建筑节能和建筑材料.doc

建筑的绿色节能和建筑材料
摘要：在21世纪，随着科学技术高速发展的同时，地球能源的消耗也是非常巨大的。如今，为了减缓能源的高度消耗，我国已经提出了节能减排的号召。建筑行业在节能减排这一方面需要做的事还很多，作为未来建筑师的我们更要积极响应国家号召，处理好建筑材料与建筑节能的关系。
关键字：建筑绿色节能 保温材料　防水材料　建筑材料 绿色建材
引言：
建筑节能优化设计在我国具有重要现实意义。一方面，我国城乡建设高速发展，近几年每年建成房屋达16~20 亿㎡ ，超过各发达国家年建成建筑面积的总和[1]。另一方面，建筑耗能过程复杂，影响因素多样。系统节能的观念、投资回收期的观念以及能量利用效率的观念都是实现建筑节能优化设计的必要前提。现在我们来讨论一下建筑的绿色节能和建筑材料之间的关系。
首先什么样的建筑可以说是绿色而又节能的呢？
绿色建筑系统是“绿色人居环境”的重要组成部分，是生态化发展模式与可持续发展环境伦理观理念下的建筑发展的必然趋势，其基本概念是将建筑视为一个“社会——经济——自然”的复合生态系统，建立了建筑与自然共生的理念。即以积极的态度，把人与建筑、人与自然环境间的关系建立在生态价值观的基础上，以“配合应用”取代“消费”环境资源，视大自然为生命体，与自然环境维持共生共存关系，实现自然生态、社会生态、经济生态和历史文化生态的平衡、协调发展 [2]。
我国新发布的《绿色建筑评价标准》中对适应我国国情的绿色建筑的定义是：“在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的适用空间，与自然和谐共生的建筑。”
“建筑学是为人类建立生活环境的综合艺术和科学。” [3]建筑师作为建筑学思想的实践者，在建筑的绿色节能方面肩负着重大意义。而在建筑设计中，合理的设计理念与方法是必要的，而合理的选用建筑材料在建筑绿色节能中占据着重要地位。现在我们来说说建筑材料的选择与应用在建筑绿色节能方面的重要意义。
与建筑的绿色节能尤为相关的建筑材料有保温材料、防水材料、绿色建材。
一、保温材料在绿色节能建筑中的应用及其特点
　　 1．1、保温材料在墙体及围护结构中的应用
　　保温材料是实现建筑节能的最基本的条件，各国在建筑中采用了大量的新型建材和保温材料。实心砖已普遍被空心砌快和多孔砖所代替，在空心砌快的墙体中，为了提高墙体的保温性能，隔断在砌块之间形成的空心通道的气流，还在各空隙中填加膨胀珍珠岩、散状玻璃矿物棉或散状矿物棉等松散填充绝热保温材料。[4]
　　在建筑物的围护结构中，不论是商用建筑还是民用建筑，一般采用轻质高效的玻璃棉、岩棉、泡沫塑料等保温材料。墙体的保温基本上有三种形式；保温、外保温和夹心保温。居民建筑的墙体结构是最外面一层为木质或塑料质的墙板，然后是一层硬质的泡沫塑料，里面就是墙的标准主体、木框结构等。另外一种典型墙的结构是在空心砌块或空心砌筑好的墙体空腔中，填充密实，同样能起到很好的保温作用。
国外的民用建筑屋顶一般采用尖顶的较多，在尖顶的阁楼空间紧接屋顶的下面都有共空气流通的通道，技能解决空气的流通，又可起到一定的保温隔热作用。同时在天花板得上面，一般都要铺设玻璃棉或棉毡、垫，多在此空间直接吹入松散的保温棉，有的直接吊装，有玻璃棉或岩棉等保温材料和装饰贴面复合而成的天花板。

　　　 1.2、保温材料在地面中的应用
　　国外大部分建筑都有地下室和地下空间，居住和活动空间的地板并不是直接暴露在外界环境中，这就为生活空间的保温创造了有利条件。但是如果地下室和地下空间不是采暖空间时，尤其是在冬季，仍会有相当多的热量，通过一楼的地板传出。因此，在建筑物的一楼地板下面，仍然需要填充高密度的保温材料。同时，在地下室的混凝土地坪和地基与土壤之间铺设一定厚度的刚性和半刚性保温材料。
