節能環保新型建筑材料的研究與應用

謝秀娟，丁艷

(安徽礦業職業技術學院，安徽 淮北 235000）

0 引言

建筑節能主要從節能技術和節能材料兩個方面入手。 節能技術主要是提高墻體、門窗、地面及屋面等圍護結構的氣密性以防熱量的擴散。 而環保節能材料在建筑節能中占據的分量很大， 環保節能建筑材料研發與應用在節能的目的下還應考慮環保性，堅持以下原則：①變廢為寶的原則；②生產環節注意環保與節能的原則； ③多功能化產品設計原則；④循環使用原則。

1 節能環保建筑材料的原理

1.1 阻隔型

1.1.1 聚合物類

以聚氨酯、酚醛樹脂、聚苯乙烯、聚亞安酯等聚合物顆粒與其他配料制作而成，利用聚合物的低導熱性達到保溫效果。 如：擠塑板、聚苯板、聚氨酯泡沫塑料、酚醛保溫板、聚苯乙烯泡沫板等。

1.1.2 高孔隙率類

因為氣體的熱導率較低，所以較為經濟、環保的方法就是增強材料的孔隙率達到節能效果?；痉椒ㄓ幸韵聨追N： ①加入發泡劑制作保溫材料，如發泡水泥板、加氣混凝土砌塊、泡沫玻璃等；②加入多孔性骨料，如陶?；炷疗鰤K、加入膨脹?；⒅橹瞥墒酂o機保溫砂漿等；③空心磚；④中空玻璃；⑤氣溶膠材料，氣溶膠是一種以納米級超微顆粒聚集形成的多孔網絡結構且充滿氣態分散介質的輕質納米固態材料。 最常見的為SiO2氣溶膠，其導熱系數比空氣低, 可達到0.013～0.016 W/(m·K)，即使在高溫下導熱系數也很低， 如，800 ℃時導熱系數為0.043 W/(m·K),高溫不分解，無有害氣體放出，是一種節能環保型材料。

1.1.3 真空型

常見真空型節能材料有真空玻璃和真空絕熱板等。 與中空玻璃相比，真空玻璃的兩片平板玻璃間隙為真空，且至少有一片是低輻射玻璃，這樣就把熱的三種傳導途徑隔斷，其傳熱系數比中空玻璃還要低于15%以上[1]。 真空絕熱板內的芯材被抽真空后密封， 傳熱系數小于普通絕熱材料的1/10，從而使墻體的厚度相應的減少。

1.1.4 隔熱斷橋鋁型材

門窗節能主要是使用鋁木復合門窗、斷橋隔熱鋁合金門窗、塑鋼門窗，其中斷橋隔熱鋁合金門窗應用最為廣泛。所謂隔熱斷橋鋁合金就是在內外兩層鋁材的中間添加硬塑隔熱條進行拼裝而成的復合型材，具有良好的隔熱保溫作用。層數越多，厚度越大，隔音保溫效果越好。

1.2 熱反射型

利用金屬或金屬氧化物對光線的高反射性達成絕熱效果，如熱反射隔熱涂料可以減少建筑物和構筑物的熱荷載，降低太陽輻射熱造成的建筑物內部溫度上升，節約空調費用。 熱反射隔熱涂料的使用應選擇高反射、防水性好、抗紫外性能良好的產品。以氧化鋁處理后的真空樹脂球體成型于涂膜中可使涂料的熱反射率高達95%，具有獨特的優勢。熱反射玻璃又稱陽光控制鍍膜玻璃，表面鍍鐵、錫、鈦等金屬或金屬氧化物，對輻射熱具有較高的反射率，遮光隔熱性能好，具有單向透視性，可調節室內的工作環境，具有一定的抗干擾能力[2]。

1.3 熱輻射型

1.3.1 輻射熱阻隔薄型涂料

輻射型材料主要是靠通過輻射的形式把建筑物吸收的日照熱量以一定的波長發射到空氣中，阻擋了熱能的傳遞，減少了建筑的得熱量，從而達到良好的隔熱節能的效果。 與反射型、阻隔型只能減緩熱量傳遞的特點相比具有明顯優勢[3]。 輻射熱阻隔薄型涂料采用具有“受激輻射”特性的金屬氧化物微晶體作為主要材料，結合特種高分子聚合物作為成膜物質， 形成具有受激輻射特征的功能型涂料。 輻射熱阻隔薄型涂料的主要特點在于：①熱輻射響應的波段寬，在典型的建筑內外環境中的熱源溫度（26～60 ℃）范圍內，均具有熱輻射響應能力，并不受涂層表面顏色的限制和影響。②“受激輻射”材料能使涂料表面形成低溫層， 可以減少得熱、阻隔熱量[4]。

1.3.2 低輻射玻璃

LOW-E 膜層中鍍有銀層，銀可將98%以上的遠紅外熱輻射反射出去，從而直接反射熱量。 遮陽系數為0.2～0.7， 可根據需要調控進入室內的太陽直接輻射能，屬于功能性玻璃。

1.4 納米微膠囊相變材料

相變材料PCM 在相變過程中具有相當大的潛熱，是一種新型儲能材料[5]。把相變材料與建材基體結合形成復合相變建材， 如將PCM 與建筑材料混合或將PCM 密封后分散于建筑材料中, 以復合相變建材的高熱容來穩定房間內的氣溫從而而達到節能效果。 以相變材料為芯材，有機或無機材料為殼層的膠囊結構可維持相變材料形狀并用來阻止其相轉變過程的泄漏，顆粒越小壁越薄，相變材料的熱傳遞和使用效率越高，因此出現微米、納米尺度的微膠囊相變材料(MEPCM)和納米膠囊相變材料(NEPCM)[6]。

