植物纖維新建筑體系的低碳節(jié)能特性——關(guān)于低碳建筑體系、建筑形式、建筑構(gòu)件的探索與實(shí)踐

孫成建 曹玉蓮 孫艷清（河北綠環(huán)新型墻材科技有限公司，河北 宣化 075100）

1 低碳經(jīng)濟(jì)在中國的現(xiàn)狀與瓶頸

1.1 現(xiàn)狀

中國是世界上耗能大國，也是能源利用率極低的大國。2009 年，全國單位GDP 能耗為1.077 噸標(biāo)準(zhǔn)煤，高于發(fā)達(dá)國家的近3 倍。2009年全球碳排放316 億噸，中國排放了70 億噸，占到23%。

低碳節(jié)能是中國經(jīng)濟(jì)后金融危機(jī)時(shí)期發(fā)展的必經(jīng)之路，是關(guān)乎中國這個(gè)巨大經(jīng)濟(jì)體能否生存、可否持續(xù)發(fā)展的重大課題。在淘汰小火電、小鋼鐵、小水泥較方便措施基本用盡，又找不到節(jié)能減排新潛力的情況下，無奈采取拉閘停電等極端手段，這就是中國低碳轉(zhuǎn)型面臨的嚴(yán)峻現(xiàn)狀。

1.2 瓶頸

建筑業(yè)節(jié)能是中國低碳節(jié)能全局的瓶頸。只有突破建筑領(lǐng)域低碳節(jié)能這個(gè)瓶頸，中國的低碳節(jié)能經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型才能實(shí)現(xiàn)。建筑業(yè)低碳節(jié)能的成效，對全國低碳節(jié)能的影響巨大。

1）建筑業(yè)耗能比重巨大

建筑耗能在全社會耗能中，其狹義的建筑耗能達(dá)到37%，這個(gè)概念不能準(zhǔn)確科學(xué)反映建筑耗能的真實(shí)狀況，因?yàn)檫@種表述只含括了局部不是整體。而包含與建材生產(chǎn)、建筑施工及建筑使用期耗能相關(guān)運(yùn)輸耗能、維護(hù)耗能等都是建筑耗能的范疇，整體或說廣義的建筑耗能，將占全社會耗能的64.09%，甚至更高。

僅以電煤一項(xiàng)舉例：2010 年全國發(fā)電耗煤16 億噸，僅城市空調(diào)用電占43%以上，電煤消耗約6.8 億噸，加之電煤運(yùn)輸中的耗能約1 億噸，共計(jì)7.8 億噸，空調(diào)一項(xiàng)就占了全年電煤總額46.25%，數(shù)量巨大，觸目驚心。

2）建筑耗能對其他耗能行業(yè)的剛性促動作用

中國低碳節(jié)能轉(zhuǎn)型是個(gè)系統(tǒng)工程，而在電力、鋼鐵、有色、建材、石化、化工六大高耗能行業(yè)中，建筑耗能是龍頭，對其它行業(yè)有巨大牽引推動作用。

圖1 2010 年建筑相關(guān)行業(yè)煤耗表

建筑業(yè)的高耗能狀況，剛性的推動相關(guān)行業(yè)的高耗能運(yùn)行，國家低碳節(jié)能的全局被建筑業(yè)逆向阻滯。

2010 年粘土磚產(chǎn)量：5600 億標(biāo)準(zhǔn)磚，81 億立方，1 立方/30kg，耗煤2.5 億噸。

2010 年我國水泥產(chǎn)量在16.5 億噸，73%用于建筑。耗煤3.2 億噸。

2010 年鋼材產(chǎn)量6.92 億噸，其中粗鋼產(chǎn)量4.68 億噸，用于建筑或相關(guān)工程，鋼材生產(chǎn)耗煤4 億噸以上。

2010 年發(fā)電用標(biāo)煤超過16 億噸，占全年煤產(chǎn)量的48%；其中40%的電力用于建筑取暖、制冷，耗煤6.8 億噸.北方4.5 個(gè)月取暖耗煤約4.5 億噸。