2、我国常用的建筑保温材料。
当前，建筑市场上有许多定型开发，专业生产，专业施工的通用（1）保温材料，基本分为三大类：保温砂浆（保温粉）、保温板材和现场发泡保温材料。
2．1保温砂浆、保温粉：保温砂浆市场上一般称为浆体保温材料，属于不定型保温材料。工厂加工呈膏状的称为保温涂料，粉状的称为保温粉。保温砂浆根据使用的部位可分为外墙外抹用和外墙内抹用。其性能要求和配料有所不同。市场上现在又多种掺有发泡苯球的复合保温砂浆，其突出优点是材料本身有一定的强度和阻燃性，施工方便（特别是在外墙弧形拐角或特殊造型处），对于非节能房的保温改造十分方便，在处理外墙热桥问题上有经济实惠的独特用处，另外工人无需经过特殊培训。这些优点保证了该产品拥有一定的市场。但其材料的导热系数远不如聚苯板和岩棉板。[5] 浆体材料有二种类型，一种是以胶凝材料为主的固化型，一种是以水分蒸发为主的干燥型。其主要成分是由海泡石（聚苯粒）、矿物纤维、硅酸盐为主的的多种材料，经过一定的生产工艺复合而成的轻质保温材料。
使用时注意以下检测数据：
　　（一） 用于内保温和隔墙：导热系数、表观密度、体积收缩率、粘结强度、软化系数、石棉含量、水蒸气透湿系数、吸水率、氧指数等。
　　（二） 用于外保温应考率材料的导热系数、表观密度、体积收缩率、粘结强度、憎水率、石棉含量、软化系数、吸水率、防火性能等，同时还应考率系统的保温隔热性。
2.2板材保温材料
　　广义的讲，板材保温隔热材料，使用的地区和范围比较广，可以在外墙外保温工程中使用，也可以在外墙内保温工程中使用。板材保温隔热材料的保温主体可以是发泡型聚苯乙烯板（EPS板），挤出型聚苯乙烯板，岩棉板，玻璃棉板，VIVA木丝水泥板，FOREX美岩水泥板等不同材料。板材保温隔热材料又可分为单一保温隔热材料和系统保温隔热材料，在应用过程中应注意以下问题：
　　（一） 单一保温隔热材料，是保温工程应用的主体，在使用过程中需要其它材料的配合。如：发泡型聚苯乙烯板，挤出型聚苯乙烯板，岩棉板，玻璃棉板等，在使用前要测试以下检测内容：
　　1、 导热系数：这一技术指标是关系工程保温效果的关键指标，一般而言，实验室的测试是在板材烘干至恒重时测试的，而材料的应用是在空气中含有一定湿度的条件下使用的，因此，使用时要乘以一定的系数；或者，直接将材料调整到使用环境条件下测试。
　　2、 表观密度（Kg/m3）：材料的表观密度在一定程度上影响其导热系数，表观密度不合格的材料将直接导致其物理性能下降，如强度，尺寸稳定性等。
　　3、 压缩强度（MPa）：指试件在10%变形下的压缩应力。它关系到该面层系统的耐久性和耐冲击性。
　　4、 尺寸变化率（mm）：尺寸变化率大的材料将导致该系统面层的开裂。
　　5、 水蒸气透系数[ng/ (Pa?m ?s)]:该性能决定了对水蒸气透过的性能，在一定程度上决定了墙面的结露与否。
　　6、 氧指数：需阻燃型，否则防火不能达标。
　　系统保温材料是指将单一保温材料与其它辅助材料复合而成为一个系统，称为系统保温材料。现有的系统保温材料有如下几种：
　　1、 外墙外保温系统：发泡型聚苯乙烯板（或挤出型聚苯乙烯板）+耐碱玻纤网布+含有胶粘剂的聚合物砂浆，如专威特外墙外保温系统，北京中建院外墙外保温系统，Preswitt保温系统等；
　　外保温系统需测试的项目：
　　A、 传热系数：
