關于中國建筑節(jié)能設計工作與綠色建筑材料的探尋

　　近年來，隨著全球能源問題的日益嚴峻和“可持續(xù)發(fā)展”理念在國內(nèi)的推廣，建筑節(jié)能設計越來越引起我國廣大建筑工作者的重視。許多發(fā)達國家先進的建筑節(jié)能理念、技術、材料，以及應用成果被介紹到國內(nèi)，向人們展示了通過優(yōu)秀設計和高新科技相結合所創(chuàng)造的優(yōu)雅、舒適且節(jié)能環(huán)保的新型建筑發(fā)展前景。但是，這些大量應用高科技的節(jié)能措施往往成本很高，一次性投入比較大，連發(fā)達國家目前也難以大規(guī)模推廣。我們還應當注意到， 目前發(fā)達國家的建筑節(jié)能技術主要是針對當?shù)氐臍夂蛱攸c開發(fā)的，而這些技術本身也不是十分完善，在其他地區(qū)是否能達到預期的效果還沒有十足的把握。

　　一、內(nèi)保溫復合節(jié)能墻體組成及應用

　　復合節(jié)能墻體通常由絕熱材料與傳統(tǒng)墻體材料或某些新型墻體材料復合而成。如果絕熱材料復合在建筑物外墻的內(nèi)側，則稱為內(nèi)保溫復合墻體。

　　1．墻體結構層：系指混凝土現(xiàn)澆或預制品的外墻，內(nèi)澆外砌或磚混結構的外磚墻。以及諸如承重多孔磚外墻等其他承重外墻。

　　2．空氣層：空氣在0℃時導熱系數(shù)為0 024VV／(m·k)。在25℃±5℃時為0 0256W/(m·k)，即使在200℃的情況下仍有00：384 W／(m·k)。由此可見，空氣也是一種優(yōu)良的保溫材料。因此，在建筑物中常用材料圍成的空氣隔離層，不但可以保溫隔熱。而且具有切斷液態(tài)水份的毛細滲透、防止保溫材料受潮的功能，因為一般外側墻有吸水能力，而其內(nèi)表面常因溫度低而出現(xiàn)的冷凝水?？杀唤Y構材料吸入且不斷向室外轉移和散發(fā)。

　　3．保溫隔熱層：這是節(jié)能墻體的主要功能部分，常用絕熱材料可分為有機、無機 金屬等三大類。出于導熱系數(shù)、抗壓強度、蒸汽滲透率、燃燒性能等方面的考慮。此處選用擠塑型聚苯板(XPS)為保溫材料。

　　4．保護層：主要功能是防止保溫層受破壞，并阻止室內(nèi)水蒸汽侵入保溫層。出于防火、抗沖擊和環(huán)保等方面的考慮，宜選用A級無機防火板為保護層材料。

　　5. 飾面層：由于A級無機防火板具有優(yōu)良的表面親和特性，所以各種飾面材料均可使用，選用的內(nèi)墻涂料和粘貼瓷磚都有良好的效果。

　　結合各地的氣候和地理環(huán)境，借鑒各方面成功和失敗的經(jīng)驗，在優(yōu)化組合的基礎上開發(fā)的墻體內(nèi)保溫板，具有保溫、隔熱、隔音、防潮 抗沖擊、抗震、呼吸等功能，已在工程中應用。

　　二、屋面空間綠化

　　屋面空間綠化指利用綠色植物具有的光合作用能力，在不同的地區(qū)，針對太陽輻射的差異，選擇不同品種的植物進行屋面種植。綠色植物的種植不僅可以避免太陽光直接照射屋面，而且由于植物本身對太陽光的吸收利用、轉化和蒸騰作用，大大降低了屋頂?shù)氖彝饩C合溫度。同時利用植物培植基質材料的熱阻與熱惰性，可以降低內(nèi)表面溫度，從而減輕了對頂樓的熱傳導。有資料顯示，種植屋面的內(nèi)表面溫度比其他屋面低2.8℃-7.7℃ 。在炎熱的夏季，從屋面進入室內(nèi)的熱量占總圍護結構的熱量的70％ 以上，實施綠化的屋面外表面最高溫度可以比不綠化的屋面外表面最高溫度低20℃ 以上。同時，屋面綠化若在城市中大量應用，可以使整個城市成為高低錯落的大花園，降低噪聲，提高節(jié)能率，改善生態(tài)環(huán)境。

