從建筑組成部分和材料出發(fā)淺析建筑節(jié)能

董　如　郭玲麗

摘要： 從建筑工程的組成和構造以及各組成部分的建筑材料出發(fā)，分析了目前建筑節(jié)能的發(fā)展情況，結合我國節(jié)能建筑的發(fā)展情況，提出了存在的問題和解決問題的若干措施和建筑節(jié)能技術的發(fā)展方向。

關鍵詞： 建筑組成部分；建筑材料；節(jié)能建筑

建筑能耗是社會總能耗的重要組成部分，據(jù)統(tǒng)計，西方發(fā)達國家的建筑能耗占其國家總能耗的30％～40％。我國目前這一比例為27.6％，盡管現(xiàn)在低于發(fā)達國家水平，但是隨著人們對居住、辦公等環(huán)境質量的要求逐步提高，建筑能耗尤其是其中的電力消耗，將會給國家的能源供應帶來越來越大的壓力。

建筑從勘查設計至竣工交付使用直至其服務于人們的生活、工作的全壽命周期，由此可以看出，建筑能耗具有明顯的時間區(qū)域性。相對從建筑材料制造、建筑施工過程的能耗來講，建筑全使用壽命周期的能耗無論從總量還是總時間長度來說，對社會總能耗的影響巨大。因此，本文所討論的建筑能耗主要指建筑使用過程中的能耗。

中國目前的建筑能耗以供暖、空調和通風為主,三項之和占到了建筑總能耗的2 /3 。這三項能耗的基本途徑與以下建筑組成部分息息相關。以下就不同建筑組成部分為分類依據(jù)，分析節(jié)能材料的應用和發(fā)展方向。

1 圍護結構的節(jié)能

我國幅員遼闊，不同地區(qū)氣候條件差別很大，但統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，不同地區(qū)圍護結構傳熱能耗，占建筑物總能耗的57%～77%。因此，建筑物的圍護結構是建筑節(jié)能設計中應重點采取技術措施的部位。

其中，通過外墻損失的熱量占建筑總熱耗的35％～49％。因此，許多國家都大力發(fā)展低能耗的墻體材料。保溫絕熱材料的節(jié)能能力由材料的導熱系數(shù)決定。導熱系數(shù)越小，保溫隔熱性能越好。總體來說，絕熱材料都具有輕質、疏松、多孔或為纖維狀的特點。目前多層建筑中廣泛采用的燒結多孔磚和聚苯乙烯泡沫塑料就是典型的絕熱材料。建筑物維護結構的主要建筑材料有砌墻磚、砌塊和板材。

其中砌墻磚按其強度是否是通過燒結形成分為燒結磚和非燒結磚。燒結磚包括普通粘土磚，燒結多孔磚、燒結空心磚等。普通粘土磚由于其生產會破壞生態(tài)，給環(huán)境帶來永久性損害，其燒制過程中會產生二氧化硫等污染氣體，而且其保溫隔熱性能也遠低于新型材料，目前在我國的大部分城市已經禁止使用，資料顯示，已經有139個城市完成了實心粘土磚的禁用、限用。非燒結磚不會破壞生態(tài)，有利于保護農田和減少環(huán)境污染，利用工業(yè)廢渣制造非燒結磚已經成為砌墻磚生產的主要途徑之一。但是在廣大農村鄉(xiāng)鎮(zhèn)，粘土磚因其原料廣泛，生產工藝簡單，仍是主要建筑材料，粗略估計，實心粘土磚的用量仍占墻體總用量的80％。北京市4000多個自然村中，95％以上的建筑依然使用紅磚，即普通燒結磚。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國墻體材料企業(yè)約有10萬家，其中磚瓦企業(yè)9萬家以上，墻體材料年總產量折合為普通磚約為8500億塊，其中普通實心粘土磚為5000億塊。這些數(shù)據(jù)不容樂觀，普通粘土磚耗能嚴重，國家禁令頻頻，卻仍然有很大的市場，主要有以下兩方面的原因，一是節(jié)能宣傳不到位，單純法令禁止不能使老百姓切身感受到節(jié)能材料帶來的經濟價值；二是新型墻體材料的成本問題，如混凝土空心砌塊，生產周期長、工序復雜，銷售價格遠高于普通粘土磚。

