“雙碳”目標下湘西北鄉(xiāng)村生態(tài)民居的材料研究

摘 要：在“雙碳”目標背景下，研究湘西北鄉(xiāng)村生態(tài)民居的材料選擇與利用。通過分析自然環(huán)境、氣候特征及傳統(tǒng)建筑材料，結(jié)合現(xiàn)代綠色建筑材料與技術(shù)，提出適合當?shù)氐牟牧线x擇策略。優(yōu)化傳統(tǒng)材料如夯土、木材和石材的應(yīng)用，采用改性技術(shù)提高性能，使用綠色建材和可回收材料，有效降低碳排放，減少資源消耗，提升建筑能效。推廣透水磚、輕質(zhì)混凝土和復(fù)合保溫材料等低碳材料，通過合理設(shè)計和節(jié)能技術(shù)實現(xiàn)資源節(jié)約。這些措施提升了建筑可持續(xù)性，為“雙碳”目標的實現(xiàn)和鄉(xiāng)村振興提供了可行路徑。

關(guān)鍵詞：“雙碳”目標；鄉(xiāng)村生態(tài)民居；低碳材料

一、湘西北鄉(xiāng)村民居材料應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）傳統(tǒng)材料的應(yīng)用

湘西北地區(qū)，即湖南省的西北部，包括張家界、湘西土家族苗族自治州等地，其鄉(xiāng)村民居建筑材料的選擇與應(yīng)用受到自然條件、經(jīng)濟發(fā)展水平及傳統(tǒng)文化等多重因素的影響。傳統(tǒng)民居材料主要包括木材、竹子、石材、土坯、瓦片和茅草等天然材料。木材因其良好的保溫性能和易于加工的特點，常用于梁柱結(jié)構(gòu)和穿斗式結(jié)構(gòu)；竹子輕便易得，適用于簡易房屋、籬笆和屋頂覆蓋；石材在山區(qū)被用來建造堅固耐用的房屋，具有很好的隔熱效果；土坯由泥土和植物纖維混合制成，具有良好的保溫性和吸濕性；瓦片多采用黏土燒制而成，用于屋頂覆蓋，防水性能好；茅草在偏遠地區(qū)用于隔熱，成本低廉但耐久性較差。這些傳統(tǒng)材料不僅易于獲取，而且與自然環(huán)境和諧共生，體現(xiàn)了當?shù)鼐用竦纳钪腔酆臀幕瘋鞒小?/p>

（二）現(xiàn)代材料的應(yīng)用

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和交通條件的改善，湘西北鄉(xiāng)村民居逐漸引入水泥、磚塊、鋼筋、玻璃等現(xiàn)代建筑材料。這些材料因其強度高、耐久性好、施工便捷等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于墻體、地基、屋頂和結(jié)構(gòu)加固等方面。磚混結(jié)構(gòu)因其安全性和耐久性成為新建房屋的主要選擇，瓷磚因美觀耐用被廣泛用于墻面和地面裝飾，鋁合金、防水卷材以及新型環(huán)保材料也逐漸應(yīng)用于門窗、裝飾和防水工程中，顯著提升了民居的功能性和舒適性。琉璃瓦和樹脂瓦作為新型屋頂材料，也被越來越多地采用。琉璃瓦以其美觀大方、色彩豐富、耐候性強的特點，不僅提升了建筑的外觀美感，還具有良好的防水性能；樹脂瓦則因其輕便、耐腐蝕、安裝簡便且使用壽命長而受到青睞。然而，這些現(xiàn)代材料的生產(chǎn)和使用帶來了較高的環(huán)境成本，例如磚混結(jié)構(gòu)和鋼筋、混凝土生產(chǎn)過程中能耗和碳排放較高，瓷磚的生產(chǎn)對環(huán)境也存在一定污染?，F(xiàn)代材料的廣泛應(yīng)用對傳統(tǒng)建筑風(fēng)貌和文化傳承造成了沖擊，因此在未來鄉(xiāng)村建設(shè)中，應(yīng)在功能需求、生態(tài)環(huán)保和文化保護之間尋求平衡，以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