　　系统保温材料与主体结构复合后的保温效果受施工质量和环境温湿度的影响而有所改变，因此要实地现场测试，掌握其实际效果。根据建设部《民用建筑节能热工设计规范》JGJ 26-95和各地《细则》要求为指标，不得低于其限值；
　　B、 防水性、耐冻融、耐候性、耐冲击、抗风压：做为外墙外保温，其饰面直接与外界环境接触必须抵抗雨水、冻融、冲击和强风等不良因素的侵袭。
　　与外保温系统配套的耐碱玻纤网布的抗拉强度应大于200N/cm,耐碱后的剩余抗拉强度应不小于150≥N/cm ；胶粘剂的7天的抗拉粘结强度应大于1 Mpa,耐水、耐冻融后抗拉粘结强度应大于0.9Mpa。
　　2、内保温系统：有发炮型聚苯乙烯板（或挤出型聚苯乙烯板）+纸面石膏板；GRC保温板（发炮型聚苯乙烯板与水泥砂浆复合）；岩棉夹心保温板；增强水泥聚苯保温板等。
2.3现场发泡保温材料：
①现场发泡聚氨酯填充保温材料；
②现场发泡氮尿素填充保温材料。
主要成分是氮尿素、树脂和发泡乳液，三组分按一定比例分别溶于水，充分溶解后，在压缩空气的冲击下产生泡沫，并自由膨胀填充任意空间，可在21秒内凝固，氮尿素泡沫呈白色，结构均匀且相互联结在一起，湿密度为45～60㎏/m³，干密度为10~15㎏/m³，憎水率不小于95%，导热系数约为0.029W/（m·K）,燃烧性能符合B1级难燃烧材料的要求。但此工艺要求有成套的技术设备和受过良好培训的技术工人，一次性投入较大，造价较高。
在设计和施工时应注意保温材料的固定和支撑，如果保温层大于八十毫米，建议使用双层保温，以减少拼接处缝隙的热量损失。由于水的导热系数很高，水分进入岩棉制品后，其导热系数将大幅度上升。因此在设计和施工中需防止水分进入岩棉制品。
保温隔热材料与制品是影响建筑节能一个重要的影响因素。建筑保温材料的研制与应用越来越受到世界各国的普遍重视。20世纪70年代后，国外普遍重视保温材料的生产和在建筑中的应用，力求大幅度减少能源的消耗量，从而减少环境污染和温室效应。国外保温材料工业已经有很长的历史，建筑节能用保温材料占绝大多数，而新型保温材料也正在不断地涌现。
建筑防水材料是指用于建筑防水、防潮、防渗漏的材料。就目前我国建筑防水材料的产品构成来看: 沥青油毡占87%, 防水涂料占8% , 高分子防水卷材占2% , 密封材料占2%, 说明我国沥青油毡在防水材料中始终为压倒一切的主导产品。多年来我国的屋面防水一直沿用石油沥青纸胎油毡, 除产品单一, 消耗大量原纸, 热施工和污染环境外, 还存在低温脆裂、高温流淌、容易起鼓、老化、龟裂等工程质量问题, 已成为当前建筑防水材料中的常见病, 占建筑工程质量问题的50%左右, 每年有2. 4 亿平方米油毡和27 万吨沥青用于屋面维修, 每年维修费用在20 亿元以上。房屋渗漏是由多种原因造成的, 经全国100 个城市的调查发现, 由于防水材料引起的房屋渗漏占劣质防水工程的22% 。由此看出, 要解决好房屋渗漏问题, 防水材料是基础也是关键。[6]
二、防水材料在绿色节能建筑中的应用及其特点
建筑防水材料可分为防水卷材、防水涂料、密封材料、刚性防水材料四大类。建筑防水材料分类如图所示。[7]

其中，防水卷材、防水涂料、防水密封材料为柔性防水材料。
防水材料的基本用材有石油沥青、煤沥青、改性沥青及合成高分子材料等
1．石油沥青
石油沥青是一种有机胶凝材料，常温下呈液态、半固态或固态。颜色为褐色或黑褐色。它是由许多高分子量的碳氢化合物及其非金属（如氧、硫、氨等）衍生物组成的复杂混合物。[8]
1.1石油沥青组分
1.1.1油分。油分为淡黄色至红褐色的油状液体，是沥青中分子量最小和密度最小的组分，密度介于0.7～1.0ｇ／cm3之间。在170°Ｃ较长时间加热，油分可以挥发。油分能溶于石油醚、二硫化碳、三氯甲烷、苯、四氧化碳和丙酮等有机溶剂中，但不溶于酒精。油分赋予沥青以流动性。
