[摘要]建筑節(jié)能是貫徹國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。本文從建筑節(jié)能與新型建材的關系，全面論述了新型建材的發(fā)展必須與建筑節(jié)能相結合，必須具有生態(tài)、環(huán)境和節(jié)能意識。建筑節(jié)能是推動新型建材持續(xù)發(fā)展的動力。
一、前言
人口膨脹、環(huán)境污染和能源短缺是當今和未來世界面臨的三大問題，也是人類為了可持續(xù)發(fā)展必須尋求正常途徑予以解決的重大課題。在我國，由于歷史和近代發(fā)展中的種種不正常因素，這三大問題尤為突出，已成為影響和阻礙我國國民經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境、科學技術、社會文化等各個領域持續(xù)發(fā)展的重要因素。
建筑是國民經(jīng)濟中的一個支柱產(chǎn)業(yè)，特別是在我國，人口多，底子薄，僅以滿足城鄉(xiāng)居民的居住條件而論，就是世界上住房面積最多的國家。若將公共設施與生產(chǎn)等房屋包含在內(nèi)，其建筑占地面積和建筑面積更是世界上任何一個國家所不可及。建筑已成為我國國民經(jīng)濟和人民生活水平的重要標志。
建筑是一個用能大戶。建筑能耗包括建造能耗與使用能耗兩大部分，含蓋了建筑工業(yè)與建筑使用的各個方面，范圍很廣。在發(fā)達國家，一般都把建筑使用能耗作為建筑能耗與工業(yè)、農(nóng)業(yè)和交通運輸?shù)刃袠I(yè)的能耗并列，共屬于民生能耗，作為統(tǒng)計和評價其在全國總能耗中所占比例的依據(jù)。建筑能耗在各國總能耗中所占的比例是不同的，一般為30%~40%，比重很大。為此建筑節(jié)能就為世界所有國家所關注，而且把建筑節(jié)能的范圍定義為減少建筑節(jié)能使用過程中的能耗。
根據(jù)十五大提出的“下世紀中葉我國經(jīng)濟發(fā)展達到中等國家的經(jīng)濟水平”的戰(zhàn)略目標，我國的能耗供應與生產(chǎn)面臨著十分嚴峻的形勢。由于現(xiàn)有的建筑能耗方式和水平十分落后，能源浪費十分嚴重，建筑單位面積能耗仍是與我國氣候相近的發(fā)達國家的3~5倍，全國城鎮(zhèn)居民每人每年使用能源的支出已增長到240元以上，超出了用于住房的支出。隨著未來人口的增加和人民生活水平的提高以及氣候變化等因素，建筑能耗必將大幅度增長，在全國總能耗中的比重也會越來越大，加之我國的能耗結構是以煤為主，環(huán)境污染嚴重。建筑能耗將直接影響社會經(jīng)濟的發(fā)展、大氣的污染程度、建筑熱環(huán)境的舒適質量和整個建筑業(yè)的發(fā)展。所以國家建設部將建筑節(jié)能列為全國建筑領域一項艱巨而緊迫的戰(zhàn)略性任務，制定了相關的政策、法規(guī)，限制能耗水平，鼓勵相關的技術開發(fā)，加強管理與監(jiān)督，加強合作與協(xié)調(diào)，以推進建筑節(jié)能技術的不斷深入和完善，建筑節(jié)能給建筑規(guī)劃設計帶來了新的課題，也給新型建材的發(fā)展提出了新的要求。
二、建筑節(jié)能有賴于新建材的發(fā)展
未來房屋的規(guī)劃設計標準是高舒適，低能耗。高舒適不僅僅是熱舒適，還包含有利于生態(tài)平衡和環(huán)境保護，有利于居住與使用者的身心健康。要達到高舒適、低能耗的標準，建筑節(jié)能的內(nèi)容就包含了規(guī)劃設計與使用的全過程。即建筑的外環(huán)境設計、內(nèi)環(huán)境設計、圍護結構的構造和用能設備的選擇四個方面。建筑的外環(huán)境設計主要是自然能源的充分與綜合利用，包括日光、風、綠化（水面）環(huán)境的設計。建筑內(nèi)環(huán)境主要是盡可能減少能耗，也有自然能源的綜合利用問題，包括建筑物的體形、門窗的形式、位置與大小和平面布局與剖析形式等。圍護結構的構造設計和用能設備的選擇，也包含自然能源的利用與有效地節(jié)省不可再生能源兩個方面。以上除建筑的外環(huán)境設計外，其余都和新型建材的發(fā)展與應用有直接的關系，特別是與建筑圍護結構的構造設計關系最為密切。