（三）材料選擇的影響因素

湘西北鄉(xiāng)村民居建筑材料的選擇受到自然條件、經(jīng)濟發(fā)展、文化傳統(tǒng)、技術(shù)進步、環(huán)保要求和居住需求等多重因素的影響。氣候濕潤和復(fù)雜地形要求材料具備良好的保溫、隔熱和防潮性能，傳統(tǒng)材料如木材、竹子、土坯、石材與自然環(huán)境和諧共生。隨著經(jīng)濟發(fā)展和交通改善，現(xiàn)代材料如水泥、磚塊、鋼筋、混凝土和玻璃逐漸應(yīng)用，提高了建筑的耐久性和舒適性，但也帶來了較高的環(huán)境成本。傳統(tǒng)建筑風(fēng)貌和文化傳承需要在現(xiàn)代化建筑需求與可持續(xù)發(fā)展之間找到平衡，確保建筑功能性并實現(xiàn)生態(tài)環(huán)保和文化保護。

二、“雙碳”目標下材料選擇的原則

在“雙碳”目標的引領(lǐng)下，湘西北鄉(xiāng)村生態(tài)民居的材料選擇需綜合考慮生態(tài)環(huán)保、區(qū)域特性及文化傳承，以實現(xiàn)低碳排放與可持續(xù)發(fā)展的目標。

低碳環(huán)保原則：選擇低碳環(huán)保型材料，如竹材、可再生木材和生物質(zhì)建材，這些材料能有效降低建筑全生命周期的碳排放。采用高效保溫隔熱材料和節(jié)能門窗系統(tǒng)，提升建筑能效，減少能源消耗。

資源節(jié)約原則：選用可回收、可再利用的材料，如再生磚、再生混凝土和回收鋼材，減少對原生資源的依賴。推廣本地化采購，如使用湘西北地區(qū)的本土材料，降低運輸碳排放，并促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。

生態(tài)友好原則：材料應(yīng)減少對生態(tài)環(huán)境的負面影響，避免使用污染物排放量大的材料。推廣綠色涂料、低揮發(fā)性有機化合物產(chǎn)品，選用可持續(xù)林業(yè)產(chǎn)品，保護生物多樣性，確保森林資源的可持續(xù)管理。

因地制宜原則：根據(jù)地區(qū)的地理特點和資源分布，合理選擇本地材料，如山區(qū)使用石材，河谷地區(qū)使用土坯，竹材和木材用于森林地區(qū)。選材需確保建筑功能性和耐久性。

文化傳承與創(chuàng)新原則：材料選擇應(yīng)融合湘西北的傳統(tǒng)建筑特色，保留傳統(tǒng)材料的使用，并通過現(xiàn)代技術(shù)提升其性能，實現(xiàn)文化傳承與創(chuàng)新的有機結(jié)合。

經(jīng)濟與耐久性原則：選擇性價比高、耐久性好的綠色建材，降低建設(shè)成本并減少后期資源消耗和碳排放，確保建筑的經(jīng)濟效益和可持續(xù)性。

社會接受度原則：材料選擇應(yīng)考慮村民的需求和審美，提升其對綠色建筑材料的接受度。通過社區(qū)參與和環(huán)保教育，提升村民對綠色材料的認知和支持度。

三、湘西北鄉(xiāng)村生態(tài)民居的材料選擇與利用

（一）傳統(tǒng)材料的優(yōu)化利用

1.夯土材料

湘西北鄉(xiāng)村生態(tài)民居采用的傳統(tǒng)夯土材料具有較好的生態(tài)適應(yīng)性和低碳特性，但其力學(xué)性能和耐久性相對較弱?？刹捎矛F(xiàn)代夯土技術(shù)，通過引入石灰、砂礫、水泥以及聚合物和天然纖維等外加劑進行改性，顯著提高材料的抗壓強度和耐久性?，F(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用顯著降低了夯土材料的熱導(dǎo)率，提升了其保溫性能。相較于傳統(tǒng)夯土，這些改進使得夯土在節(jié)能和保溫方面表現(xiàn)出更好的效果。這些技術(shù)不僅改善了夯土材料的力學(xué)性能，還通過使用本地資源和回收材料，減少了碳排放，實現(xiàn)了資源節(jié)約和循環(huán)利用，進一步支持了“雙碳”目標的實現(xiàn)。

