新型節(jié)能復(fù)合墻體材料在建筑環(huán)保設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

李 季

(中煤科工重慶設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司，重慶 400042)

新時(shí)期下，我國(guó)建筑工程發(fā)展速度全面提升和規(guī)模不斷擴(kuò)大的同時(shí)，對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染也越來越嚴(yán)重。為實(shí)現(xiàn)社會(huì)長(zhǎng)久建設(shè)目標(biāo)，在房屋建筑設(shè)計(jì)期間，應(yīng)該讓意識(shí)到節(jié)能環(huán)保的意義，將施工部設(shè)計(jì)與節(jié)能理念銜接。同時(shí)對(duì)新型節(jié)能墻體材料靈活應(yīng)用，提高建筑工程節(jié)能環(huán)保效果，降低工程建設(shè)成本，為建筑工程的綠色發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 新型節(jié)能墻體材料在建筑環(huán)保設(shè)計(jì)中的常見類型特點(diǎn)

1.1 新型節(jié)能墻體材料在房屋建筑環(huán)保設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)

新型墻體材料一般具有保溫、隔熱、輕質(zhì)、高強(qiáng)、節(jié)土、節(jié)能、利廢、保護(hù)環(huán)境、改善建筑功能和增加房屋使用面積等一系列優(yōu)點(diǎn)，其中相當(dāng)一部分品種屬于綠色建材。一些新型墻體材料輔以一定的空氣間層，不但降低容重，保溫性能也大大改善；燒結(jié)空心磚就比實(shí)心制品有著更好的保溫隔熱功能。大部分新型墻體材料都會(huì)使墻體厚度減薄，可以提高使用面積。

1.2 新型節(jié)能墻體材料在房屋建筑環(huán)保設(shè)計(jì)中的常見類型

新型墻體材料主要包括：磚、板、塊。在目前的砌筑建筑中，磚的使用量最廣泛、最多。

復(fù)合墻體

復(fù)合墻體材料有很多,其中應(yīng)用較多的有石膏或水泥輕質(zhì)隔墻板、彩鋼板、加氣混凝土砌塊、鋼絲網(wǎng)架泡沫板、小型混凝士空心砌塊、石膏板、石膏砌塊、陶粒砌塊、燒結(jié)多孔磚、頁巖磚、實(shí)心混凝土磚、PC大板、水平孔混凝土墻板、活性炭墻體、新型隔墻板等。新型墻體材料是區(qū)別于傳統(tǒng)的磚瓦、灰砂石等傳統(tǒng)的墻材新品種，包括的品種和門類很多。從功能上分，有墻體材料、裝飾材料、門窗材料、保溫材料、防水材料、隔音材料、粘接和密封材料，以及與其配套的各種五金件、塑料件及各種輔助材料等。從材質(zhì)上分，不但有天然材料，還有化學(xué)材料、金屬材料、非金屬材料等。復(fù)合墻體是由混凝空腔和其他承重能力偏低的材料組合而成。在應(yīng)用這種墻體過程中，能夠在保證達(dá)到承重要求前提下，再?gòu)?fù)合其他高性能的材料，以此達(dá)到豐富墻體功能的目的。在我國(guó)北方地區(qū)的建筑中喜歡應(yīng)用復(fù)合墻體，可以實(shí)現(xiàn)承重和保溫的雙重功能。在利用小型空心砌塊期間，其中的空心薄壁構(gòu)件會(huì)降低豎縫的抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致砂漿飽滿度不能達(dá)到既定要求，整體性較差。為改變這一現(xiàn)象，可以加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)澆混凝土樓蓋方法的應(yīng)用，確保房屋建筑的抗震性，整體性能得到全面改善。

