建筑節能設計與無機輕質陶瓷外墻保溫板研究
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隨著城市建設的高速發展，我國的建筑能耗逐年大幅度上升，已達到整個社會能耗的32％，加上每年建筑物使用的建筑材料生產產生的能耗約13％，建筑總能耗已達全國能源總消耗的45％。我國現有建筑物的建筑面積為400多億m2，絕大部分為高能耗建筑，且每年新增建筑近20億m2，其中95％以上仍是高能耗建筑，如果繼續執行節能水平較低的設計標準，將會帶來巨大的能耗負擔和治理難度。我國是建筑大國，建筑能耗已成為我國能源消耗大戶，我國的單位面積采暖能耗量是國際氣候條件相近的發展中國家的2～3倍。雖然近幾年我國在建筑節能方面取得了很大的進展，但我國城鎮累計建成的節能建筑面積僅占城鎮既有建筑面積的16．1％。我國在能源發展過程中主要存在以下4個問題：1）人均能源擁有量低、儲備量低；2）能源結構依然以煤為主，約占75％，全國年耗煤量已超過13億t；3）能源資源分布不均，主要表現在經濟發達地區能源短缺和農村商業能源供應不足，造成北煤南運、西氣東輸、西電東送；4）能源利用效率低下，能源終端利用率僅為33％，比發達國家低10％左右。龐大的建筑能耗已成為我國國民經濟的沉重負擔，同時我國又面臨著能源緊缺的嚴重威脅。因此，建筑行業的全面節能勢在必行。開展建筑節能工作是貫徹國家《節約能源法》的一項長期工作，具有節能、環保等社會效益。節能建筑因其舒適度比普通建筑有較大的提高，而受到市場的青睞。建筑節能是一項全方位的綜合性的系統工程，涉及到建筑節能設計、建筑材料、施工工藝和質量驗收技術等方面。特別是建筑節能的設計至關重要，有利于從源頭上杜絕能源浪費，而具有節能保溫性能良好的材料是最基本的保證，應在設計中要多研究、多嘗試、多積累、多總結，在有限的條件下將建筑功能與藝術和技術更好地結合起來，使建筑設計的各個方面既符合建筑學原理，又符合節能原則。
2建筑圍護結構的節能及其材料使用現狀
建筑圍護結構組成部分（屋頂、外墻、門窗、遮陽等設施）的設計對建筑能耗與用戶所處熱舒適環境有重要的影響。一般增大圍護結構費用僅占總投資的3％～6％，而節能效果卻可達到20％～40％。通過改善建筑圍護結構的熱工性能，在夏季可減少室外熱量傳入室內，在冬季可減少室內熱量的流失，使建筑熱環境得到改善，從而減少建筑的冷、熱消耗。我國房屋住宅的能量損失的狀況為：墻體約占50％；屋面約占25％；門窗約占25％；地下室和地面約占15％。因此，筆者僅以外墻節能設計及其新用材料方面作以重點描述。近30年來，全球都在關注節能降耗。外墻保溫體系是20世紀70年代全球石油危機時期，歐洲國家為緩解能源危機而展開的一次大量的改革性工作的產品。國外開始使用節能保溫性能的生態建材有植物纖維板、聚苯板和聚氨酯板，這些材料保溫性能雖然優良，但存在消耗石油資源的問題，存在著強度低，剛度差，變形較大的缺點，特別是防火、防水、耐酸堿性能也較差。據悉，近幾年全球對保溫材料的消費量以每年平均3．8％的速度增長，2012年已達到215億美元的消費量。就地區而言，亞洲地區將出現增長趨勢，未來建筑市場的發展將帶動對保溫材料的需求。建筑外墻保溫節能在我國起步較晚，目前在國家改革的支持下和市場的需求下，已促進更多的企業和投資者積極選擇建筑外墻保溫節能這種新型外墻保溫體系。我國建筑節能規范由以前的30％提高到65％，北京、上海等部分一線城市的節能規定要求最低達到75％。此規范的引起國家相關部門高度的重視，各地對房地產、建筑行業出臺了多條相關政策，對不達標的建筑不予審核，這給整個建筑外墻保溫的全面節能與設計以及新型保溫材料帶來了良好的發展前景。