我國建筑節(jié)能工作已進入節(jié)能50%的第二階段，節(jié)能目標是在當?shù)氐?980~1981年住宅通用設計能耗水平的基礎上節(jié)能50%，其中建筑物應承擔30%，用能設備約承擔20%。
若從夏季空調(diào)制冷下的熱舒適與節(jié)能考慮，不僅需要抵抗室外熱作用穩(wěn)定部分（既平均量）的傳熱阻，還需要抵抗室外熱作用中不穩(wěn)定的部分（即波動量）的熱穩(wěn)定性能力。外圍護結構在夏季熱作用條件下滿足室內(nèi)熱舒適與節(jié)能要求的隔熱指標，可以用抵抗室外平均熱作用的熱阻抗隔熱指數(shù)G1和抵抗室外波動熱作用的熱穩(wěn)定隔熱指數(shù)G2來評價。G1和G2包含了影響外圍護結構熱工性能的諸因素，如結構本身的熱阻R、熱惰性指數(shù)D、結構兩側表面材料的熱物理性能和邊界層的空氣狀態(tài)。
以成都為例，為滿足夏季空調(diào)制冷溫度為28℃，并輔以室內(nèi)氣流速度v≥0.3m/s時的熱舒適和節(jié)能要求是：
外墻的 G1≤0.60(10-2m2·K/W)
G2≤0.30(10-2m2·K/W)
屋頂?shù)?nbsp; G1≤0.40(10-2m2·K/W)
G2≤0.35(10-2m2·K/W)
除傳統(tǒng)的雙面粉刷240厚實心磚墻能滿足以上G2的指標外，其余常用的外墻和屋頂都不能達到以上的指標。要使建筑節(jié)能技術按照國家標準的規(guī)定正常地得以推廣和應用，只有依靠新型建材的發(fā)展才有可能。我國的建筑節(jié)能起步晚、水平低，節(jié)能標準明顯低于發(fā)達或中等發(fā)達的國家。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國的建筑節(jié)能標準也將隨之提高，建筑節(jié)能就更加有賴于新型建材的發(fā)展。
三、建筑節(jié)能需要輕質高效的新型建材
建筑材料的熱物理性能指標是建筑節(jié)能設計的依據(jù)，包括直接指標和導出指標：
1、表征建筑材料表面熱物理性能的直接指標有：
（1）材料表面對太陽輻射熱的吸收系數(shù)ρ；
（2）材料表面對長波輻射熱的反射與輻射率ε，亦稱黑度。
2、表征材料在一定體積和厚度條件下的熱物理性能直接指標有：
（1）材料的容重γ(kg/m3)，一般指干容重；
（2）材料的導熱系數(shù)λ(W/m·K)；
（3）材料的比熱c(kg/kg·k)；
（4）材料的蒸汽滲透系數(shù)μ(g/m·h·pa)；
3、由直接指標導出的熱物理性能指標有：
（1）材料表面的熱輻射系數(shù)，
，C
0為絕對輻射系數(shù)C
0=5.68[W/(m
2·K
4)]，絕對黑體的輻射率
；
（2）材料的蓄熱系數(shù)S[W/(m2·K)]；
[W/(m
2·K)]
（3）材料的導溫系數(shù)a(m2/K),a=λ/cγ；
（4）材料表面的吸收熱系數(shù)B[W/(m
2·K
4)]，影響吸熱的界面在表層時
；
（5）材料層的熱惰性指數(shù)D(無界鋼)D=RS,R是材料層厚度為d(m)時的熱阻，單位為m2·K/W，R=d/λ。
從上表明，材料表面的反射與輻射特性及材料的容重與導熱系數(shù)是材料的主要熱物理指標，而容重γ是影響導熱系數(shù)λ的重要因素，建筑材料必須“輕”才有很好的熱物理性能。
對于輕型的外圍護結構，要能夠達到優(yōu)良的節(jié)能效益，材料表面的熱物理性能有很重要的作用。在夏季，淺色涂料能有效的反射太陽輻射熱[如公式（1）、（2）所示之ρ值]，減少通過外圍護結構進入室內(nèi)的熱量，而且由于外表面溫度降低，也減少了材料層受溫度應力而產(chǎn)生的變形破壞。利用象鋁箔之類表面具有高反射、低輻射的材料作外圍護結構的內(nèi)外表面層，不僅能有效的反射太陽的輻射熱，也能使內(nèi)表面向室內(nèi)一側的輻射熱交換有效的降低，創(chuàng)造良好的室內(nèi)熱環(huán)境。利用高反射的表面材料作窗簾，以及將其鋪貼于采暖散熱器的后面，是減少太陽輻射、減少能耗的有效措施。特別是將鋁箔之類的材料置于空氣間層的兩側（或熱的一側），可顯著地提高空氣間層的熱阻3~4倍，同時還可起到防潮的作用。
像混凝土空心砌塊和鋼筋混凝土框架與剪力墻結構體系的房屋外圍護結構，以復合式提高其保溫隔熱性能是最有效的途徑。復合的材料必須要輕，不增加較大的荷載，綜合指標優(yōu)良才能達到要求。