建筑塊材

磚、砌塊以及石材是建筑結(jié)構(gòu)中的塊材，根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式其作用也不同。比如磚混結(jié)構(gòu)(部分磚木結(jié)構(gòu))中部分的墻體采用磚砌筑，能承受上部荷載的，叫承重墻。而在框架結(jié)構(gòu)中，基本上這類塊材都起到填充隔斷的作用，不承受上部荷載，叫非承重墻(例如隔墻)。建筑塊材的數(shù)量多且發(fā)展速度快，在工程施工的中的應(yīng)用比較普遍。現(xiàn)階段，建筑塊材主要以2種類型存在：建筑砌塊和混凝土空心磚。建筑砌塊指大于標(biāo)準(zhǔn)黏土磚的砌塊，在房屋建筑環(huán)保設(shè)計(jì)應(yīng)用此類節(jié)能墻體，呈現(xiàn)出來的優(yōu)勢(shì)較多，不僅能將施工勞動(dòng)力釋放出來，減輕人員的施工壓力和負(fù)擔(dān)，也能促進(jìn)施工質(zhì)量和效率的提升。利用建筑砌塊對(duì)以往黏土磚加以代替，可從源頭對(duì)自熱資源的壓力進(jìn)行緩解，避免對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染和破壞，增強(qiáng)工程設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性以及施工有效性。混凝土空心磚是目前一種全新的墻體材料，與普通的砌塊和黏土磚不同，這種類型的墻體抗剪強(qiáng)度高，對(duì)房屋建筑墻體穩(wěn)定性和安全性的提升有很大促進(jìn)作用，值得廣泛運(yùn)用和推廣；如圖1所示為具體加氣混凝土砌塊。

圖1 加氣混凝土砌塊Fig.1 Aerated concrete block

輕質(zhì)板材

輕質(zhì)板材是房屋建筑環(huán)保設(shè)計(jì)中應(yīng)用比較頻繁的墻體，其中包含的類型頗多，具有節(jié)能環(huán)保的特征。板的種類主要有：石膏空心條板、鍍鋅鋼絲網(wǎng)復(fù)合輕質(zhì)夾心板、金屬面聚苯乙烯夾芯板、鋼絲網(wǎng)架水泥聚苯夾芯板、工業(yè)廢渣混凝土空心隔墻條板、秸稈鎂質(zhì)水泥輕質(zhì)隔墻條板等。與普通的墻體不同，輕質(zhì)板材是由低成本的物體加工而成，諸如農(nóng)業(yè)廢棄物、工藝廢渣等。在房屋建筑工程建設(shè)中利用此類墻體，不僅不會(huì)消耗大量能源資源，還能起到對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的目的，有助于設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的增強(qiáng)，對(duì)房屋建筑工程可持續(xù)進(jìn)程的深入推進(jìn)大有裨益。

2 新型節(jié)能墻體材料在建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀

相比于一些發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)新型節(jié)能墻體材料在房屋建筑環(huán)保設(shè)計(jì)中的應(yīng)用時(shí)間不長(zhǎng)，環(huán)保節(jié)能材料市場(chǎng)還有很大發(fā)展空間。并且我國(guó)相關(guān)企業(yè)在發(fā)展過程中，生產(chǎn)材料的設(shè)備存在滯后性，不能對(duì)設(shè)備及時(shí)更新和優(yōu)化，對(duì)先進(jìn)設(shè)備的引進(jìn)和應(yīng)用力度不高，導(dǎo)致生產(chǎn)過程粗糙，良品率遲遲得不到提升。在房屋建筑工程項(xiàng)目實(shí)施階段，施工人員的專業(yè)能力和水平亟待提升，不能對(duì)新型節(jié)能墻體材料靈活使用。在眾多不良因素的干擾下，新型節(jié)能墻體材料的成本偏高，再加之施工人員技術(shù)方面欠缺，使得材料很難在建筑工程中廣泛利用與推廣。在節(jié)能環(huán)保理念的深入實(shí)施下，我國(guó)對(duì)節(jié)能環(huán)保型建筑材料的投入越來越大，研究力度也不斷提升，相關(guān)法律法規(guī)愈發(fā)健全，力求新型節(jié)能墻體材料能夠在我國(guó)建材市場(chǎng)中占有更大份額，可以憑借最合適的價(jià)格和良性功能應(yīng)用到房屋建筑工程中；如表1所示為不同墻體材料在不同構(gòu)造方式單元墻體的平均傳熱系數(shù)。為將新型節(jié)能墻體材料的作用發(fā)揮到最大，在今后發(fā)展過程中，應(yīng)該主動(dòng)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)思想觀念，對(duì)相關(guān)配套技術(shù)加大研究，開發(fā)出能與我國(guó)建筑節(jié)能要求相吻合的高強(qiáng)度、高性能且高經(jīng)濟(jì)效益的新型節(jié)能墻體材料，提升設(shè)計(jì)有效性，改善施工環(huán)境并提高施工質(zhì)量。

