速度控制及材料的精確配比。合理控制分散速度和時間可以避免SiO2氣凝膠的團聚現(xiàn)象，以最大程度地發(fā)揮其低導(dǎo)熱系數(shù)的優(yōu)勢，確保保溫涂料在應(yīng)用中的高效隔熱性能和耐久性。在生產(chǎn)過程中，還需時刻監(jiān)控SiO2氣凝膠涂料的黏度和流動性，并根據(jù)需要進行調(diào)整，以確保最終涂層的厚度均勻性和表面光滑度。精細化的工藝控制和嚴格的參數(shù)設(shè)定可以保證涂料的整體質(zhì)量，為綠色建筑的節(jié)能效果提供了重要保障。

2.4 規(guī)范建筑材料屬性

表1列出了不同建筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容和密度等關(guān)鍵參數(shù)。SiO2氣凝膠保溫砂漿和保溫涂料導(dǎo)熱系數(shù)極低，分別為0.063 W/（m .K）和0.045 W/（m .K）。在隔熱保溫方面表現(xiàn)卓越。其低密度特性（砂漿475 kg/m3、涂料161 kg/m3）有助于減輕建筑物的自重，降低結(jié)構(gòu)負荷。此外在比熱容方面，SiO2氣凝膠保溫涂料的比熱容達到1 600 J/（kg .K），在熱穩(wěn)定性和儲熱能力上顯著優(yōu)于其他材料，確保了建筑物的熱舒適性和能耗降低。合理配置界面劑和玻璃纖維網(wǎng)格布以增強材料的黏結(jié)性能和耐久性。規(guī)范建筑材料的熱工性能參數(shù)可以確保整體建筑結(jié)構(gòu)的隔熱效果，實現(xiàn)綠色建筑施工的節(jié)能目標。

2.5 協(xié)同智能遮陽板優(yōu)化隔熱效果

智能遮陽板經(jīng)實時調(diào)節(jié)遮陽角度和位置有效控制太陽輻射的進入量，進而顯著降低建筑物的冷卻負荷。智能化施工使用建筑信息模型（BIM）技術(shù)進行精確的建筑朝向、太陽高度角和氣候條件的仿真分析，確定最佳的智能遮陽板安裝角度和開閉策略。通過BIM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)仿真，施工團隊能夠明確每塊遮陽板在不同時間段的開閉角度，實現(xiàn)動態(tài)的遮陽效果。而具體施工實施過程中，本研究使用型號為IR-2400的電動遮陽板控制器安裝在建筑物外立面的特定區(qū)域。施工人員根據(jù)仿真結(jié)果，將每塊遮陽板的開閉角度預(yù)設(shè)為5o～85o之間，依賴于遮陽板表面溫度傳感器和室內(nèi)外溫差自動調(diào)節(jié)。使用型號為NTC-103F397的溫度傳感器，溫差閾值設(shè)置為±2 ℃ ，來確保溫度變化實時反饋至控制系統(tǒng)。

智能化施工限于遮陽板的調(diào)控，還要求對SiO2氣凝膠保溫材料的施工進行智能化管理。施工隊伍使用型號為SP-2000的高壓噴涂機將SiO2氣凝膠保溫砂漿均勻噴涂至外墻表面，噴涂厚度控制在30 mm±20 mm之間，施工人員配備激光厚度測量儀的智能監(jiān)測系統(tǒng)進行實時厚度檢測，來確保噴涂厚度的一致性和精確度。本研究使用型號為LT-502激光厚度測量儀，測量精度可達到±0.1 mm，保證保溫材料的覆蓋效果。智能化施工過程中還要求在BIM系統(tǒng)中的集成智能溫控模塊中輸入施工參數(shù)，系統(tǒng)由溫度調(diào)節(jié)控制器根據(jù)建筑施工現(xiàn)場的實時溫度數(shù)據(jù)，來自動調(diào)整施工進度和保溫材料的養(yǎng)護時間，確保施工過程的溫度均衡性和保溫材料的固化質(zhì)量[7]。