2010 年全年全國煤產(chǎn)量31 億噸。而建材生產(chǎn)、建筑施工、建筑使用耗能高達(dá)21 億噸，占全年煤產(chǎn)量的65%。

由此可見，建筑業(yè)是全社會高耗能的剛性推動力和強(qiáng)勁的火車頭，實(shí)現(xiàn)低碳節(jié)能的國策，必須突破建筑業(yè)低碳節(jié)能這個(gè)瓶頸。

3）中國建筑業(yè)的膨脹期漫長，膨脹量巨大

中國的城市化進(jìn)程過半， 3 級城市尚有10年以上的發(fā)展期；而城鎮(zhèn)化建設(shè)剛剛起步，如果實(shí)現(xiàn)2020 年7 億人的城鎮(zhèn)化目標(biāo)，建筑總量非常巨大，按照近年的住宅完工面積估算每年20 億平方米，到2020 年將新建200 億平方米新建筑，按磚混建筑50 年使用期取暖耗能3.7/m2噸標(biāo)煤計(jì)算，共需要新增煤炭產(chǎn)量74 億噸;空調(diào)用電每年需要新增電煤7.68 億噸，驚人的數(shù)字警告我們，如果不能真實(shí)有效的加快建筑低碳節(jié)能的步伐，一個(gè)全社會缺煤、缺電、缺油的窘迫局面將會很快出現(xiàn)。今年下半年，多省市拉電限排，燃油停售運(yùn)輸癱瘓的局面將愈演愈烈。

按照現(xiàn)在的年建筑量和耗能計(jì)算，到2020年我國建筑耗能量達(dá)到90 億噸。

4）建筑物節(jié)能性能極低

僅以取暖耗能為例，我國單位建筑面積采暖能耗相當(dāng)于相同氣候地區(qū)發(fā)達(dá)國家的2-3 倍。龐大的舊有高耗能建筑、新建高耗能建筑疊加，使建筑業(yè)節(jié)能減排的任務(wù)異常迫切。

低碳節(jié)能型經(jīng)濟(jì)是中國的必由之路，建筑業(yè)的低碳節(jié)能進(jìn)程是低碳節(jié)能轉(zhuǎn)型成敗關(guān)鍵所在。

2 建筑業(yè)低碳節(jié)能價(jià)值

2.1 建筑業(yè)加快低碳節(jié)能的價(jià)值

1）社會價(jià)值

建筑業(yè)的低碳節(jié)能程度，直接關(guān)系全社會的耗能和排放狀況，直接關(guān)系到中國的經(jīng)濟(jì)能否可持續(xù)發(fā)展，中國的小康社會和現(xiàn)代化社會能否實(shí)現(xiàn)，決定中國人的子孫后代能否在這片土地上生存。

2）經(jīng)濟(jì)價(jià)值

提高建筑質(zhì)量，降低建筑耗能和成本，實(shí)現(xiàn)國內(nèi)自有資源、能源的高儲備、高效能，減少對國外資源的依賴，保證國家能源安全。

2.2 建筑業(yè)低碳節(jié)能的策略

建筑節(jié)能的策略：重在建材生產(chǎn)、建筑安裝、建筑使用耗能三個(gè)重點(diǎn)環(huán)節(jié)上。

2.3 突破低碳建筑關(guān)鍵技術(shù)瓶頸

1)建筑材料的免燒化，就是用新技術(shù)新工藝替代現(xiàn)有建材生產(chǎn)中燃燒耗能。

2)建材原料的生態(tài)、可再生化（降低一次性資源消耗）。

3)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能高優(yōu)化。

4)建筑施工的集成化。

5)自然能利用綜合化。

6)建筑構(gòu)件的輕體化。

2.4 技術(shù)創(chuàng)新

胡錦濤總書記在今年兩會強(qiáng)調(diào)“技術(shù)創(chuàng)新”是“實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的保證和支撐”。我國已經(jīng)取得了多方面、重大、領(lǐng)先、成熟的實(shí)用成果，只要積極推廣和廣泛應(yīng)用，就一定能夠在較短的時(shí)間內(nèi)，推動中國的低碳建筑走在世界前例。

