生物質材料在農宅墻體構建中的應用探討

羅清海　張紅艷　劉秋菊　楊修飛

摘 要：通過對比幾張典型圍護結構基本熱工參數，本文分析了農村生物質材料用于生態農宅建設的可行性，提出了一種黏土燒結磚+（生物質秸稈+石灰）填充的墻體結構模型。它不僅可以滿足結構性能要求，還能實現農宅結構熱工性能和熱濕環境的根本改善。因地制宜，推陳出新，大力推進生物質材料在農宅建設中的應用，是落實國家生態文明建設理念的重要思路。

關鍵詞：生物質材料;生態農宅;熱工性能;復合結構

中圖分類號：TU111.41;TU531 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）26-0102-03

Application of Biomass Materials in the Construction of Farm House Walls

LUO Qinghai1 ZHANG Hongyan2 LIU Qiuju2 YANG Xiufei3

（1. University of South China，Hengyang Hunan 421001;2. Hunan Institute of Traffic Engineering，Hengyang Hunan 421001;3. Luoyang Institute of Science and Technology，Luoyang Henan 471023）

Abstract： By comparing the basic thermal parameters of several typical envelope structures， this paper analyzed the feasibility of using rural biomass materials for ecological farm construction， and proposed a wall structure model filled with clay sintered brick + （biomass straw + lime）. It can not only meet the structural performance requirements， but also achieve the fundamental improvement of the thermal performance of the farm structure and the hot and humid environment. It is an important idea to implement the concept of national ecological civilization construction by adapting to local conditions， introducing new ideas， and vigorously promoting the application of biomass materials in the construction of rural houses.

Keywords： biomass material;ecological rural housing;thermal performance;composite structure

綠色建筑是21世紀建筑發展的主要方向。2006年，中國制定了《中國生態住宅技術評估手冊》。其基本目標是“促進住宅小區節約資源（節能、節材、節水、節地）及防止環境污染”。2019年3月13日，住房和城鄉建設部發布公告，修訂后的《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378—2019）于2019年8月1日開始實施，原標準（GB/T 50378—2014）同時廢止，新標準更強調建筑全壽命周期內最大限度實現人與自然的和諧共生[1]。隨著城鎮化、村鎮化進程的加速以及生活水平的提升，農村建筑環境舒適水平訴求也日益提高。中國傳統農宅曾廣泛使用生物質材料，從建筑材料到運行能耗，可再生生物質材料一直占主導地位，改革開放后，農村的居住條件、生活方式發生了根本性變化，原來的生物質材料基本被煤炭、石化、混凝土和鋼筋取代[2]。中國地域廣闊，氣候多樣，生物質資源豐富，但利用率和利用水平都較低，人們要因地制宜，推陳出新，生物質材料在農村建筑建設、運行中的應用潛力巨大。

1 幾種農林生物質的導熱系數的測定

本文采用同心圓球穩態導熱測試技術對6種常見農林加工廢棄物試樣進行導熱系數測量，試樣分別為鋸末、細花生殼、粗花生殼、細谷糠、粗谷糠以及保溫砂漿顆粒。測試溫度變化區域為30～150℃，試驗測得的6種試樣的導熱系數值如圖1所示。

測試結果表明，幾種農林廢棄物生物質材料的導熱系數低于目前工程上應用較廣泛的某種Ⅱ型保溫砂漿顆粒的導熱系數值，生物質材料導熱系數隨溫度變化較小，熱穩定性更好，作為建筑圍護結構保溫材料具備更好的熱性能。結果同時表明，生物質材料的形態影響其熱工特性，對于同一種生物質材料，粗顆粒狀態的當量導熱系數略高于細顆粒狀態[3]。

圖2為幾種常用建筑保溫隔熱材料的導熱系數對比[3，4]。結果表明，常見農村生物質材料與常用石化保溫材料導熱性能大致相當，生物質復合人造板材與木質人造板材的導熱性能相當，鋸末、谷糠、花生殼等常見農林加工廢棄物的保溫性能與建筑保溫砂漿的隔熱性能相當，導熱系數介于《建筑保溫砂漿》（GB/T 20473—2006）要求的Ⅰ型產品（≤0.070W/（m·K））和Ⅱ型產品（≤0.085W/（m·K））之間[5]。作為農林廢棄物的生物質材料可以用于制作農村建筑保溫材料，它具備良好的保溫隔熱性能。