2.6 協(xié)同智能溫控系統(tǒng)提升溫控效率

智能溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，經(jīng)過移動互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、路由網(wǎng)關(guān)、溫控設(shè)備和溫度控制模塊的協(xié)同工作，實現(xiàn)了對建筑物內(nèi)部溫度的精準監(jiān)測與智能調(diào)控。

施工時，研究使用型號為RTU560的遠程終端控制單元作為溫控系統(tǒng)的核心設(shè)備，安裝在建筑控制中心以實時采集建筑內(nèi)外溫度傳感器的數(shù)據(jù)。使用型號為NTC-TC500的溫度傳感器布設(shè)于南向外墻、屋頂?shù)冉ㄖ锏年P(guān)鍵區(qū)域，采集的數(shù)據(jù)由BACnet協(xié)議傳輸至RTU560，每5 min刷新一次數(shù)據(jù)。SiO2氣凝膠材料的低導(dǎo)熱系數(shù)有效減緩了外部溫度對室內(nèi)的影響，智能溫控系統(tǒng)則根據(jù)精細化的溫度調(diào)控策略，進一步提高了建筑物的整體能效[8]。

在智能溫控系統(tǒng)的聯(lián)動下，溫度調(diào)節(jié)由RTU560自動控制，再選擇型號為VAV-600的變風量空調(diào)系統(tǒng)，根據(jù)傳感器反饋的實時數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)噴涂環(huán)境的溫濕度。施工人員由手持終端PAD-800實時監(jiān)控施工參數(shù)，溫度設(shè)定為25±1 ℃ ，濕度控制在60%以下，確保保溫材料的黏結(jié)性和施工效果。施工結(jié)束后，所有數(shù)據(jù)自動上傳至云端服務(wù)器，并生成施工報告，以供后期維護參考[9]。以上流程由智能化施工的精準控制，實現(xiàn)了高效隔熱保溫材料與智能溫控系統(tǒng)的有機結(jié)合。

3 結(jié)語

綜上所述，通過對高效隔熱保溫材料在綠色建筑施工中的應(yīng)用研究，本文證明了合理選擇和使用阻隔型、輻射型、反射型材料的重要性，特別是SiO2氣凝膠材料的優(yōu)異性能。研究結(jié)果顯示，結(jié)合智能遮陽板與溫控系統(tǒng)，能夠顯著提升建筑物的能效與舒適度。

參考文獻

[1] 婁婉玲.墻體保溫工程中綠色建筑材料的應(yīng)用[J].陶瓷，2024（7）：177-179.

[2] 毛澤星.某化工企業(yè)納米氣凝膠保溫材料的應(yīng)用[J].石化技術(shù)，2024，31（6）：61-62.

[3] 鄧又殷.建筑外墻材料的性能評價與優(yōu)化研究[J].城市建設(shè)理論研究，2024（18）：172-174.

[4] 雋鋒花.建筑墻體保溫材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用[J].居舍，2024（18）：64-66.

[5] 殷超，曹陽，朱國清.低碳節(jié)能材料在高層住宅建筑中的應(yīng)用[J].建設(shè)科技，2024（11）：91-93.

[6] 張海英.氣凝膠泡沫混凝土保溫墻體熱工與節(jié)能性能研究[D].廣州：廣州大學，2024.

[7] 嚴仁杰，李岸，吳家皓.建筑工程中智能建筑技術(shù)的應(yīng)用探討[J].城市建設(shè)理論研究，2024（23）：104-106.

[8] 高明.綠色智能化建筑技術(shù)在西安際華園蘭府的應(yīng)用研究[J].智能建筑與智慧城市，2024（7）：128-131.

[9] 陳惠渝.鄉(xiāng)村振興背景下BIM技術(shù)在鄉(xiāng)村綠色建筑中的應(yīng)用研究[J].科學咨詢（科技 .管理），2024（7）：151-154.

[作者簡介]廖亮（1977—），男，江西新余人，碩士研究生，高級工程師，研究方向：工程監(jiān)督管理。