2 節能環保建筑材料的應用形式

2.1 板材類

2.1.1 真空絕熱板

真空絕熱板是目前最有推廣價值的節能保溫材料， 其中STP 真空絕熱板采用了無機纖維芯材與高阻氣薄膜通過抽真空封裝技術，使得該材料的強度與保溫性得到提升， 其導熱系數為0.006 7 W/（m·K），達到普通保溫材料的1/10。STP 真空絕熱板具有板體超薄、保溫性能好、A1 級防火、耐久不老化、綠色環保和施工方便等優點。

2.1.2 聚苯乙烯保溫板

聚苯乙烯保溫板的材質主要分為兩種：①擠塑板（XPS）；②模塑板（EPS）。 由于導熱系數較低且容重小，廣泛應用于建筑物墻體的保溫，但近年來以XPS 為代表的有機保溫材料是火災的“幫兇”，日漸被業內人士呼吁禁止。 近年來出現的“復合保溫鋼筋焊接網架混凝土剪力墻結構”（以下簡稱CL 建筑體系)有力彌補了聚苯乙烯保溫板的可燃性能缺陷。CL 建筑體系從內到外包括承重混凝土墻體+ 鋼筋網架板（兩側鋼絲網片內夾保溫板）+ 構造混凝土墻體（保溫板保護層）等，適合嚴寒地區、有保溫、 阻熱和隔聲等要求的抗震地區以及非抗震地區的住宅小區和公共基礎設施建筑[7]。

2.2 保溫砂漿

保溫砂漿分為有機砂漿、無機砂漿、復合砂漿三種。

有機砂漿以BH 膠粉聚苯顆粒、EPG 膠粉為主要構成材料的聚合物砂漿，該材料在現場加水攪拌即可使用，重量輕、強度高、施工方便、保溫效果好，適合多種外墻保溫工程。 膠粉聚苯顆粒攪拌過程中體積收縮率大，易造成產品后期強度低和空鼓開裂，保溫性能降低等現象。

無機砂漿以膨脹?；⒅楸馗魺嵘皾{為代表。膨脹?；⒅楸馗魺嵘皾{由膨脹?；⒅榕c膨脹?；⒅楸啬z粉料按照一定的比例攪拌均勻混合形成，是一種新型無機保溫砂漿材料，具有施工方便、綜合性能好等特點，有著良好的應用前景。另外還有一種主要用于內墻保溫的石膏無機保溫砂漿，以石膏、?；⒅?、粘結劑、玻纖網格布為材料配制而成，具有良好的抗裂性能，施工方便。

復合絕熱砂漿主要有復合硅酸鋁保溫砂漿，由于該砂漿含有纖維狀硅酸鹽材料， 孔隙率較高，因此具有保溫性能好、強度高等特點。

2.3 隔熱涂料

目前常見的保溫隔熱涂料根據工作機理的不同，可分為阻隔型、反射型、輻射型、混合型四種。阻隔型保溫隔熱涂料有氣凝膠涂料、 空心玻璃微珠、硅藻土粉等。 反射型保溫隔熱涂料所用高反射率、高氣孔率、低導熱系數的隔熱顏填料金屬氧化物有鈦白粉、氧化鋅等。 輻射型保溫隔熱涂料通常采用具有高熱發射率的金屬氧化物等作為功能填料，如二氧化錳、氧化鐵、氧化銅的尖晶石型物質。

2.4 墻體節能結構材料

現已推廣使用的種類有加氣混凝土磚塊、聚苯乙烯混凝土空心磚、陶?；炷量招拇u、EPS 磚塊、混凝土空心磚、模網混凝土等。 其中墻體結構承重材料以加氣混凝土砌塊或粉煤灰磚（砌塊）為主，非承重墻多用空心磚。

2.5 玻璃類

節能玻璃主要有四種形式：泡沫玻璃、熱反射玻璃、 低輻射玻璃、中空玻璃。 泡沫玻璃是以工業廢棄物、發泡劑、添加劑經過高溫熔化后發泡、退火形成的輕質材料，能達到隔熱、保溫、吸音等效果。熱反射玻璃主要用來制成中空玻璃或夾層玻璃窗，應用于夏熱冬暖的地區。低輻射玻璃根據不同類型分為高透型LOW-E 玻璃（適合寒冷的北方地區）、遮陽型LOW-E 玻璃（南北地區都適用）和雙銀型LOW-E 玻璃。 LOW-E 真空玻璃使用活性納米銀層，使用年限可達50年以上。中空玻璃的玻片之間存在干燥的氣體，具有良好的的保溫、隔音功效，在成本上又比真空玻璃要低，所以中空玻璃應用較為廣泛。

3 節能環保建筑材料的發展趨勢

雖然節能環保材料種類繁多但能夠同時滿足節能、強度、阻燃等要求的材料還沒有出現。因上海市發生的保溫墻體火災，有的地區已停止使用外墻外保溫系統及保溫裝飾板。真空板發展前景較好但其工藝復雜，所以研究開發高性價比的節能環保材料是當務之急。