3．1產品特點
無機輕質陶瓷外墻保溫板屬于新型外墻保溫材料，由中國建材集團咸陽陶瓷研究設計院研制成功。該產品較之前的保溫材料，有以下突出特點：1）導熱系數≤0．04W／m•K，導熱系數低，保溫性能良好。2）防火等級：A級，在保溫基礎上防火特性突出，可大大提高了產品的安全性。3）抗凍性好，在20～25℃，反復循環50次性能指標達標。該產品耐久性良好，可與建筑物同壽命。4）抗壓強度＞1．2MPa，強度高。5）該產品另一突出特點是施工方便，不用提前布網，使用砂漿直接粘貼，既人性化又節約成本，產品價格低廉。
3．2無機輕質陶瓷外墻保溫板與其他常用保溫材料主要性能比較
1）巖（礦）棉和玻璃棉它統稱為礦物棉，它們都屬于無機材料。巖棉板的優點是質量輕、導熱系數小、吸熱、不燃燒，有一定的隔音效果，但其強度低，憎水性能和耐久性能不佳。2）聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯樹脂為主要原料，經發泡劑發泡而制成的內部具有無數封閉微孔的材料，不僅表觀密度小，導熱系數小，吸水率低，隔音性能好，機械強度高，而且尺寸精度高，結構均勻，但其具有防火性能和耐久性能差等缺點。3）聚氨酯是目前最好的保溫材料，各項性能指標都優于傳統的XPS、EPS外保溫系統，硬質聚氨酯塑料具有質量輕、非常優越的絕熱性能，其導熱系數之低（0．025W／（m•K））是其他材料所無法與之相比的，但其成本較高，歐美等發達國家使用的建筑保溫材料中約49％為聚氨酯材料。4）泡沫陶瓷（玻璃）防火、防潮、防腐方面性能優異，但是仍具有導熱系數較大、成本較高等缺點。5）水泥發泡保溫板是一種高性能無機保溫材料，它是一種多孔輕質高性能保溫無機板材，是由多種無機膠凝板材與改性劑、發泡劑等添加劑經攪拌系統、養護系統、切割系統等設備生產制成的一種導熱系數低、保溫隔熱性能好、耐高溫、耐老化、A1級不燃的無機保溫材料。該材料可廣泛應用與建筑外墻保溫系統，但強度低是其一大弱點。6）無機輕質陶瓷外墻保溫板克服傳統膨脹珍珠巖吸水率較高，在墻體溫度變化時，因珍珠巖吸水膨脹產生鼓泡開裂導致材料的保溫性能降低和因珍珠巖與水泥結合體，出現的難以解決的強度與導熱系數的矛盾而制備的一種低導熱阻燃的輕質無機材料保溫材料。
3．3產品質量標準
因為該產品屬于一種新型外墻保溫材料，國內還沒有專門的行業標準或國家標準。目前，該產品使用的質量檢驗標準方法主要有：1）《泡沫塑料及橡膠表現密度的測量》；2）《砌墻磚試驗方法》；3）《膨脹聚苯薄抹灰外墻保溫方法》；4）《建筑材料及制品燃燒性能分級》；5）《建筑材料不燃性試驗方法》。
3．4產品市場的前景
該產品因其突出的保溫性能，施工方便，防火性能為A級，又具有與建筑同壽命等優點而備受人們青睞，必將成為實現國家節約能源和保護環境的選擇，因而該產品具有非常廣闊的市場前景。
作者：龐峰 賀劉花 周媛 單位：咸陽陶瓷研究設計院
