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開發(fā)新型墻體材料，促進(jìn)住宅建筑節(jié)能

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間：2009-12-22 20:26:10 [收藏]

    開發(fā)新型墻體材料，促進(jìn)住宅建筑節(jié)能
    （中國建筑科學(xué)研究院 王明貴，北京 100013）

    [摘要] 本文分析了我國建筑節(jié)能的必要性，指出住宅建筑節(jié)能關(guān)鍵在墻體，而開發(fā)新型墻體材料和墻體技術(shù)研究，實現(xiàn)節(jié)能住宅建筑體系，是一項集“材料、生產(chǎn)、應(yīng)用”于一體，“產(chǎn)、學(xué)、研”相結(jié)合的系統(tǒng)工程，要以企業(yè)為主體，以工程項目為平臺，以產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo)，逐步發(fā)展和完善。

    [關(guān)鍵詞] 新型墻體材料，住宅建筑節(jié)能，住宅產(chǎn)業(yè)化


    1.前言
    　　中央提出科學(xué)發(fā)展觀，建設(shè)節(jié)約型社會。在量大面廣的住宅建設(shè)中，要做到“節(jié)能、節(jié)地、節(jié)材、節(jié)水、節(jié)電和環(huán)境保護(hù)”（簡稱“四節(jié)一環(huán)?！保?，大有可為。因為，中國現(xiàn)有建筑400多億平方米，預(yù)計到2020年還將新建約300億平方米，建筑不僅需要用大量的土地，而且在建造和使用過程中直接消耗能源占全社會總能耗的30%，在建材生產(chǎn)中的能耗為16.7%，還有用水占城市用水的47%，等等[1]。我國人口眾多，人均資源相對匱乏：煤炭、石油、天然氣、可耕地、水資源和森林資源的人均擁有量僅為世界平均值的約1/2、1/9、1/23、1/3、1/4和1/6。僅從能耗上分析，據(jù)專家預(yù)測，到2020年，如果城鎮(zhèn)建筑全部達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，每年可節(jié)省3.35億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，空調(diào)高峰負(fù)荷可減少8000萬千瓦時，約相當(dāng)1998年到2002年5年新增電力裝機(jī)容量的總和，相當(dāng)于4.5個三峽大壩的發(fā)電量，相當(dāng)于國家每年可減少電力建設(shè)投資約1萬億元。巨大的能耗行業(yè)，有著巨大的節(jié)能潛力和巨大的社會效益。出路在哪里？在于開發(fā)新的節(jié)能墻體建材和新的建筑體系。當(dāng)實心粘土磚被禁用后，只剩下鋼筋混泥土一種結(jié)構(gòu)體系，而且砂石和水泥對資源和環(huán)境都不利，又不能回收再生，與其配套的維護(hù)墻體基本上達(dá)不到節(jié)能50%的要求（包括各種幕墻建筑）。

    2.新型墻體
    　　新型墻體材料是指不以消耗耕地、破壞生態(tài)和污染環(huán)境為代價，適應(yīng)建筑部品工業(yè)化、施工機(jī)械化、減少施工現(xiàn)場濕作業(yè)、改善建筑功能等現(xiàn)代建筑業(yè)發(fā)展要求，所生產(chǎn)的墻體料。具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、保溫隔熱性能好，技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。新型墻體材料主要是用混凝土、水泥、砂等硅酸質(zhì)材料，有的再摻加部分粉煤灰、煤矸石、爐渣等工業(yè)廢料或建筑垃圾經(jīng)過壓制或燒結(jié)、蒸養(yǎng)、蒸壓等制成的非粘土磚、建筑砌塊及建筑板材。國務(wù)院辦公廳《關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)墻體建筑材料革新和推廣節(jié)能建筑的通知》（國辦發(fā)[2005]33號），有關(guān)部門規(guī)劃我國新型墻體材料產(chǎn)量占全部墻體材料的百分比將在2000年、2010年與2030年應(yīng)分別達(dá)到25%、40%和60%。
    　　隨著建筑工業(yè)化的發(fā)展，發(fā)達(dá)國家早在四五十年代便開始了墻體建筑材料的轉(zhuǎn)變：即小塊墻材向大塊墻材轉(zhuǎn)變，塊體墻材向各種輕質(zhì)板材和復(fù)合板材方向轉(zhuǎn)變。我國建筑輕板產(chǎn)品有纖維增強(qiáng)水泥空心條板(GRC)、陶粒及廢渣混凝土空心條板、石膏空心條板、加氣混凝土條板(ALC)等輕質(zhì)條板。但產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊、不同的建筑輕板執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)不一，生產(chǎn)工藝和配套技術(shù)跟不上建設(shè)工程需求等問題，這些問題對輕板的發(fā)展產(chǎn)生不利影響，需高度重視并加以解決。
    　　從板型上，宜開發(fā)輕質(zhì)條形板材，板寬600mm或900mm，板重以兩個工人能搬運為宜，從而可減少使用安裝機(jī)械，節(jié)約成本，便于板的安裝。板邊應(yīng)由凹凸槽或錯邊，安裝時板邊相互咬合，從構(gòu)造上避免產(chǎn)生通縫。如圖1所示。