1.1.2树脂（沥青脂胶）。沥青脂胶为黄色至黑褐色粘稠状物质（半固体），分子量比油分大（600～1000），密度为1.0～1.1g／cm3。沥青脂胶中绝大部分属于中性树脂。中性树脂能溶于三氯甲 烷、汽油和苯等有机溶剂，但在酒精和丙酮中难溶解或溶解度很低，它赋予沥青以良好的粘结性、塑性和可流动性。中性树脂含量增加，石油沥青的延度和粘结力等品质愈好。另外，沥青树脂中还含有少量的酸性树脂，即地沥青酸和地沥青酸酐，是沥青中的表面活性物质。它改善了石油沥青对矿物材料的浸润性，特别是提高了对碳酸盐类岩石的粘附性，并有利于 石油沥青的可乳化性。沥青脂胶使石油沥青具有良好的塑性和粘结性。
1.1.3地沥青质（沥青质）。地沥青质为深褐色至黑色固态无定形物质（固体粉末），分子量比树脂更大（1000以上），密度大于1 g／cm3，不溶于酒精、正戊烷，但溶于三氯甲烷和二硫化碳，染色力强，对光的敏感性强，感光后就不能溶解。地沥青质是决定石油沥青温度敏感性、粘性的重要组成部分，其含量愈多，则软化点愈高，粘性愈大，即愈硬脆。
另外，石油沥青中还含２～３％的沥青碳和似碳物，是石油沥青中分子量最大的。它降低石油沥青的粘结力。
石油沥青中还含有蜡，它会降低石油沥青的粘结性和塑性，同时对温度特别敏感（即温度稳定性差）。所以蜡是石油沥青的有害成分。
2.煤焦沥青
煤焦沥青是炼焦厂和煤气厂的副产品，煤沥青的大气稳定性和温度稳定性较石油沥青差。当与软化点相同的石油沥青比较时，煤沥青的塑性较差，因此当使用在温度变化较大（如屋面、道路面层等）的环境时，没有石油沥青稳定、耐久。煤沥青中含有酚（有毒性），防腐性较好，适用于地下防水层或作防腐材料用。[8] 温度对煤焦沥青的影响很大，冬季容易脆裂，夏季容易软化。加热时有特殊气味；加热到260℃在5小时以后，其所含的蒽、菲、芘等成分就会挥发出来。由于煤沥青在技术性能上存在较多的缺点，而且成分不稳定，并有毒性，对人体和环境不利，已很少用于建筑、道路和防水工程之中。
3.改性沥青
改性沥青是掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂(改性剂)，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善制成的沥青结合料。 改性沥青其机理有两种，一是改变沥青化学组成，二是使改性剂均匀分布于沥青中形成一定的空间网络结构。
改性沥青防水卷材和涂料主要用于高档建筑物的防水工程。随着科学技术进步和经济建设事业的发展，将进一步推动改性沥青的品种开发和生产技术的发展。改性沥青的品种和制备技术取决于改性剂的类型、加入量和基质沥青（即原料沥青）的组成和性质。

4.新型高分子材料
近年来, 高分子防水卷材获得了很大的发展。美国是使用高分子卷材较广的国家,每年用量达9000万平方米，在新建屋面中44%使用各类卷材, 在重铺屋面中40%应用了卷材。德国高分子卷材占40%以上, 日本也达到每年2000万㎡。
高分子防水卷材主要有氯化聚乙烯（CPE）、聚氯乙烯和三元乙丙橡胶等。聚氯乙烯和三元乙丙橡胶等。八十年代末期, 美国又推出了热塑性弹性体, 它是以乙丙橡胶（非交联EPR）和聚丙烯（PP）的合金为集料，称为柔性聚丙烯合金（FPA）。它具有EPR的柔性, 又有PP 的耐温性和优异的耐化学性, 可用热空气焊接, 无增塑剂、无氯、燃烧时不会污染环境。根据美国ASTM和德国DIN试验的结果,ＦＰＡ膜在紫外线热和化学老化试验后力学性能很少变化。该产品具有普通热固性橡胶的性能, 但却可利用热塑性塑料的技术设备和制造工艺来加工。