表1 不同墻體材料不同構(gòu)造方式的單元墻體平均傳熱系數(shù)Tab.1 Average heat transfer coefficient of unit wall with different wall materials and different construction methods W/(m2·K)

3 新型節(jié)能墻體材料在房屋建筑環(huán)保設(shè)計(jì)原則

在對(duì)房屋建筑環(huán)保設(shè)計(jì)過程中，要想將新型節(jié)能墻體材料的價(jià)值發(fā)揮到最大，提升設(shè)計(jì)的合理性、環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性。首先要充分掌握對(duì)房屋建筑的周邊情況，對(duì)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件、周圍環(huán)境等綜合考量。同時(shí)依照建筑物的朝向，對(duì)所需要的條件、建筑功能等因素系統(tǒng)分析，明確這些因素對(duì)房屋建筑設(shè)計(jì)的調(diào)整和適用效果。在房屋建筑環(huán)保設(shè)計(jì)階段，經(jīng)常會(huì)涉及到墻體的隔熱保溫、采光遮陽等，并且各個(gè)因素之間的聯(lián)系緊密。因此，為保證設(shè)計(jì)工作能順利進(jìn)行，應(yīng)該根據(jù)工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，讓房屋建筑墻體能夠滿足節(jié)能要求，避免出現(xiàn)能源、資源浪費(fèi)問題，真正實(shí)現(xiàn)建筑工程綠色環(huán)保目標(biāo)。

在對(duì)房屋建筑正式設(shè)計(jì)期間，必須本著科學(xué)性原則，從新型節(jié)能墻體類型、材料選擇等角度考量，對(duì)各方面因素系統(tǒng)研究，權(quán)衡新型節(jié)能墻體材料性能、功能等的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，保證房屋建筑設(shè)計(jì)更為規(guī)范、提升設(shè)計(jì)效果，為后續(xù)建筑工程的順利實(shí)施奠定基礎(chǔ)。為滿足節(jié)能環(huán)保需求，在開展房屋建筑設(shè)計(jì)工作過程中，還要將國(guó)家現(xiàn)行的節(jié)能政策法律法規(guī)作為設(shè)計(jì)原則，結(jié)合房屋建筑的實(shí)際施工環(huán)境，并在遵循地方規(guī)定的基礎(chǔ)上，讓設(shè)計(jì)達(dá)到最低能耗目的，強(qiáng)化用戶的居住體驗(yàn)。此外，還要本著經(jīng)濟(jì)性原則，在設(shè)計(jì)階段，從經(jīng)濟(jì)性角度思考，合理使用聚苯乙烯塑料，科學(xué)地進(jìn)行加工和處理，讓其能夠成為最小的顆粒，制作成保溫砂漿并灌注，確保墻體過厚所導(dǎo)致的墻皮脫落等問題能夠有效規(guī)避，提高施工質(zhì)量，節(jié)約工程設(shè)計(jì)建設(shè)成本。

4 新型節(jié)能墻體材料在房屋建筑環(huán)保設(shè)計(jì)中應(yīng)用

4.1 建筑框架結(jié)構(gòu)

在房屋建筑環(huán)保設(shè)計(jì)中，鑒于建筑物框架結(jié)構(gòu)的不同，需要有針對(duì)性地應(yīng)用墻體材料，合理制定設(shè)計(jì)方案；具體框架柱處構(gòu)造做法如圖2所示。如果房屋主體框架是混凝土分層澆筑的剪力墻結(jié)構(gòu)，那么在建筑樓層板外部位置對(duì)框架布置和安裝，借助連接構(gòu)件形成扣板式栓，為幕墻板的安裝提供輔助作用。倘若房屋的主體框架是全鋼結(jié)構(gòu)，那么將框架布置在干鋼架外沿，最后利用上述方式對(duì)幕墻板進(jìn)行安裝。在設(shè)置連接點(diǎn)期間，可以結(jié)合墻板的質(zhì)量加以設(shè)置，通過螺栓式連接辦法完成連接工作。在此期間，做好防退絲工作，諸如利用防退絲螺母等。在對(duì)不同建筑物框架結(jié)構(gòu)外立面環(huán)保設(shè)計(jì)階段，必須對(duì)安裝工作尺寸嚴(yán)格把控，增強(qiáng)墻板連接構(gòu)件與框架的吻合程度，避免出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力過載等問題。

