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开发新型墙体材料，促进住宅建筑节能

作者：建筑中国建筑金属结构信息网网    
时间：2009-12-22 20:26:10 [收藏]

    开发新型墙体材料，促进住宅建筑节能
    （中国建筑科学研究院 王明贵，北京 100013）

    [摘要] 本文分析了我国建筑节能的必要性，指出住宅建筑节能关键在墙体，而开发新型墙体材料和墙体技术研究，实现节能住宅建筑体系，是一项集“材料、生产、应用”于一体，“产、学、研”相结合的系统工程，要以企业为主体，以工程项目为平台，以产业化为目标，逐步发展和完善。

    [关键词] 新型墙体材料，住宅建筑节能，住宅产业化


    1.前言
    　　中央提出科学发展观，建设节约型社会。在量大面广的住宅建设中，要做到“节能、节地、节材、节水、节电和环境保护”（简称“四节一环保”），大有可为。因为，中国现有建筑400多亿平方米，预计到2020年还将新建约300亿平方米，建筑不仅需要用大量的土地，而且在建造和使用过程中直接消耗能源占全社会总能耗的30%，在建材生产中的能耗为16.7%，还有用水占城市用水的47%，等等[1]。我国人口众多，人均资源相对匮乏：煤炭、石油、天然气、可耕地、水资源和森林资源的人均拥有量仅为世界平均值的约1/2、1/9、1/23、1/3、1/4和1/6。仅从能耗上分析，据专家预测，到2020年，如果城镇建筑全部达到节能标准，每年可节省3.35亿吨标准煤，空调高峰负荷可减少8000万千瓦时，约相当1998年到2002年5年新增电力装机容量的总和，相当于4.5个三峡大坝的发电量，相当于国家每年可减少电力建设投资约1万亿元。巨大的能耗行业，有着巨大的节能潜力和巨大的社会效益。出路在哪里？在于开发新的节能墙体建材和新的建筑体系。当实心粘土砖被禁用后，只剩下钢筋混泥土一种结构体系，而且砂石和水泥对资源和环境都不利，又不能回收再生，与其配套的维护墙体基本上达不到节能50%的要求（包括各种幕墙建筑）。

    2.新型墙体
    　　新型墙体材料是指不以消耗耕地、破坏生态和污染环境为代价，适应建筑部品工业化、施工机械化、减少施工现场湿作业、改善建筑功能等现代建筑业发展要求，所生产的墙体料。具有质量轻、强度高、保温隔热性能好，技术先进、经济合理。新型墙体材料主要是用混凝土、水泥、砂等硅酸质材料，有的再掺加部分粉煤灰、煤矸石、炉渣等工业废料或建筑垃圾经过压制或烧结、蒸养、蒸压等制成的非粘土砖、建筑砌块及建筑板材。国务院办公厅《关于进一步推进墙体建筑材料革新和推广节能建筑的通知》（国办发[2005]33号），有关部门规划我国新型墙体材料产量占全部墙体材料的百分比将在2000年、2010年与2030年应分别达到25%、40%和60%。
    　　随着建筑工业化的发展，发达国家早在四五十年代便开始了墙体建筑材料的转变：即小块墙材向大块墙材转变，块体墙材向各种轻质板材和复合板材方向转变。我国建筑轻板产品有纤维增强水泥空心条板(GRC)、陶粒及废渣混凝土空心条板、石膏空心条板、加气混凝土条板(ALC)等轻质条板。但产品质量参差不齐、不同的建筑轻板执行的标准不一，生产工艺和配套技术跟不上建设工程需求等问题，这些问题对轻板的发展产生不利影响，需高度重视并加以解决。
    　　从板型上，宜开发轻质条形板材，板宽600mm或900mm，板重以两个工人能搬运为宜，从而可减少使用安装机械，节约成本，便于板的安装。板边应由凹凸槽或错边，安装时板边相互咬合，从构造上避免产生通缝。如图1所示。

    　　从板的构造上，应走复合板材的开发道路。因为无论保温或隔热，都是一个提高围护结构热阻问题。而围护结构的热阻值R取决于材料的厚度与材料本身的导热特性。实际外墙的厚度是有限的，不可能单凭增大厚度来增大热阻，例如用多孔砖砌筑的墙体，为达到节能设计标准，在北京地区墙厚为490mm，在沈阳为760mm厚，哈尔滨为1020mm，这是不现实的。而5cm的聚苯乙烯板的热阻就相当于1m厚的红砖墙的热阻。虽然不同材料的热传导系数差别较大，但一般导热较小的材料，强度也较低，不能满足墙体防撞击性能的要求，使用安全强度不够。墙板不仅要有一定的强度和耐久性，而且还要有保温、隔热、隔声和防潮等主要功能。采用单一材料很难同时满足墙体的所有功能，而采用多层轻质材料叠合而成的复合墙体，使各层具备不同的功能，且便于制做安装，整体性能好，这是墙体技术开发的方向和路线。如图3、图4所示的复合墙板，可用水泥、粉煤灰等原料，与轻质保温夹心材料浇注一起，并用玻璃纤维或钢筋增强制成的不同厚度的条形板。用于建筑外墙板或屋面板。它具有质量轻、强度高、保温隔热性能好、不可燃烧和现场可锯等优点。