3 植物纖維建筑

1）纖維建筑及建筑構(gòu)件具有的低碳、生態(tài)、節(jié)能特征。

2）植物纖維多層無鋼建筑

（1）植物纖維無鋼建筑的構(gòu)成

外圍護(hù)結(jié)構(gòu)：植物纖維外墻保溫板（專利號：ZL 200520129966.1）、植物纖維屋面板（專利號：ZL 200620148664.3）、植物纖維保溫窗專利授權(quán)號：（201020568283.7）組成。

內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)：植物纖維高強(qiáng)樓板（專利號：200620148665.8）、植物纖維內(nèi)墻隔板、植物纖維隔戶保溫內(nèi)墻板組成。

承重結(jié)構(gòu)：承重保溫外墻、非承重構(gòu)造柱 （專利授權(quán)號：201020568294.5）、圈梁、輕木屋架組成。

節(jié)能配套裝置：中水節(jié)水裝置，專利號：（ZL 200620148663.9）、太陽能高敏暖氣（專利授權(quán)號：201020568270.1）、自然冷、熱風(fēng)交換裝置。

（2）植物纖維無鋼建筑的節(jié)能特性

已有的試驗(yàn)樓數(shù)據(jù)：南京林業(yè)大學(xué)節(jié)能別墅，-5 度24h 室內(nèi)溫降為7 度。（室溫25 度，全封閉24h 后17 度）。

（3）實(shí)現(xiàn)節(jié)能的主要技術(shù)

外圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的高熱阻性能：植物纖維外墻保溫板，結(jié)構(gòu)熱阻2.7（m2·k）/w;植物纖維屋面板，1.6（m2·k）/w;植物纖維保溫窗，傳熱系數(shù)1.5 W/（m2·K）。

植物纖維外墻保溫板，采用25%濕度的空氣作保溫介質(zhì)，資源廉價(jià)無限，通過多層空氣間層技術(shù)組合使結(jié)構(gòu)熱阻成倍提高，達(dá)到2.7（m2·k）/w，實(shí)現(xiàn)砌體、保溫一體化、輕體化，防火達(dá)到A 級160 分鐘，徹底根除了火災(zāi)隱患。

外保溫墻無縫全包敷技術(shù)：外保溫墻的無縫全包敷是最理想的結(jié)構(gòu)形式，但實(shí)現(xiàn)它受限于材料和工藝方面的保障，植物纖維外墻保溫板采用直角轉(zhuǎn)彎、墻板外掛的技術(shù)組合，完整的實(shí)現(xiàn)了這種結(jié)構(gòu)形式，從而大大提高了外墻整體的平均熱阻值，達(dá)到2.55（m2·k）/w。

高性能保溫窗的節(jié)能貢獻(xiàn)率：外窗的傳熱系數(shù)直接關(guān)系建筑的保溫隔熱性能，我們知道，窗、墻比為37%建筑，外窗的散熱量約為整個(gè)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)總量的42%；如果是做了外墻保溫的建筑，其比例高達(dá)50%以上，可見外窗的熱功性能對建筑節(jié)能至關(guān)重要。植物纖維保溫窗1.5 W/（m2·K）傳熱系數(shù)，大大降低了建筑的耗能，我們參照北京地區(qū)外窗4 W/（m2·K）傳熱系數(shù)規(guī)范，比較其節(jié)能貢獻(xiàn)。