    　　從板的構(gòu)造上，應(yīng)走復(fù)合板材的開發(fā)道路。因為無論保溫或隔熱，都是一個提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻問題。而圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱阻值R取決于材料的厚度與材料本身的導(dǎo)熱特性。實際外墻的厚度是有限的，不可能單憑增大厚度來增大熱阻，例如用多孔磚砌筑的墻體，為達(dá)到節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，在北京地區(qū)墻厚為490mm，在沈陽為760mm厚，哈爾濱為1020mm，這是不現(xiàn)實的。而5cm的聚苯乙烯板的熱阻就相當(dāng)于1m厚的紅磚墻的熱阻。雖然不同材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)差別較大，但一般導(dǎo)熱較小的材料，強(qiáng)度也較低，不能滿足墻體防撞擊性能的要求，使用安全強(qiáng)度不夠。墻板不僅要有一定的強(qiáng)度和耐久性，而且還要有保溫、隔熱、隔聲和防潮等主要功能。采用單一材料很難同時滿足墻體的所有功能，而采用多層輕質(zhì)材料疊合而成的復(fù)合墻體，使各層具備不同的功能，且便于制做安裝，整體性能好，這是墻體技術(shù)開發(fā)的方向和路線。如圖3、圖4所示的復(fù)合墻板，可用水泥、粉煤灰等原料，與輕質(zhì)保溫夾心材料澆注一起，并用玻璃纖維或鋼筋增強(qiáng)制成的不同厚度的條形板。用于建筑外墻板或屋面板。它具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、保溫隔熱性能好、不可燃燒和現(xiàn)場可鋸等優(yōu)點。

    墻板的安裝一定要外掛式，把結(jié)構(gòu)包裹在室內(nèi)，從而防止熱橋。若墻體保溫要求較高，也可安裝雙層墻板，如圖4所示。外側(cè)是復(fù)合保溫板，懸掛在鋼框架之外，起保溫隔熱作用。內(nèi)側(cè)是園孔隔墻板（也可用保溫板），鑲嵌填充在框架之間，既是維護(hù)結(jié)構(gòu)，也起抗側(cè)力作用（可減少用鋼量）。中間有空氣層。內(nèi)外表面是玻纖聚合物砂漿找平。這三層結(jié)構(gòu)不僅容易滿足節(jié)能指標(biāo)較高的要求，而且較好地解決了熱橋、裂縫、防水等一系列墻體建筑問題。雙層墻錯縫排板，從構(gòu)造上避免了墻體通縫產(chǎn)生的可能。上下層水平板縫也可錯開安裝在樓板外側(cè)，阻斷熱橋，再填實嵌縫材料并結(jié)合室內(nèi)建筑地面填埋，從根本上解決了墻體建筑問題。

    3.住宅建筑節(jié)能
    　　我國建筑節(jié)能“十•五”計劃和2010年規(guī)劃規(guī)定：從1986年起至1995年新設(shè)計的采暖居住建筑耗能水平在1980～1981年當(dāng)?shù)赝ㄓ迷O(shè)計標(biāo)準(zhǔn)能耗水平的基礎(chǔ)上節(jié)能30％，此為第一階段建筑節(jié)能；從1996年起到2000年新設(shè)計的采暖居住建筑要在1995年底的基礎(chǔ)再節(jié)能30％，即在1980～1981年當(dāng)?shù)赝ㄓ迷O(shè)計標(biāo)準(zhǔn)能耗水平的基礎(chǔ)上節(jié)能50％，此為第二階段。其中“節(jié)能50％”的算式如下：
    　　30％+（1-30％）×30％＝50％
    　　其實際意義為：在保證相同的“室內(nèi)熱環(huán)境指標(biāo)”的前提下，與未采取節(jié)能措施前相比，采暖空調(diào)能耗應(yīng)節(jié)約50％。而“室內(nèi)熱環(huán)境指標(biāo)”是：冬季采暖臥室、起居室內(nèi)設(shè)計溫度為16～180C，換氣次數(shù)為1次/小時；夏季空調(diào)臥室、起居室內(nèi)設(shè)計溫度為26～280C，換氣次數(shù)為1次/小時；從2005年起新建采暖居住建筑應(yīng)在第二階段的基礎(chǔ)上再節(jié)能30％為第三階段。
    　　建筑節(jié)能是世界性課題，是一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定水平時所必須考慮的問題，也是我們國家的基本國策。我們在鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑設(shè)計時，節(jié)能設(shè)計是很重要的項目之一，所遵從的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)有《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》、《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》。另外，我國中部地區(qū)即長江流域的17個省市自治區(qū)及直轄市，夏季悶熱冬季濕冷，針對該地區(qū)建筑節(jié)能，我國已頒布了《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》。這些都是鋼結(jié)構(gòu)住宅節(jié)能設(shè)計的依據(jù)。具體設(shè)計時應(yīng)從方案上遵從以下幾條原則，50％的節(jié)能目標(biāo)是能夠達(dá)到的。
    　　1、平面布置有利于自然通風(fēng)。因此條式建筑要比點式建筑好。
    　　2、建筑物朝向宜采用南北和接近南北向。
    　　3．建筑物體形系數(shù)（即建筑物室外大氣接觸的外表面與其包圍的體積之比）條形建筑不應(yīng)超過0.35，不宜超過0.3；點式建筑不應(yīng)超過0.4。這就要求住宅平面設(shè)計時盡量減少凹凸部分。實測資料表明：當(dāng)建筑物體型系數(shù)小于等于0.3時，無論是采用內(nèi)保溫還是外保溫墻體，都能實現(xiàn)50％的節(jié)能要求。當(dāng)體型系數(shù)大于0.30而達(dá)到0.35時，采用外保溫也能實現(xiàn)上述目標(biāo)。
    　　4、窗的面積不應(yīng)過大，不同朝向有不同的窗墻比要求?！睹裼媒ㄖ?jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ26- --95）規(guī)定最小熱阻的維護(hù)結(jié)構(gòu)窗墻比上限值為：北向為0.20，東西向為0.30，南向為0.35。
    　　5、多層住宅外窗宜采用平開，宜設(shè)置活動外遮陽。
    　　6、多層住宅的外窗及陽臺門的氣密性不應(yīng)低于Ⅲ級，高層不應(yīng)低于Ⅱ級。其意義見表1。