2.木材

在湘西北鄉(xiāng)村生態(tài)民居的建設(shè)中，木材因其優(yōu)良的物理性能、可再生性和生態(tài)適應(yīng)性而被廣泛應(yīng)用。木材具有較低的熱導(dǎo)率和良好的保溫性能，尤其適合當?shù)貧夂驐l件。為適應(yīng)“雙碳”目標，現(xiàn)代木材的優(yōu)化利用包括多個方面：采用生物基防腐劑延長木材的使用壽命，使用膠合木或?qū)訅耗炯夹g(shù)提高其承載能力，以及通過碳化處理提升木材的防潮和防蟲性能。這些改進措施顯著增強了木材的耐久性和功能性，使其在建筑應(yīng)用中更加可持續(xù)和環(huán)保。在拆除舊建筑時，提高舊木材的回收利用率，這不僅減少了新材料的需求，還有效降低了建筑垃圾的產(chǎn)生量。通過這些措施，木材不僅滿足了結(jié)構(gòu)和功能需求，還有效減少了碳排放，促進了資源循環(huán)利用，支持了“雙碳”目標的實現(xiàn)。

3.石材

石材作為湘西北鄉(xiāng)村的一種傳統(tǒng)建筑材料，因其耐久性和美觀性而被廣泛使用。湘西北部分地區(qū)分布有豐富的石灰?guī)r和砂巖等礦產(chǎn)資源，適用于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和裝飾性元素。為適應(yīng)“雙碳”目標，石材的優(yōu)化利用包括合理開采與再利用，通過科學(xué)規(guī)劃和管理確保資源的可持續(xù)開采。例如，采用干掛石材技術(shù)可以減少現(xiàn)場施工能耗，提高施工效率。拆除舊建筑時，提高回收利用石材的比例，顯著減少了新材料的需求和建筑垃圾的產(chǎn)生。通過這些措施，石材不僅滿足了建筑的結(jié)構(gòu)和美學(xué)需求，還有效減少了碳排放，促進了資源的循環(huán)利用，支持了“雙碳”目標的實現(xiàn)。

4.其他傳統(tǒng)材料

除了夯土、木材和石材外，湘西北地區(qū)的其他傳統(tǒng)材料如竹子、土坯、瓦片和茅草也具有重要的應(yīng)用價值。

竹子：竹子輕便易得，適用于簡易房屋、籬笆和屋頂覆蓋。通過現(xiàn)代加工技術(shù)，如碳化處理和防腐處理，可以顯著提高竹材的耐久性和力學(xué)性能。經(jīng)過碳化處理的竹材，其抗蟲蛀性和耐候性得到顯著提升。在湘西北地區(qū)，竹材可以用于制作梁柱、墻體、地板和屋頂?shù)榷喾N建筑構(gòu)件。使用竹材代替?zhèn)鹘y(tǒng)木材，能有效減少碳排放。

土坯：其由泥土和植物纖維混合制成，具有良好的保溫性和吸濕性?，F(xiàn)代技術(shù)可以通過添加穩(wěn)定劑和纖維材料（如稻草、麻繩）來提高土坯的強度和耐久性。改良后的土坯材料，其抗壓強度和保溫性能有顯著提升。

茅草：在偏遠地區(qū)用于房屋隔熱，成本低廉但耐久性較差。通過現(xiàn)代處理技術(shù)，如防腐劑處理和復(fù)合材料加固，可以提高茅草的耐久性和防火性能。

通過這些措施，湘西北地區(qū)的傳統(tǒng)材料不僅能夠更好地滿足現(xiàn)代建筑的功能和安全需求，還能有效減少碳排放，促進資源的循環(huán)利用，支持“雙碳”目標的實現(xiàn)。

（二）新型低碳材料的引入

1.綠色建材

綠色建材包括透水磚、輕質(zhì)混凝土、復(fù)合保溫材料等，這些材料能夠有效提高建筑的能效和環(huán)保性能，同時適應(yīng)湘西北鄉(xiāng)村的環(huán)境和技術(shù)特點。

透水磚：透水磚具有良好的透水性能，可以有效減少地表徑流，緩解城市內(nèi)澇問題，適用于地面鋪設(shè)。此外，透水磚還能改善微氣候，提高居住環(huán)境的舒適度。湘西北地區(qū)降雨量適中，透水磚的應(yīng)用可以有效應(yīng)對雨季的排水問題。