圖2 框架柱處構(gòu)造做法Fig.2 Construction method of frame column

4.2 保溫系統(tǒng)

我國(guó)人口眾多，在社會(huì)發(fā)展和建設(shè)中，要想讓人們的日常需求得到滿足，不可避免會(huì)消耗大量能源資源。相比之下，我國(guó)人均能源占有率偏低，因此在綠色發(fā)展理念的深入落實(shí)下，必須強(qiáng)化對(duì)能源資源的節(jié)約，降低資源浪費(fèi)問題的概率。

內(nèi)保溫

這種設(shè)計(jì)是在外墻節(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)部對(duì)保溫系統(tǒng)實(shí)施覆蓋處理。具體分析如下：

(1)酚醛泡沫板材料。此種材料屬于熱固性材料，即便遇到明火也不會(huì)有濃煙產(chǎn)生，阻燃性高。在房屋建筑環(huán)保設(shè)計(jì)中，這種材料主要是通過對(duì)硬質(zhì)酚醛保溫板處理的方式獲取，因?yàn)椴牧系慕Y(jié)構(gòu)蓬松，可以作為隔音材料應(yīng)用到設(shè)計(jì)中。此類材料沒有太大的導(dǎo)熱系數(shù)、耐腐蝕和耐酸性強(qiáng)。與以往普通的建筑材料比較，酚醛泡沫板的密度不大，能實(shí)現(xiàn)對(duì)承重材料負(fù)荷整體減輕的目。在材料生產(chǎn)卡開發(fā)期間，無氟發(fā)泡技術(shù)的環(huán)保性能高。但將酚醛泡沫板應(yīng)用到房屋建筑環(huán)保設(shè)計(jì)中，存在的缺陷較為顯著，強(qiáng)度無法達(dá)到工程設(shè)計(jì)要求。為確保房屋建筑設(shè)計(jì)和使用要求能得到滿足，需要將一層無機(jī)材料粘貼在表面或者內(nèi)部，致使施工成本加大。并且應(yīng)用酚醛泡沫板后再粘貼有一定質(zhì)量的建筑材料，包括瓷磚等，牢固性不強(qiáng)，一旦在外力的影響下很容易出現(xiàn)脫落問題。此外酚醛泡沫板出現(xiàn)粉化的概率大，再加上其中包含有毒物質(zhì)，如甲醛等；因此，在內(nèi)墻中的使用價(jià)值不高。

(2)復(fù)合發(fā)泡水泥板。該種材料的原材料在市場(chǎng)上比較常見，主要有硅酸鹽水泥，對(duì)水泥進(jìn)行發(fā)泡處理后會(huì)獲得多孔且蓬松的水泥板材，不僅強(qiáng)度高、穩(wěn)定性強(qiáng)，還具有耐腐蝕和耐火的特性。這類板材的密度不大，體積小且不需要復(fù)雜的施工流程，應(yīng)用工藝簡(jiǎn)單、易于操作，能滿足房屋建筑環(huán)保設(shè)計(jì)要求。但由于材料的空隙較多，導(dǎo)致復(fù)合發(fā)泡水泥板不具備良好的抗彎性能，很容易出現(xiàn)板材碎裂問題，致使板材粘接度下降，增大水泥差的抗?jié)B性能和吸水率。因此在房屋建筑環(huán)保設(shè)計(jì)過程中，該種材料最好不要應(yīng)用在潮濕環(huán)境，以免影響設(shè)計(jì)效果和應(yīng)用質(zhì)量。

(3)聚苯乙烯保溫板。若從保溫板的發(fā)泡成型工藝角度劃分，主要可以分為2種類型：模塑型和擠塑型。這種板材有良好的穩(wěn)定性，服役時(shí)間長(zhǎng)，常規(guī)條件下能達(dá)到40年以上，抗腐蝕性強(qiáng)且不容易出現(xiàn)老化問題。該模式是近年來開發(fā)的新型材料；與模塑型的材料比較，擠塑型能在原有功能的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)，優(yōu)化以往材料應(yīng)用過程中存在的缺陷，改進(jìn)繁雜的成型工藝，增強(qiáng)空隙的緊密度，即便處在低導(dǎo)熱系數(shù)環(huán)境，防潮抗?jié)B能力也能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求。