    墙板的安装一定要外挂式，把结构包裹在室内，从而防止热桥。若墙体保温要求较高，也可安装双层墙板，如图4所示。外侧是复合保温板，悬挂在钢框架之外，起保温隔热作用。内侧是园孔隔墙板（也可用保温板），镶嵌填充在框架之间，既是维护结构，也起抗侧力作用（可减少用钢量）。中间有空气层。内外表面是玻纤聚合物砂浆找平。这三层结构不仅容易满足节能指标较高的要求，而且较好地解决了热桥、裂缝、防水等一系列墙体建筑问题。双层墙错缝排板，从构造上避免了墙体通缝产生的可能。上下层水平板缝也可错开安装在楼板外侧，阻断热桥，再填实嵌缝材料并结合室内建筑地面填埋，从根本上解决了墙体建筑问题。

    3.住宅建筑节能
    　　我国建筑节能“十•五”计划和2010年规划规定：从1986年起至1995年新设计的采暖居住建筑耗能水平在1980～1981年当地通用设计标准能耗水平的基础上节能30％，此为第一阶段建筑节能；从1996年起到2000年新设计的采暖居住建筑要在1995年底的基础再节能30％，即在1980～1981年当地通用设计标准能耗水平的基础上节能50％，此为第二阶段。其中“节能50％”的算式如下：
    　　30％+（1-30％）×30％＝50％
    　　其实际意义为：在保证相同的“室内热环境指标”的前提下，与未采取节能措施前相比，采暖空调能耗应节约50％。而“室内热环境指标”是：冬季采暖卧室、起居室内设计温度为16～180C，换气次数为1次/小时；夏季空调卧室、起居室内设计温度为26～280C，换气次数为1次/小时；从2005年起新建采暖居住建筑应在第二阶段的基础上再节能30％为第三阶段。
    　　建筑节能是世界性课题，是一个国家经济发展到一定水平时所必须考虑的问题，也是我们国家的基本国策。我们在中国建筑金属结构信息网住宅建筑设计时，节能设计是很重要的项目之一，所遵从的规范和标准有《民用建筑热工设计规范》、《民用建筑节能设计标准》。另外，我国中部地区即长江流域的17个省市自治区及直辖市，夏季闷热冬季湿冷，针对该地区建筑节能，我国已颁布了《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》。这些都是中国建筑金属结构信息网住宅节能设计的依据。具体设计时应从方案上遵从以下几条原则，50％的节能目标是能够达到的。
    　　1、平面布置有利于自然通风。因此条式建筑要比点式建筑好。
    　　2、建筑物朝向宜采用南北和接近南北向。
    　　3．建筑物体形系数（即建筑物室外大气接触的外表面与其包围的体积之比）条形建筑不应超过0.35，不宜超过0.3；点式建筑不应超过0.4。这就要求住宅平面设计时尽量减少凹凸部分。实测资料表明：当建筑物体型系数小于等于0.3时，无论是采用内保温还是外保温墙体，都能实现50％的节能要求。当体型系数大于0.30而达到0.35时，采用外保温也能实现上述目标。
    　　4、窗的面积不应过大，不同朝向有不同的窗墙比要求。《民用建筑节能设计标准》（JGJ26- --95）规定最小热阻的维护结构窗墙比上限值为：北向为0.20，东西向为0.30，南向为0.35。
    　　5、多层住宅外窗宜采用平开，宜设置活动外遮阳。
    　　6、多层住宅的外窗及阳台门的气密性不应低于Ⅲ级，高层不应低于Ⅱ级。其意义见表1。

    　　8、中国建筑金属结构信息网的热桥要阻隔。主要措施有：对建筑周边的梁柱要包敷，不要外露。对外挑装饰钢框架应与内承重钢框架断开。 如果是砌块填充墙，砌块要向外砌筑50?，将钢构件砌在墙内以便隔热。

    4、总结
    　　住宅建筑节能技术关键在墙体。研制一块好的墙板是基础，它要求质量轻、强度高、保温隔热性能好、经久耐用、经济使用。但是墙板安装成墙体，满足建筑要求才是最终目的。墙板好不一定墙体好，所以墙体技术是关键，其中包括安装节点、板缝构造、饰面处理，经久耐用、经济适用。
    　　有了好的墙体技术，不一定就能在市场中推广节能住宅建筑。还有经营问题，市场培育问题。因为多数企业没有把住宅产业化继续做下去，存在的主要问题是：没有形成产业链。“产、学、研”脱节，“技、工、贸”不统一。搞技术开发的在市场中找不到工程实践，拿着“金饭碗”讨饭，使技术得不到市场检验和完善，搞不下去；搞建材生产的产品科技含量不高，技术缺乏，设备落后，产品处于低端应用水平；搞房地产开发的缺乏产业化技术和人才，没有创新能力。我们经调查研究分析，认为搞住宅节能建筑要以房地产企业为龙头、联合科研和生产企业、以项目为平台，在项目平台上完成住宅产业化配套集成，在项目上求得发展和完善。
    　　我们提倡开展中国建筑金属结构信息网住宅节能建筑技术开发，中国建筑金属结构信息网抗震性能好，完全可实现产业化，结合新型墙体技术，做到全装配式节能建筑，它将促进我国住宅建筑材料创新和建筑技术科技含量以及建筑方式的转变，尽管它在市场中占有量少，但标志着国家建筑科学技术的进步，标志着建筑从工地走向工厂，是我国实现工业化乃至现代化的组成部分，是建筑节能新技术应用的载体。

    参考文献
    [1] 汪光焘，“建设节约型社会，必须抓好建筑‘四节’”，《住宅产业》，2005.06。
    [2] 王明贵，“中国建筑金属结构信息网住宅的发展研究”，《住宅产业化》，2006年12月。
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