2 生物質材料在農宅圍護結構中的應用

因地制宜地利用自然資源是生態建筑發展的重要理念。在幾千年的發展歷程中，中國農村各地積累了很多利用天然生物質材料進行建筑保溫隔熱的寶貴經驗和傳統，值得現代農村建筑推陳出新。秸稈+混凝土砌塊復合墻體由秸稈壓縮塊插孔混凝土空心砌塊制成，可改善混凝土空心砌塊的熱工特性。有學者用控溫熱箱法測定一種秸稈+混凝土砌塊復合墻體的平均傳熱系數，其結果為1.08W/（m2·K），對比類似結構的混凝土空心砌塊墻體，該復合墻體的傳熱系數減小了31.2%[6]。另一組試驗結果表明，一種內填充玉米秸稈粉料的粉煤灰砌塊保溫墻體的傳熱系數為0.988W/（m2·K），相比于普通粉煤灰空心砌塊墻體減小了55.8%，與加氣混凝土砌塊墻體的傳熱系數相近，達到節能標準自保溫墻體熱工要求[7]。

新農宅建設應結合當地生產、生活特點，充分發揮農村生物質資源豐富的優勢，考慮在農村建筑夾心墻體、空心砌塊、空斗墻中直接灌注天然生物質材料，如谷糠、碎秸稈等，同時摻入石灰等材料防腐、防鼠、防蟲等。墻體傳熱是影響建筑運行能耗的關鍵因素，如圖3所示，改良農宅空斗墻結構創造性地將傳統的一眠一斗墻體結構與秸稈、谷糠等生物質填充材料結合，用作圍護結構的主要構件，可以減少混凝土、石化建材的使用量，實現農宅結構熱工性能和熱濕環境的根本改善。

幾種典型圍護結構的熱工性能實測數據如表1所示，結果表明，黏土燒結磚+（生物質秸稈+防蟲石灰）填充結構的熱阻值與加氣混凝土砌塊結構的熱阻值相當，明顯高于燒結多孔磚、混凝土多孔磚、黏土燒結磚空斗墻等墻體構造，也優于混凝土多孔磚+聚苯板填充結構墻體[6]。比較而言，黏土燒結磚+（生物質秸稈+防蟲石灰）填充結構可以兼顧力學和熱工性能要求，填充物可降解，來源廣，不存在技術門檻，可以直接收集秸稈、谷糠等農業廢棄物加以利用，這對生態型農宅建設有重要意義。

3 結語

生態建筑可能成為人與自然和諧共存的發展突破口，將成為一個時代的建筑特征。本文分析了建筑節能技術發展現狀以及新農村建設需求和發展方向，廣泛調研了農宅建設規模、建造模式、工程技術水平。當前，要充分考慮區域氣候、資源條件、農業生產和農村生活模式，兼顧農民當下改善居住條件的要求和中長期發展愿景，發揮農村生物質資源優勢和勞動力優勢，建設新型生態農宅，實現從規劃、設計、施工、運行到拆除的全壽命節能減排，這對于新農村建設來說具有重要意義。

參考文獻：

[1]住房和城鄉建設部.住房和城鄉建設部關于發布國家標準《綠色建筑評價標準》的公告[EB/OL].（2019-03-13）[2019-08-11].http：//www.mohurd.gov.cn/wjfb/201905/t20190530_2407

17.html.

[2]楊修飛.生物質材料作為農村建筑保溫材料的熱工性能分析[D].衡陽：南華大學，2013.

[3]羅清海，彭文物，柳建祥，等.幾種生物質材料的保溫節能性能分析[J].南華大學學報（理工版），2011（1）：103-107.

[4]楊修飛，羅清海，楊會娟，等.我國生物質作為建筑保溫材料的潛力分析[J].節能，2012（12）：8-11.

[5]國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.建筑保溫砂漿：GB/T 20473—2006[S].北京：中國標準出版社，2007.

[6]范軍，劉福勝，劉永，等.秸稈纖維混凝土砌塊的強度和保溫性能試驗研究[J].建筑科學，2010（8）：45-47.

[7]蔣連接，李慶錄，苗恒亞，等.內填充農作物秸稈的粉煤灰砌塊保溫墻體熱工性能研究[J].新型建筑材料，2010（7）：51-53.