三、绿色建材在建筑绿色节能中的应用及其特点
绿色建筑材料是采用清洁生产技术，不用或少用天然资源和能源，大量使用工农业或城市固态废弃物生产的无毒害、无污染、无放射性，达到使用周期后可回收利用，有利于环境保护和人体健康的建筑材料。
我国绿色建材发展趋势
（１）合理选择绿色建材的原材料。用废弃物或回收物代替部分或全部天然资源，采用传统工艺制作生态建材。如用粉煤灰、煤矸石、页岩、矿渣、煤渣、钢渣、水淬渣、硫铁矿废渣等工业废渣代替全部黏土或掺少量黏土，采用烧结法制造空心砖或实心砖；用化学石膏（磷石膏、氟石膏、排 烟脱硫石膏）代替天然石膏制造石膏制品；将粉煤灰、炉渣等工业废料掺入土中，制成工业废料稳定土作为路面结构层材料使用；把粉煤灰、硅灰掺入混凝土中制成砼混合料，用于建筑工程或道路工程建设；利用煤渣、煤矸石和粉煤灰为主要材料制作新型墙体材料。[10]
（２）采用新工艺制作生态建材。通过对水泥石进行纤维结构研究、界面化学研究及水化合物设计理论研究，优选最佳硅酸盐系矿物组成，最佳颗粒组配和超塑化剂、缓凝剂等外加剂，采用纳米技术开发硅酸盐系胶凝材料的超细粉碎技术和颗粒球形化技术以及可实用化的先进技术，可大幅度地提高水泥熟料的水化率。在保障混凝土强度的条件下，若能降低水泥熟料用量，则会产生巨大的经济效益，对降低资源和环境负荷、实现建材工业可持续发展做出贡献。[11]
（３）使用新型功能材料。TiO２ 作为一种宽禁带半导体，具有成本低廉、催化活性好、化学稳定性和热稳定性高、安全无毒等特点，是最具有开发前景的绿色环保催化剂之一。作为一种节能、高效、绿色、环保的新型功能材料，TiO２ 在涂料、玻璃、陶瓷等为代表的绿色建材领域具有广阔的应用前景。[9]
总结：在资源高度消耗的今天，建筑行业要充分重视节能减排、绿色环保的重要性。建筑师从初步设计抓起，从建筑材料的合理选用抓起，为我国环境保护和可持续发展事业尽自己的一份力量。

参考文献：
[1] 涂逢祥, 王庆一. 建筑节能研究报告——《中国能源综合发展战略与政策研究报告》摘录[A]. 建筑节能42 [M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2004.
[2] 刘启波、周若祁《绿色住区综合评价方法与设计准则》中国建筑工业出版社2006年11月
[3]《华沙宣言》1981年
[4]柏宇等《身边的建筑》 中国林业出版社 2002年4月第一版
[5]沈致和《住宅节能原理与设计》安徽科学技术出版社2006年四月第一版
[6]罗思京《建筑防水材料的现状及其发展方向》武汉食品工业学院学报1999年第01期
[7]杨南方《房屋防渗漏》中国建筑工业出版社2006年6月第一版
[8]田文富《建筑与装饰材料学习指导与习题》中国建筑工业出版社2006年10月
[9]高基伟，杨辉，申乾宏.TiO２ 在绿色建筑材料方面的研究进展［J］.陶瓷学报，2007，28（3）：237-240
[10]施惠生，姚玉梅.绿色建材及其发展趋势：一［J］.建材技术与应用，2007（10）：9-11
[11] 施惠生，姚玉梅.绿色建材及其发展趋势：二［J］.建材技术与应用，2001（11）：17-19

建筑的绿色节能和建筑材料

摘要：在21世纪，随着科学技术高速发展的同时，地球能源的消耗也是非常巨大的。如今，为了减缓能源的高度消耗，我国已经提出了节能减排的号召。建筑行业在节能减排这一方面需要做的事还很多，作为未来建筑师的我们更要积极响应国家号召，处理好建筑材料与建筑节能的关系。