(4)真空絕熱板。此類材料的組成部分主要分為2種：填充材料和表皮層。在進(jìn)行內(nèi)部材料填充過程中，可以借助無機(jī)芯材完成，諸如礦物棉等，抽出內(nèi)部的空氣，讓其處在真空條件并封裝，最終形成真空絕熱板。在房屋建筑環(huán)保設(shè)計(jì)過程中，可以借助材料良好的保溫性能增強(qiáng)墻體的保溫效果。同時(shí)真空絕熱板的耐火性強(qiáng)，在節(jié)能效果一致的基礎(chǔ)上，這種材料的厚度不大，只有1 cm左右。雖然真空絕熱板展現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)很多，但在房屋建筑工程項(xiàng)目開展階段，不能對(duì)真空絕熱板的尺寸隨意切割；否則，很容易出現(xiàn)保溫性能下降、空鼓等問題，不利于房屋建筑環(huán)保設(shè)計(jì)效果的提升。

外保溫

與房屋建筑內(nèi)保溫設(shè)計(jì)相比，外保溫的操作難度大，需要花費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)，還要對(duì)各個(gè)細(xì)節(jié)加強(qiáng)控制。為提升房屋建筑環(huán)保設(shè)計(jì)有效性，在對(duì)材料的選擇上，應(yīng)該從不同角度分析，保證材料具有較強(qiáng)的隔熱、抗裂、防腐以及防火等性能。外墻保溫材料的施工應(yīng)該簡(jiǎn)單易行，對(duì)于外保溫材料生產(chǎn)廠家來說，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)節(jié)能環(huán)保及性能優(yōu)越的阻燃型外墻保溫材料深入研究，確保材料的節(jié)能環(huán)保性能可以增強(qiáng)，讓外墻保溫施工實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。同時(shí)，在房屋建筑環(huán)保設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)該結(jié)合房屋建筑的整體情況，有針對(duì)性地對(duì)保溫材料進(jìn)行利用。從房屋建筑工程的整體層面考量，外墻外保溫技術(shù)的應(yīng)用范圍廣且價(jià)值高，除了能與新建筑工程配合進(jìn)行功能化設(shè)計(jì)之外，還可以應(yīng)用在老舊建筑物的改造設(shè)計(jì)中。在搭配方面，外保溫系統(tǒng)的構(gòu)造合理，在對(duì)保溫功能整體承擔(dān)的基礎(chǔ)上，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物主體部分的緩沖和保護(hù)，避免因?yàn)榻ㄖ镏薪饘俨牧铣霈F(xiàn)熱巧效應(yīng)。在當(dāng)前的房屋建筑環(huán)保設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，石棉板等應(yīng)用頻率較高的新型節(jié)能墻體材料。當(dāng)然，也可以利用苯塑顆粒，將顆粒制作成小顆粒，粒徑為1～4 mm，之后，將其制作成保溫材料。在此過程中，要將建筑的實(shí)際現(xiàn)狀作為基礎(chǔ)，適當(dāng)添加外加劑。

4.3 隔音系統(tǒng)

為滿足建筑節(jié)能環(huán)保要求，在對(duì)房屋建筑環(huán)保設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該加大對(duì)噪聲問題重視，合理制定隔音措施。在對(duì)新型節(jié)能墻體材料應(yīng)用期間，可以選擇結(jié)構(gòu)蓬松且孔隙率大的材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，這類材料能對(duì)聲音有效阻隔，保證居民可以在安靜且舒適的環(huán)境中生活，增強(qiáng)用戶的居住體驗(yàn)。在房屋建筑環(huán)保設(shè)計(jì)期間，可以加強(qiáng)對(duì)發(fā)泡塑料隔聲板等的利用。

5 結(jié)語

綜合而言，在房屋建筑工程中，外墻承載了大部分荷載，是工程中不可缺少的結(jié)構(gòu)組成。外墻的功能較多，不僅在承載方面發(fā)揮重要作用，保溫效果也非常好。因此,在生態(tài)環(huán)境不斷惡化的當(dāng)下，應(yīng)該強(qiáng)化對(duì)新型節(jié)能墻體材料的研究，與房屋建筑環(huán)保設(shè)計(jì)結(jié)合，提升工程設(shè)計(jì)有效性，減少對(duì)環(huán)境污染和破壞，提高房屋建筑工程的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。