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開(kāi)發(fā)新型墻體材料，促進(jìn)住宅建筑節能

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:10 [收藏]

    開(kāi)發(fā)新型墻體材料，促進(jìn)住宅建筑節能
    （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能的必要性，指出住宅建筑節能關(guān)鍵在墻體，而開(kāi)發(fā)新型墻體材料和墻體技術(shù)研究，實(shí)現節能住宅建筑體系，是一項集“材料、生產(chǎn)、應用”于一體，“產(chǎn)、學(xué)、研”相結合的系統工程，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，逐步發(fā)展和完善。

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


    1.前言
    　　中央提出科學(xué)發(fā)展觀(guān)，建設節約型社會(huì )。在量大面廣的住宅建設中，要做到“節能、節地、節材、節水、節電和環(huán)境保護”（簡(jiǎn)稱(chēng)“四節一環(huán)?！保?，大有可為。因為，中國現有建筑400多億平方米，預計到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(guò)程中直接消耗能源占全社會(huì )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?jì)H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，據專(zhuān)家預測，到2020年，如果城鎮建筑全部達到節能標準，每年可節省3.35億噸標準煤，空調高峰負荷可減少8000萬(wàn)千瓦時(shí)，約相當1998年到2002年5年新增電力裝機容量的總和，相當于4.5個(gè)三峽大壩的發(fā)電量，相當于國家每年可減少電力建設投資約1萬(wàn)億元。巨大的能耗行業(yè)，有著(zhù)巨大的節能潛力和巨大的社會(huì )效益。出路在哪里？在于開(kāi)發(fā)新的節能墻體建材和新的建筑體系。當實(shí)心粘土磚被禁用后，只剩下鋼筋混泥土一種結構體系，而且砂石和水泥對資源和環(huán)境都不利，又不能回收再生，與其配套的維護墻體基本上達不到節能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(jià)，適應建筑部品工業(yè)化、施工機械化、減少施工現場(chǎng)濕作業(yè)、改善建筑功能等現代建筑業(yè)發(fā)展要求，所生產(chǎn)的墻體料。具有質(zhì)量輕、強度高、保溫隔熱性能好，技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟合理。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(guò)壓制或燒結、蒸養、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能建筑的通知》（國辦發(fā)[2005]33號），有關(guān)部門(mén)規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年應分別達到25%、40%和60%。
    　　隨著(zhù)建筑工業(yè)化的發(fā)展，發(fā)達國家早在四五十年代便開(kāi)始了墻體建筑材料的轉變：即小塊墻材向大塊墻材轉變，塊體墻材向各種輕質(zhì)板材和復合板材方向轉變。我國建筑輕板產(chǎn)品有纖維增強水泥空心條板(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、不同的建筑輕板執行的標準不一，生產(chǎn)工藝和配套技術(shù)跟不上建設工程需求等問(wèn)題，這些問(wèn)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(kāi)發(fā)輕質(zhì)條形板材，板寬600mm或900mm，板重以?xún)蓚€(gè)工人能搬運為宜，從而可減少使用安裝機械，節約成本，便于板的安裝。板邊應由凹凸槽或錯邊，安裝時(shí)板邊相互咬合，從構造上避免產(chǎn)生通縫。如圖1所示。

    　　從板的構造上，應走復合板材的開(kāi)發(fā)道路。因為無(wú)論保溫或隔熱，都是一個(gè)提高圍護結構熱阻問(wèn)題。而圍護結構的熱阻值R取決于材料的厚度與材料本身的導熱特性。實(shí)際外墻的厚度是有限的，不可能單憑增大厚度來(lái)增大熱阻，例如用多孔磚砌筑的墻體，為達到節能設計標準，在北京地區墻厚為490mm，在沈陽(yáng)為760mm厚，哈爾濱為1020mm，這是不現實(shí)的。而5cm的聚苯乙烯板的熱阻就相當于1m厚的紅磚墻的熱阻。雖然不同材料的熱傳導系數差別較大，但一般導熱較小的材料，強度也較低，不能滿(mǎn)足墻體防撞擊性能的要求，使用安全強度不夠。墻板不僅要有一定的強度和耐久性，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(shí)滿(mǎn)足墻體的所有功能，而采用多層輕質(zhì)材料疊合而成的復合墻體，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(kāi)發(fā)的方向和路線(xiàn)。如圖3、圖4所示的復合墻板，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、強度高、保溫隔熱性能好、不可燃燒和現場(chǎng)可鋸等優(yōu)點(diǎn)。

    墻板的安裝一定要外掛式，把結構包裹在室內，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。外側是復合保溫板，懸掛在鋼框架之外，起保溫隔熱作用。內側是園孔隔墻板（也可用保溫板），鑲嵌填充在框架之間，既是維護結構，也起抗側力作用（可減少用鋼量）。中間有空氣層。內外表面是玻纖聚合物砂漿找平。這三層結構不僅容易滿(mǎn)足節能指標較高的要求，而且較好地解決了熱橋、裂縫、防水等一系列墻體建筑問(wèn)題。雙層墻錯縫排板，從構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(kāi)安裝在樓板外側，阻斷熱橋，再填實(shí)嵌縫材料并結合室內建筑地面填埋，從根本上解決了墻體建筑問(wèn)題。