當然，輕質材料也會因其γ和λ小，而使表征圍護結構抵抗室外波動熱作用的熱穩(wěn)定性能（即公式(2)中的D或m）減少。但外圍護結構的隔熱指標是一個綜合性的指標，可以配合其他熱性能指數(shù)的改善來達到要求的熱穩(wěn)定性能。更主要的是，針對有一定熱穩(wěn)定性能要求的南方地區(qū)的外圍護結構來講，房屋的采暖與空調(diào)受氣候特征與氣候適應性的影響，基本上是間隙的采暖與制冷工作制，熱穩(wěn)定性能較差的輕質材料在外圍護結構的應用，反而有采暖升溫、制冷降溫的優(yōu)點。對穩(wěn)定傳熱條件下的非間隙采暖與制冷房屋而言，適當增加輕質材料的厚度，也可滿足熱穩(wěn)定性要求。
四、建筑節(jié)能需要成套的新型建材
大多廠家在開發(fā)某種新型監(jiān)測產(chǎn)品時，只注重材料本身的性能是否符合國家的某個標準的要求，而不重視材料應用中的綜合技術研究，往往還要求產(chǎn)品具有多功能，即所謂“三合一”、“四合一”等等。混凝土空心砌塊是代替黏土磚的一種能耗少、對環(huán)境保護有利的墻體材料，在進一步推廣應用中受到阻礙的現(xiàn)狀，其原因主要在于要求過高和與之相適應的成套技術研究不夠。對僅有190厚度的單排孔混凝土空心切塊墻體，即要滿足承重要求，又要滿足圍護與表面藝術上的要求，實在太苛刻，而且也是不可能的。空心切塊墻體是砌體結構，砂漿是其主要的組成部分，其特性應與混凝土砌塊的材性和砌筑要求相一致，不能用砌筑磚墻或其他砌體的砂漿來替代。空心砌塊的壁厚只有20~30mm，也給室內(nèi)裝飾在內(nèi)壁嵌固電器等物件造成困難。只有對混凝土空心砌塊墻體中的成套技術予以研究和解決，推進混凝土空心砌塊的持續(xù)健康發(fā)展才有可能。
外墻外保溫和倒置屋蓋技術有很多優(yōu)點，已在我國北方和南方的建筑中得到廣泛的認可，并逐步的推廣應用，收到很好的綜合效益。但保溫材料是處于室外一側，受大氣的影響比處在室內(nèi)一側的嚴重的多，維修、更換也不方便。僅以外保溫砂漿為例，除應有較小的導熱系數(shù)外，還必須具有良好的抗裂、抗?jié)B、抗老化、抗污染和粘結性能，而且施工困難，如不從成套技術著手研究解決這些問題，外保溫砂漿很難被采用。
回顧近20余年外墻飾面材料的發(fā)展，至今可以說沒有哪種飾面材料有較長的生命力，都是曇花一現(xiàn)的短命產(chǎn)品。孤立的發(fā)展某一種新型建材都不是目的，都必須與建筑節(jié)能相結合，系統(tǒng)、成套地研究解決應用中出現(xiàn)的問題與要求。
五、建筑節(jié)能需要有利于生態(tài)環(huán)境的新型建材
高舒適、低能耗是節(jié)能建筑總的設計思想和基本理念，具有廣泛的戰(zhàn)略意義。建筑節(jié)能的前提是要為人們創(chuàng)造一個健康、衛(wèi)生的熱舒適環(huán)境。建筑節(jié)能與生態(tài)環(huán)境并不矛盾，是相互有機聯(lián)系，共依共存的。
首先，新型建材產(chǎn)品的開發(fā)不能以破壞生態(tài)環(huán)境和大量消耗能源（主要是不可再生能源）為代價，應該有利于生態(tài)平衡、環(huán)境保護和能耗盡可能少。我國西部地區(qū)有豐富的自然資源，也有豐富的自然能源。充分、合理、有效地開發(fā)那些原始的、可再生的建材資源，利用先進的科學技術聚合成新型的輕質高效保溫建材，不僅可維系生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，同時也可解決原始材料的再生利用。化學建材中有不少是具有保溫、防水、密封和粘結性能優(yōu)良的材料，可以與任何來源較廣的再生原材料聚合或復合成為節(jié)能型的新型建材，是發(fā)展生態(tài)環(huán)保建材——即綠色建材的一條有效途徑。利用麥桿、稻草加工制成的輕質環(huán)保墻板，就是一個很好的例子。不僅為建筑業(yè)提供了一個新的建材產(chǎn)品，更是為禁燒的麥桿、稻草的綜合利用找到了一條可行的出路，也保護了生態(tài)環(huán)境。