　　屋面綠化最主要的技術問題是荷載、防水、透氣等，應根據(jù)屋頂?shù)牟煌芍匾约爸参锱渲靡笾贫ǔ龇N植植物種類及配套設施，其典型構造做法見圖1。針對屋面綠化荷重較地面綠化小的特點，宜采用輕質材料作為種植土，目前一般采用草炭腐殖土、珍珠巖、蛭石等。覆土層厚度必須嚴格按照設計執(zhí)行，種植層容器材料也可采用竹、木、工程塑料、PVC等以減輕荷重，防止覆土荷重超過允許值使屋面鋼筋混凝土板產(chǎn)生塑性變形裂縫，從而造成滲漏。由于屋面綠化的特殊性，種植層的厚度受到限制，植物的配植要求以耐熱、抗風、耐旱、耐貧瘠且淺根系的多年生草本、匍匐類、矮生灌木植物為宜，如彩葉草、三色堇、假連翹、鴨跖草、麥冬草等。還要注意保護屋面防水層，一是選擇根系不發(fā)達的植物；二是選擇耐根系穿刺的防水層，如鋁合金卷材高密度聚乙烯土工膜等。同時防水層應上翻超過土層15 cm以上，且屋面應形成適當?shù)钠露?，以利于及時排除積水。高大的樹木和水池等集中荷載應放在柱子或承重墻的位置上，有利于荷載的直接傳遞。有人認為屋面綠化會對抗?jié)B防漏不利，實際上這種看法有失偏頗。因為土壤在吸水飽和后會自然形成一層憎水膜，可起到滯阻水的作用；同時，覆土種植后，屋面可以免受夏季陽光的暴曬從而顯著降低屋面溫度，避免和減緩剛性防水層干縮開裂、柔性防水層和涂膜防水層老化。因此，只要處理得當，屋面綠化不僅不會對屋面的抗?jié)B防漏造成不利，反而會承擔起保護屋面防水層、延長其使用壽命和增強屋面防水性能的作用。

　　三、探尋節(jié)能的綠色建筑材料

　　建筑外維護結構的保溫隔熱性能直接關系到室內(nèi)環(huán)境的熱穩(wěn)定性和舒適性，對降低建筑能耗起著至關重要的作用。國內(nèi)目前通行的做法是在外維護結構完成后再在上面附加保溫層，以改善熱工性能。這種方法雖然可以達到一定的效果，但各種高效保溫材料價格不菲，而且其生產(chǎn)加工過程也會大量消耗各種能源。因此，建筑節(jié)能不應當只著眼于建筑建成后在使用過程中的能耗，還應當從整體系統(tǒng)的觀念出發(fā)，關注建筑全壽命周期的能源消耗。從這個角度出發(fā)，建筑材料就不但要有出色的保溫隔熱性能，其加工生產(chǎn)過程也應當簡單易行，節(jié)省能源。位于美國加州霍普蘭德山谷中的太陽生活中心(Real Goods Solar Living Center，Hopland，California)創(chuàng)造性地利用稻草垛作為墻體材料。其具體做法是先將稻草加壓打捆，再把它們砌成墻體，然后在墻體上噴涂一種8～10 cm的土質護面灰來代替水泥砂漿。完成后的墻體不但具有良好的保溫隔熱性能，而且兼有較強的防火性，并且無毒無害。無獨有偶，美國建筑師塞繆爾·默克比(Samuel Mockbee)設計的布賴恩特(Bryant)住宅也采用了類似的墻體做法，只是具體構造略有不同。需要指出的是，這棟面積為79m2的住宅是建筑師無償為美國阿拉巴馬州黑爾縣的一對貧困黑人夫婦而設計的，項目經(jīng)費全部靠募捐籌集，十分有限。建成后的布賴恩特住宅在各方面都達到了設計要求，并深受使用者的喜愛，他們給這座房子起了一個有趣的綽號——“干草捆住宅”。