多種技術(shù)組合的節(jié)能效力：多種技術(shù)和產(chǎn)品的綜合使得植物纖維多層建筑節(jié)能效果顯著。植物纖維建筑極佳的整體保溫隔熱性能，使得大熱源供暖成為多余，從而為太陽能暖氣供暖提供了必要條件，植纖建筑使用太陽能暖氣供暖后，耗能大大降低，并為實(shí)現(xiàn)建筑0 耗能做了前期探索。

圖2 高敏太陽能暖氣示意圖

屋頂自然風(fēng)節(jié)能設(shè)施：植物纖維建筑配備了屋頂自然風(fēng)節(jié)能裝置，在我國大部分地區(qū)，尤其是冬冷夏熱地區(qū)，日晝的溫差很大。以北京為例，10 月的日晝溫差10 度以上，屋頂自然風(fēng)節(jié)能裝置可以把每天最熱和最冷氣溫時(shí)的空氣封閉儲存在屋頂空間，提高屋頂?shù)谋馗魺嵝阅堋Ｅ浜现参锢w維整個(gè)外維護(hù)結(jié)構(gòu)較高的保溫隔熱條件，大大提高建筑的節(jié)能優(yōu)勢。見圖3。

圖3 屋頂間層空氣調(diào)節(jié)示意圖

綜上所述，植物纖維多層建筑的節(jié)能特性突出，技術(shù)可靠，實(shí)施便捷，是一種成熟的建筑節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品。

3)植物纖維構(gòu)件與高層建筑

植物纖維部分建筑構(gòu)件與混凝土框架結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)建筑配合使用對提高高層建筑節(jié)能性、產(chǎn)業(yè)化及土地恢復(fù)利用有重大價(jià)值。輕體優(yōu)勢減低建筑自重，從而保證土地即時(shí)復(fù)耕。

高層建筑配用植纖建筑構(gòu)件，使得整體建筑的平均阻熱值大大提高，建筑整體的節(jié)能性能大大的提升。

圖4 植物纖維建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻系數(shù)示意圖

植纖建筑構(gòu)件的使用推動了建筑產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、集成式拼裝的建筑產(chǎn)業(yè)化的要求。以2006 年南京林業(yè)大學(xué)223 平米節(jié)能別墅為例：主體建筑施工時(shí)間6人9 天完成。同樣的磚混建筑，施工工期需要60天以上。

配用植纖建筑構(gòu)件可以實(shí)現(xiàn)干法施工，根除了泥水、灰塵、噪音的污染、不使用大型機(jī)械，最大的機(jī)械是電鉆；耗能為每10 建筑平米0.3 度電；每100 建筑平米用水1 噸，大大降低了施工耗能和污染。

4 完整的低碳節(jié)能建筑體系

低碳節(jié)能效益，涵蓋了建材生產(chǎn)、建筑安裝、全壽命期、相關(guān)產(chǎn)業(yè)、生態(tài)利廢、自然能利用、建筑使用后的回收再利用的全過程。圖5 僅對植物纖維建筑的全程耗能與現(xiàn)行建筑進(jìn)行了比較。

圖5 植物纖維建筑與磚混建筑全序耗能比較表

生產(chǎn)耗能150kg/1kg 運(yùn)輸耗能13kg/13kg；施工耗能50kg/8kg；全壽命耗能3700kg/150kg。

植物纖維建筑構(gòu)件是系列化產(chǎn)品，涵蓋了整體建筑結(jié)構(gòu)的各個(gè)部分。它從課題提出—研制計(jì)劃—試制實(shí)驗(yàn)—試驗(yàn)工程—規(guī)模化生產(chǎn)線研制，綜合了各種技術(shù)手段，取得了建筑生態(tài)化、節(jié)能化、產(chǎn)業(yè)化、可再生化的理想效果。

外圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品有：①植物纖維外墻保溫板；②植物纖維輕體保溫屋面板；③植物纖維保溫窗。內(nèi)維護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品有：①植物纖維輕質(zhì)內(nèi)墻板；②植物纖維保溫隔音隔戶墻板；③植物纖維樓道隔墻板。承重結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)品有：①植物纖維輕質(zhì)無鋼承重梁；②植物纖維構(gòu)造柱、植物纖維無鋼過梁；③植物纖維無鋼屋架。綜合能源節(jié)能配套裝置產(chǎn)品有：①中水利用裝置；②太陽能高敏暖氣；③自然冷熱風(fēng)交換裝置。

5 推廣應(yīng)用

植物纖維低碳建筑廣泛應(yīng)用對低碳經(jīng)濟(jì)的推動作用如下。

1）為我國的低碳節(jié)能經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式進(jìn)行了有益的探索。

我國的低碳節(jié)能經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，時(shí)間緊迫壓力沉重，箭在弦上，從哪里突破這一難題？方向在哪里？潛力在哪里？答案是建筑業(yè)。

建筑業(yè)突破技術(shù)瓶頸的方向和環(huán)節(jié)應(yīng)是：①建筑原料的生態(tài)化；②建材生產(chǎn)的免燒化；③建筑安裝的集成化；④建筑體系的無鋼化、少鋼化；⑤保溫隔熱介質(zhì)的自然化；⑥自然能技術(shù)的組合化。

表1 植物纖維建筑與現(xiàn)行建筑的性價(jià)比

建筑業(yè)通過技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)低碳節(jié)能突破，對低碳節(jié)能的全局，具有重大的意義。可比計(jì)算：建筑業(yè)節(jié)能50%，全社會耗能和排放將降低30%以上。

2)為節(jié)能建筑的大面積推廣提供了技術(shù)保證。

植物纖維建筑及建筑構(gòu)件為低碳節(jié)能建筑的發(fā)展，提供了創(chuàng)新的、系列的、扎實(shí)的技術(shù)和產(chǎn)品保障。

3)為十二五的小康社會建設(shè)提供了高性、低價(jià)產(chǎn)品

植物纖維建筑立足中國大眾，創(chuàng)造極好的產(chǎn)品性價(jià)比，為大眾夢想的實(shí)現(xiàn)提供了可能（詳見[中國建材科技]2006 年第六期）。

4)植物纖維建筑及建筑構(gòu)件項(xiàng)目，為占領(lǐng)后金融危機(jī)產(chǎn)業(yè)先機(jī)提供了可能。

植物纖維建筑及建筑構(gòu)件是中國獨(dú)有的，是完全自主知識產(chǎn)權(quán)的，是一個(gè)完整的新建筑體系。植物纖維建筑及建筑構(gòu)件項(xiàng)目，為經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，抵抗馬上到來的國際“碳關(guān)稅”打壓，保持經(jīng)濟(jì)可持續(xù)、高質(zhì)量增長，探索了道路。

植物纖維建筑及建材構(gòu)件項(xiàng)目，已經(jīng)完成各種試驗(yàn)工程，進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化展開階段。自2006 年至2008 年完成各種示范工程如下：①2006 年南京林業(yè)大學(xué)保溫別墅工程；②2006 年張市世紀(jì)豪園外保溫墻工程；③2006 年宣化萬豪會館強(qiáng)隔音內(nèi)墻工程；④2007 年宣鋼2300 平米屋面工程；⑤2007 年國家地震局靜海地磁機(jī)房工程；⑥2007 年張家口市供電局樓上樓工程⑦2008年12 月北京銘商植物纖維無鋼節(jié)能住宅樓；⑧2010 年我公司植物纖維節(jié)能廠房工程。

綜上，植物纖維建筑及建筑構(gòu)件項(xiàng)目，是代表低碳生態(tài)經(jīng)濟(jì)新時(shí)期建筑理念、建筑性能、建筑方式的發(fā)展方向，是一種全新的，具有始創(chuàng)價(jià)值的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國建設(shè)低碳節(jié)能型經(jīng)濟(jì)，建設(shè)環(huán)境友好型社會，建設(shè)社會主義新農(nóng)村提供了技術(shù)和產(chǎn)品保證。