其次，新型建材不能只是為了解決建筑節(jié)能的需要，還應該符合環(huán)境衛(wèi)生標準的要求，無污染、無有害源傷害人的身心健康。化學建材是發(fā)展方向，使用范圍越來越廣，但部分化學建材的配方中，含有如甲醛、苯對人體有害元素，過量則對環(huán)境的污染和對人體的傷害非常嚴重。有的天然石材與部分墻體材料，也或多或少含有氡氣和γ射線之類的有害輻射源。隨著建筑節(jié)能的實施，以及社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，買房換房必裝修，化學建材將隨之更廣泛地應用于建筑設計與建筑裝飾設計中，節(jié)能建筑首先應是綠色建筑，健康建筑，節(jié)能型建材必須是有利于生態(tài)環(huán)境的建材。
六、建筑節(jié)能需要綜合效益好的新型建材
建筑節(jié)能的標準目標還要求節(jié)能投資不超過土建工程造價的10%，節(jié)能回收期不超過10年，節(jié)約噸標準煤的投資不超過開發(fā)噸標準煤的投資。國家還要求在推廣節(jié)能建筑中，不應大幅度提高建筑成本，要通過采取新材料、新產(chǎn)品、新技術降低工程造價。新型建材的開發(fā)及其在節(jié)能建筑中的應用，必須與這一目標相適應，必須在注重生態(tài)、環(huán)境、節(jié)能效益的同時，注重社會效益和經(jīng)濟效益。
在夏熱冬冷地區(qū)的居住建筑中，為了達到節(jié)能標準要求，外窗要采用傳熱系數(shù)K=3.2~2.5W/( m2·K )的塑鋼中空玻璃窗和適宜的外墻外保溫技術。塑鋼中空玻璃窗的單價要比單玻璃窗單價高200~350元/m2，比雙層玻璃窗的單價高100~200元/m2。國外引進的外保溫技術一般都在100元/m2以上。如果采用塑鋼中空玻璃窗和引進的外墻外保溫技術，就會造成節(jié)能投資效果不顯著，回收期太長，開發(fā)商和用戶都難接受，阻礙了建筑節(jié)能工作的實施與推進。
七、建筑節(jié)能是推動新型建材發(fā)展的動力
建筑節(jié)能和生態(tài)環(huán)境一起，已成為現(xiàn)代建筑規(guī)劃設計的主題。國家鼓勵建設節(jié)能建筑，并強調(diào)采用新型墻體材料且達到《節(jié)能標準》要求的，應按照財政部關于新型墻體材料專項基金管理的有關規(guī)定，免征新型墻體材料專項基金。建筑節(jié)能的大趨勢，迫切需要發(fā)展新型建材與之相適應。
回顧每一項新型建材問世的歷史，無一不是與改善建筑節(jié)能有關。新型建材的發(fā)展必須與建筑節(jié)能相結合，與提高建筑性能、功能、質量相結合才有出路，才有生命力。建筑節(jié)能不僅僅是建材產(chǎn)品的更新?lián)Q代，而是建筑的一場革命。建筑節(jié)能需要通過不斷的研究、開發(fā)新的建材產(chǎn)品，和完善、限制與淘汰舊的建材產(chǎn)品，不斷創(chuàng)新，逐步提高，是一個發(fā)展與規(guī)劃的過程。建筑節(jié)能不可能只用幾種材料、技術，而是多品種、多種做法和結構構造形式并存。建筑節(jié)能的實施必將促進各地區(qū)利用本地的技術和資源優(yōu)勢，運用先進的科學技術，因地制宜地發(fā)展具有輕質高效、成套技術和有利于生態(tài)平衡與環(huán)境保護達到推進產(chǎn)品多樣化與建筑產(chǎn)業(yè)化的新型建材。
住宅建筑節(jié)能的關鍵技術
圍護結構的熱傳遞機理，節(jié)能指標體系優(yōu)化方法以及建筑低能耗圍護結構組合優(yōu)化設計方法：冷熱源優(yōu)化運行方式，包括制冷采暖系統(tǒng)運行工況優(yōu)化調(diào)控，冷熱負荷的預測技術，開發(fā)調(diào)節(jié)控制軟件等；建筑室內(nèi)溫度控制和冷熱量計量控制成套，包括適合中國國情的控制產(chǎn)品，冷熱量計量裝置的研制，計量收費系統(tǒng)的數(shù)學模型和軟件，自動計量及收費網(wǎng)絡系統(tǒng)的開發(fā)；新能源供熱制冷成套技術的研究開發(fā)，包括地熱能、太陽能等的開發(fā)利用；低能耗建筑的綜合設計體系研究、建筑設計、環(huán)境控制和節(jié)能設計的優(yōu)化匹配，節(jié)能建筑和節(jié)能設備優(yōu)選和集成，以及相應優(yōu)化節(jié)能設計軟件的開發(fā)等。
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