    3.住宅建筑節能
    　　我國建筑節能“十•五”計劃和2010年規劃規定：從1986年起至1995年新設計的采暖居住建筑耗能水平在1980～1981年當地通用設計標準能耗水平的基礎上節能30％，此為第一階段建筑節能；從1996年起到2000年新設計的采暖居住建筑要在1995年底的基礎再節能30％，即在1980～1981年當地通用設計標準能耗水平的基礎上節能50％，此為第二階段。其中“節能50％”的算式如下：
    　　30％+（1-30％）×30％＝50％
    　　其實(shí)際意義為：在保證相同的“室內熱環(huán)境指標”的前提下，與未采取節能措施前相比，采暖空調能耗應節約50％。而“室內熱環(huán)境指標”是：冬季采暖臥室、起居室內設計溫度為16～180C，換氣次數為1次/小時(shí)；夏季空調臥室、起居室內設計溫度為26～280C，換氣次數為1次/小時(shí)；從2005年起新建采暖居住建筑應在第二階段的基礎上再節能30％為第三階段。
    　　建筑節能是世界性課題，是一個(gè)國家經(jīng)濟發(fā)展到一定水平時(shí)所必須考慮的問(wèn)題，也是我們國家的基本國策。我們在鋼結構住宅建筑設計時(shí)，節能設計是很重要的項目之一，所遵從的規范和標準有《民用建筑熱工設計規范》、《民用建筑節能設計標準》。另外，我國中部地區即長(cháng)江流域的17個(gè)省市自治區及直轄市，夏季悶熱冬季濕冷，針對該地區建筑節能，我國已頒布了《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》。這些都是鋼結構住宅節能設計的依據。具體設計時(shí)應從方案上遵從以下幾條原則，50％的節能目標是能夠達到的。
    　　1、平面布置有利于自然通風(fēng)。因此條式建筑要比點(diǎn)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（即建筑物室外大氣接觸的外表面與其包圍的體積之比）條形建筑不應超過(guò)0.35，不宜超過(guò)0.3；點(diǎn)式建筑不應超過(guò)0.4。這就要求住宅平面設計時(shí)盡量減少凹凸部分。實(shí)測資料表明：當建筑物體型系數小于等于0.3時(shí)，無(wú)論是采用內保溫還是外保溫墻體，都能實(shí)現50％的節能要求。當體型系數大于0.30而達到0.35時(shí)，采用外保溫也能實(shí)現上述目標。
    　　4、窗的面積不應過(guò)大，不同朝向有不同的窗墻比要求?！睹裼媒ㄖ澞茉O計標準》（JGJ26- --95）規定最小熱阻的維護結構窗墻比上限值為：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(kāi)，宜設置活動(dòng)外遮陽(yáng)。
    　　6、多層住宅的外窗及陽(yáng)臺門(mén)的氣密性不應低于Ⅲ級，高層不應低于Ⅱ級。其意義見(jiàn)表1。

    　　8、鋼結構的熱橋要阻隔。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與內承重鋼框架斷開(kāi)。 如果是砌塊填充墻，砌塊要向外砌筑50?，將鋼構件砌在墻內以便隔熱。

    4、總結
    　　住宅建筑節能技術(shù)關(guān)鍵在墻體。研制一塊好的墻板是基礎，它要求質(zhì)量輕、強度高、保溫隔熱性能好、經(jīng)久耐用、經(jīng)濟使用。但是墻板安裝成墻體，滿(mǎn)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，其中包括安裝節點(diǎn)、板縫構造、飾面處理，經(jīng)久耐用、經(jīng)濟適用。
    　　有了好的墻體技術(shù)，不一定就能在市場(chǎng)中推廣節能住宅建筑。還有經(jīng)營(yíng)問(wèn)題，市場(chǎng)培育問(wèn)題。因為多數企業(yè)沒(méi)有把住宅產(chǎn)業(yè)化繼續做下去，存在的主要問(wèn)題是：沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)鏈?！爱a(chǎn)、學(xué)、研”脫節，“技、工、貿”不統一。搞技術(shù)開(kāi)發(fā)的在市場(chǎng)中找不到工程實(shí)踐，拿著(zhù)“金飯碗”討飯，使技術(shù)得不到市場(chǎng)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，設備落后，產(chǎn)品處于低端應用水平；搞房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)的缺乏產(chǎn)業(yè)化技術(shù)和人才，沒(méi)有創(chuàng )新能力。我們經(jīng)調查研究分析，認為搞住宅節能建筑要以房地產(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(kāi)展鋼結構住宅節能建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，鋼結構抗震性能好，完全可實(shí)現產(chǎn)業(yè)化，結合新型墻體技術(shù)，做到全裝配式節能建筑，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變，盡管它在市場(chǎng)中占有量少，但標志著(zhù)國家建筑科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，標志著(zhù)建筑從工地走向工廠(chǎng)，是我國實(shí)現工業(yè)化乃至現代化的組成部分，是建筑節能新技術(shù)應用的載體。

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