目前，在使用環(huán)節(jié)，我國已經加大對新型墻體材料推廣的支持力度。凡財政撥款或補貼的行政機關辦公用房、公共建筑、經濟適用房、示范建筑小區(qū)和國家投資的生產性項目，都必須選用新型墻體材料。利用預算內資金或國債資金以及中小企業(yè)發(fā)展專項資金，對新型墻體材料重大技術開發(fā)和產業(yè)化示范項目給予必要的資金支持；在生產環(huán)節(jié)，利用廢渣、爐渣、粉煤灰等或摻廢料30％以上的非燒結磚年產量占總產量的16％以上，全國新型墻體材料已經占到墻材年總產量的近39.26％，其中砌墻磚類墻材產品占到了32.13％。

外墻材料的設計發(fā)展方向及節(jié)能措施主要以在采用新型墻體材料的同時在墻體內外側敷設保溫隔熱材料為主，輔助措施有反射幕墻、植物覆蓋綠化等等。其中玻璃幕墻結合太陽能發(fā)電技術成為目前節(jié)能建筑發(fā)展的新旗幟，2008年10月18日正式并網運行的保定"電谷錦江國際酒店" 其發(fā)電主體是總計達到3800塊、4500平方米的玻璃幕墻。玻璃幕墻是目前高層建筑常用的帶有裝飾效果的輕質墻。"電谷錦江"的建成，使我國節(jié)能建筑的發(fā)展又邁進了關鍵的一步，也為今后建筑材料的功能化發(fā)展指明了方向。

2 屋頂節(jié)能

屋頂是建筑物頂部的外圍護構件和承重構件。抵御自然界雨、雪及太陽能輻射等對建筑的影響，同時承受建筑物頂部荷載。因此屋頂必須具有足夠的強度、剛度，作為節(jié)能的重要部位，更要有保溫隔熱的能力。目前普通建筑的屋頂依據(jù)建筑材料、結構形勢、頂部造型的不同，主要分為平屋頂、坡屋頂和其他類型屋頂。坡屋頂一般坡度在10%以上，其特點是屋面排水速度快。坡屋頂在保溫方面較平屋頂有更多的優(yōu)勢，其保溫方法一般有兩種：一種是在屋面掛瓦和望板之間加保溫材料，另一種是在坡屋頂下做吊頂并在頂棚內鋪輕質保溫材料，如鋸末、礦渣棉等。北京市從2002年開始實施的"平改坡"工程，正是坡屋頂良好保溫性能的"發(fā)現(xiàn)之旅"，并為北京采暖季節(jié)的節(jié)能和城市環(huán)境治理帶來巨大的影響。坡屋頂較平屋頂?shù)淖畲髢?yōu)勢就在于，屋頂結構為設置隔汽層和封閉的空氣間層提供了空間。屋頂表面采用柔性防水時，能夠反射陽光輻射的材料也將給建筑的節(jié)能效率帶來較大的影響。

立體綠化也是節(jié)能建筑屋頂設計的發(fā)展方向之一，覆土和植草屋面的生態(tài)保溫隔熱效果明顯，在一般的防水層上加塑料凹凸板、蓋土工布，起到防水、擋土、濾水的作用。研究數(shù)據(jù)表明，立體綠化可以使屋頂溫度降低5.C以上。屋頂綠化不僅對建筑物降低能耗有顯著作用，同時也能緩解大氣浮塵凈化空氣，保護建筑物頂部，延長建筑物使用壽命。西方發(fā)達國家在立體綠化方面起步較早，相繼建造了各類規(guī)模和結構的屋頂綠化工程。日本的東京甚至通過立法強制屋頂?shù)木G色植物覆蓋率，規(guī)定凡是新建建筑占地面積超過1000平方米者，屋頂必須有20％的植物覆蓋，否則將被處以罰款。我國屋頂綠化建設始于上世紀60年代。深圳、上海、廣東等省市紛紛出臺屋頂綠化的相關實施辦法。屋頂綠化需要解決的關鍵問題是荷載，目前屋頂綠化的種植層使用人工介質、輕質土、腐葉土、鋸末、復合肥或者蛭石、珍珠巖、煤渣、谷殼等提前配制好的種植土，這些合成土的特點是重量輕、透氣性好、營養(yǎng)充足且不易板結，不僅利于植物生長，而且在草坪厚20～30cm時，增加荷載僅為100kg/m2，即使舊屋也能滿足該荷載要求。