    　　8、鋼結(jié)構(gòu)的熱橋要阻隔。主要措施有：對建筑周邊的梁柱要包敷，不要外露。對外挑裝飾鋼框架應(yīng)與內(nèi)承重鋼框架斷開。 如果是砌塊填充墻，砌塊要向外砌筑50?，將鋼構(gòu)件砌在墻內(nèi)以便隔熱。

    4、總結(jié)
    　　住宅建筑節(jié)能技術(shù)關(guān)鍵在墻體。研制一塊好的墻板是基礎(chǔ)，它要求質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、保溫隔熱性能好、經(jīng)久耐用、經(jīng)濟(jì)使用。但是墻板安裝成墻體，滿足建筑要求才是最終目的。墻板好不一定墻體好，所以墻體技術(shù)是關(guān)鍵，其中包括安裝節(jié)點、板縫構(gòu)造、飾面處理，經(jīng)久耐用、經(jīng)濟(jì)適用。
    　　有了好的墻體技術(shù)，不一定就能在市場中推廣節(jié)能住宅建筑。還有經(jīng)營問題，市場培育問題。因為多數(shù)企業(yè)沒有把住宅產(chǎn)業(yè)化繼續(xù)做下去，存在的主要問題是：沒有形成產(chǎn)業(yè)鏈?！爱a(chǎn)、學(xué)、研”脫節(jié)，“技、工、貿(mào)”不統(tǒng)一。搞技術(shù)開發(fā)的在市場中找不到工程實踐，拿著“金飯碗”討飯，使技術(shù)得不到市場檢驗和完善，搞不下去；搞建材生產(chǎn)的產(chǎn)品科技含量不高，技術(shù)缺乏，設(shè)備落后，產(chǎn)品處于低端應(yīng)用水平；搞房地產(chǎn)開發(fā)的缺乏產(chǎn)業(yè)化技術(shù)和人才，沒有創(chuàng)新能力。我們經(jīng)調(diào)查研究分析，認(rèn)為搞住宅節(jié)能建筑要以房地產(chǎn)企業(yè)為龍頭、聯(lián)合科研和生產(chǎn)企業(yè)、以項目為平臺，在項目平臺上完成住宅產(chǎn)業(yè)化配套集成，在項目上求得發(fā)展和完善。
    　　我們提倡開展鋼結(jié)構(gòu)住宅節(jié)能建筑技術(shù)開發(fā)，鋼結(jié)構(gòu)抗震性能好，完全可實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，結(jié)合新型墻體技術(shù)，做到全裝配式節(jié)能建筑，它將促進(jìn)我國住宅建筑材料創(chuàng)新和建筑技術(shù)科技含量以及建筑方式的轉(zhuǎn)變，盡管它在市場中占有量少，但標(biāo)志著國家建筑科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，標(biāo)志著建筑從工地走向工廠，是我國實現(xiàn)工業(yè)化乃至現(xiàn)代化的組成部分，是建筑節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用的載體。

    參考文獻(xiàn)
    [1] 汪光燾，“建設(shè)節(jié)約型社會，必須抓好建筑‘四節(jié)’”，《住宅產(chǎn)業(yè)》，2005.06。
    [2] 王明貴，“鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展研究”，《住宅產(chǎn)業(yè)化》，2006年12月。
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