輕質(zhì)混凝土：輕質(zhì)混凝土具有質(zhì)量輕、強度高、保溫隔熱性能好的特點，適用于墻體和樓板等結(jié)構(gòu)。例如，當鋼纖維摻量為1.5%時，鋼纖維輕骨料混凝土抗壓強度顯著提升。使用輕質(zhì)混凝土可以減輕建筑自重，提高建筑的安全性和經(jīng)濟性。采用輕質(zhì)混凝土的建筑，能有效降低耗能。此外，輕質(zhì)混凝土的施工工藝簡單，適合鄉(xiāng)村的技術(shù)條件。

復(fù)合保溫材料：復(fù)合保溫材料如聚氨酯泡沫、巖棉板等，具有優(yōu)異的保溫隔熱性能，能夠有效降低建筑的供暖和制冷需求。例如，聚氨酯泡沫的導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.02—0.03 W/（m·K），遠低于傳統(tǒng)材料。使用復(fù)合保溫材料的建筑，其能耗將大幅降低。湘西北地區(qū)冬季寒冷，夏季炎熱，復(fù)合保溫材料的應(yīng)用可以顯著提高室內(nèi)舒適度，減少能源消耗。

2.可回收材料

使用再生磚、再生木材等可回收材料，可以顯著減少建筑垃圾，促進資源的循環(huán)利用，同時符合湘西北鄉(xiāng)村的經(jīng)濟條件和技術(shù)特點。

再生磚：再生磚是利用廢舊磚塊、混凝土塊等建筑廢料制成的。通過破碎、篩選和壓制等工藝，廢舊材料可以被重新加工成高質(zhì)量的再生磚，適用于墻體砌筑和地面鋪設(shè)。再生磚的成本較低，適合鄉(xiāng)村的經(jīng)濟條件，使用再生磚還能有效減少建筑垃圾。例如，在湖南省懷化市麻陽苗族自治縣的一個舊房改造項目中，再生磚被廣泛應(yīng)用于墻體砌筑，既節(jié)約了成本，又減少了建筑垃圾。

再生木材：再生木材是通過回收舊建筑中的廢舊木材，經(jīng)過清洗、修整和再加工后制成的。再生木材可以用于室內(nèi)裝修、家具制作等。采用這種方式，不僅可以減少木材的浪費，還可以降低對新木材的需求，減少相應(yīng)的碳排放。湘西北地區(qū)有許多老舊房屋，通過回收利用舊木材，可以有效降低新建項目的成本。

（三）材料利用的低碳路徑

設(shè)計階段：通過合理規(guī)劃建筑空間和優(yōu)化材料使用，如采用模塊化設(shè)計和標準化構(gòu)件，減少材料浪費并提高利用率。優(yōu)先選擇低碳、可再生及本地化材料，如竹材、木材和夯土，減少運輸碳排放。利用建筑能耗模擬軟件進行設(shè)計優(yōu)化，確保最低能耗。

建造階段：推廣裝配式建筑和干式施工技術(shù)，減少施工能耗和建筑垃圾。

使用階段：采用建筑節(jié)能技術(shù)，通過太陽能光伏板和高效節(jié)能門窗等，減少能源消耗。

回收階段：建立材料回收和再利用體系，減少建筑垃圾并節(jié)約資源。

這些措施使湘西北鄉(xiāng)村生態(tài)民居在滿足功能和安全需求的同時，有效支持“雙碳”目標的實現(xiàn)，推動資源循環(huán)利用，確保其可持續(xù)性。

四、結(jié)語

在“雙碳”目標引領(lǐng)下，湘西北鄉(xiāng)村生態(tài)民居的材料選擇與利用應(yīng)著眼于低碳、可持續(xù)性與生態(tài)友好的原則，充分結(jié)合地域特色和文化傳承。通過優(yōu)化傳統(tǒng)材料如夯土、木材和石材的應(yīng)用，并引入綠色建材和可回收材料，可以有效降低碳排放，減少資源消耗，提升建筑的能效與舒適性。同時，適應(yīng)性強的現(xiàn)代技術(shù)，如輕質(zhì)混凝土、復(fù)合保溫材料和透水磚等，進一步推動了低碳路徑的實現(xiàn)。通過合理設(shè)計、優(yōu)化建造工藝、推廣裝配式建筑和節(jié)能技術(shù)的使用，湘西北鄉(xiāng)村民居不僅能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境友好和資源節(jié)約，還能促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展，為實現(xiàn)“雙碳”目標和鄉(xiāng)村振興提供切實可行的路徑。

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