　　實踐表明，這種使用農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品作為建材的方法可以使多方受益：農(nóng)民因出賣稻草獲利，建造方可以減少材料造價，節(jié)省建材能源開支，燃燒秸稈所產(chǎn)生的溫室氣體也大大減少。由此可見，創(chuàng)造性地采用新型建材往往可以變廢為寶，減少污染和能源浪費，從而達到一舉多得的效果。新型建材的思路可以是廢物的升級利用，當然也可以是科學上的合成，但如果加工處理過程中的能源消耗過大，或工藝過于復雜，也會得不償失，這一點應當引起注意。

　　四、充分利用太陽能資源

　　太陽能作為一種天然的潔凈能源，也是居住建筑設計上廣泛推廣的節(jié)能設計之一。從近年來的能源使用和發(fā)展情況來看，煤、電、油的供應緊張已經(jīng)不容忽視，太陽能應該由“補充能源”向“替代能源”發(fā)展。特別是太陽能熱水器經(jīng)過20年的發(fā)展，產(chǎn)品的生產(chǎn)研發(fā)技術日臻成熟，越來越受到消費者的青睞。另外，從使用效果和居衛(wèi)的淋浴費用和投資回收周期來看， 太陽能熱水器也具有較大的成本優(yōu)勢。然而由于各方面原因，目前太陽能熱水器仍以一家一戶的零散安裝使用方法為主，存在破壞建筑結構、熱水溫度不穩(wěn)定等因素。要解決這些問題就必須將太陽能利用裝置納入到建筑設計規(guī)范當中，在設計時將太陽能熱水器設備納入到建筑設計之中預留太陽能設置位置，特別是在廚房衛(wèi)生間內(nèi)。如果太陽能熱水器能夠充分加以推廣應用，就可以大大節(jié)省常規(guī)能源，也是建筑節(jié)能的發(fā)展方向。

　　五、小區(qū)總平面的環(huán)境設計

　　經(jīng)驗表明，建筑單體的居住舒適度和建筑的環(huán)境有很大的關系。位于城市中心區(qū)的居住小區(qū)由于周圍樓房林立，加之中心區(qū)的地價高，開發(fā)商為了保證必要的利潤，小區(qū)內(nèi)建筑的密度也大，因而我市中心區(qū)的幾個居住小區(qū)，與城市邊緣區(qū)的幾個居住小區(qū)比較，夏季不僅室外氣溫要高(1℃～2℃)而且無風悶熱。即使是同在市中心區(qū)，對環(huán)境設計的重視程度不同也可造成居住環(huán)境的差別，例如，某小區(qū)，雖也位于市中心區(qū)，但在拆遷征地時，對原有樹木進行了保護，并在規(guī)劃時合理保留了許多水面（該處原有許多水塘），小區(qū)建成后，很多保留的參天古樹，起到了很好的遮陽效果。一株上百年的大樹的樹冠比面積百倍于其他開發(fā)區(qū)新栽小樹。

　　六、總結

　　當今在世界范圍內(nèi)，以大量消耗原材料和能源為特征的傳統(tǒng)經(jīng)濟正在逐漸失去昔日的榮耀，由資源依賴型轉向創(chuàng)新驅動型，真正實現(xiàn)經(jīng)濟增長方式的轉變，已成為正處于快速城鎮(zhèn)化、工業(yè)化和機動化的中國經(jīng)濟發(fā)展面臨的非常迫切的重大戰(zhàn)略選擇。而建筑作為一個完整的系統(tǒng)，如何實現(xiàn)高效率地利用資源，最低限度造成對環(huán)境的影響是節(jié)約能源的重要環(huán)節(jié)?？傊?，只要按照節(jié)能新標準嚴格把好節(jié)能設計關，監(jiān)督好施工節(jié)能用材關，就能有效提高居住建筑節(jié)能效率，降低建筑能源耗費，節(jié)約居家生活成本，為住戶打造真正的環(huán)保節(jié)能、舒適、健康、方便的高品質住宅，為國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。有效地節(jié)約土地和能源，是中國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。將建筑熱工技術與恰當應用新材料、新構造相結合，搞好節(jié)能建筑設計和施工，促進建筑節(jié)能和利用自然能的進一步發(fā)展和建筑熱功能的進一步改善，是我國建筑工作者進人21世紀的重要任務。