3 門窗節(jié)能

就其建筑部位劃分，門窗應屬于圍護結構的一部分，門窗面積約占建筑外維護結構面積的30％,門窗傳熱及其空氣滲透耗熱量最大，是建筑能耗散失的最薄弱部位,各地區(qū)約占建筑物總耗熱量的50% ～60%不等，顯然，門窗的節(jié)能在建筑節(jié)能中具有舉足輕重的地位。目前國內在建筑上所使用的門窗，主要有鋼、木、鋁（合金）、塑鋼四大類。木門窗由天然木材加工制成，屬傳統(tǒng)門窗類型，但因木材生長周期長，過多的使用將會對環(huán)境造成惡劣影響，而塑鋼門窗、玻璃鋼門窗與木門窗相比，具有輕質、高強、耐久、密封性好，隔音效果好，且具有良好的絕熱性能，正逐漸替代木門窗，成為門窗建材的首選。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，塑鋼門窗節(jié)約能源較鋁合金提高30％以上，特別適合冷氣空調環(huán)境，使用塑鋼門窗的房間比使用木門窗的房間，冬季室內溫度平均提高4℃~5℃，這對北方采暖季的煤耗、電耗等的節(jié)約都將起到重大的作用，同時也節(jié)約了大量的木材和鋼材，提高了人們的居住質量。目前，由于木門窗易變形、防火絕緣性差、耐久性差等缺點，其應用范圍正逐步萎縮，但是，鋁合金門窗因其施工維修方便、重量輕、強度高等優(yōu)點，有很大的應用量，同時，因為其堅固耐用，已使用該類型門窗的建筑更換的概率較小，但是，鋁合金門窗具有較高的導熱性，這一特點無論是對冬季采暖還是夏季空調來說，都會造成能源浪費。因此，原有鋁合金門窗的改造升級，將是節(jié)能建筑改造丞待解決的問題之一。

窗戶上能量傳遞方式主要有：輻射傳遞、對流傳遞、傳導傳遞，另外空氣滲漏也是窗戶能量損失的重要組成部分。輻射傳熱可通過物理學原理境地玻璃表明發(fā)射率得到改善，如鍍膜玻璃對太陽光中的熱射線具有一定的控制作用，在保證室內采光柔和的條件下，可以有效的屏蔽進入室內的太陽輻射能，從而避免暖房效應，節(jié)約能耗，而且鍍膜玻璃對于可見光有較高的透過率，有利于自然采光，從而節(jié)省照明費用；傳導損失主要發(fā)生在玻璃和窗框之間，通過使用絕密的邊部密封材料可以有效的減少此類損失；對流損失主要指玻璃間隔層內的氣體運動所帶來的熱量損失，通常通過充入特殊氣體解決。

玻璃的發(fā)展日新月異，現(xiàn)代玻璃技術的發(fā)展，使其裝飾性和功能性緊密的聯(lián)系在一起，成為未來節(jié)能建筑的主要材料之一。

4 樓地面節(jié)能

由于建筑物地面并不直接暴露在外界環(huán)境中，所以，相對其他結構，樓地面更利于保溫。現(xiàn)在的大部分的民用建筑都有地下室和一定的地下空間，使地面與地基之間有一定的空氣隔層，提高保溫性能。如今，地板采暖在城市建筑中的應用十分廣泛，較普通的散熱片采暖方式，地板采暖在節(jié)能方面表現(xiàn)突出，采用散熱片采暖，一般出水溫度要求在70度以上，而地板采暖的輻射面大，要求的供水溫度相對較低，只需40～50度，而且可以克服傳統(tǒng)采暖部分熱量從門窗散失的缺點，地板采暖的節(jié)能幅度約為10％～20％。但是，地板采暖同時對樓地面的鋪設材料的絕熱性能提出了更高的要求，需要在樓地面的中間層鋪設有較好的剛性、韌性和較大的蓄熱系數(shù)的保溫材料。

5 結語

隨著我國經濟的快速發(fā)展，能源需求不斷增長，能源供應面臨巨大挑戰(zhàn)。和西方發(fā)達國家相比，我國在能源問題上所面臨的形勢相當嚴峻，人均主要能源資源占有量低。建筑能耗巨大，大力發(fā)展節(jié)能建筑是實現(xiàn)經濟可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。

參考文獻

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作者簡介：董如女，碩士研究生，河北省辛集市人，主要研究方向為技術經濟及管理、能源等。

郭玲麗，女，碩士研究生，吉林省長春市人，主要研究方向為技術經濟及管理、能源等。