嚴寒地區既有建筑近零能耗改造材料研究

劉泋彤 寧宇

（吉林建筑科技學院）

隨著全球能源消耗和環境污染的日益加劇，建筑節能已經成為國際社會普遍關注的問題。特別是在嚴寒地區，建筑的供暖和保溫成為了能源消耗的主要來源，給環境和人民的生活帶來了巨大的負面影響。因此，如何提高建筑節能性能，降低能源消耗，已成為嚴寒地區建筑領域面臨的一個重要挑戰。本研究將重點探討嚴寒地區既有公共建筑近零能耗改造材料的研究，旨在通過實驗研究和數據分析，評價不同材料在節能改造中的作用和效果，為嚴寒地區既有公共建筑的節能改造提供實用的指導和建議。

1 嚴寒地區既有公共建筑近零能耗改造的現狀和挑戰

嚴寒地區的既有公共建筑由于設計和施工年代早、結構老舊、隔熱性能差、供暖方式落后等原因，能耗較高，成為節能改造亟待解決的問題。另外，嚴寒地區在冬季氣溫低、采暖季長，加之能源供應緊張，導致公共建筑的供暖和保溫成為了能源消耗的主要來源。因此，既有公共建筑近零能耗改造在嚴寒地區面臨著一系列的挑戰和難點。嚴寒地區的既有公共建筑大多由于設計和施工年代較早，其建筑結構和技術條件可能存在一定的限制，加之建筑使用功能多樣，改造難度大，需要采用多種技術手段和材料來解決。在材料的選擇方面面臨著較大的難度，嚴寒地區的氣候條件惡劣，溫差大、濕度高、風力大，建筑材料的選擇對于節能效果具有關鍵性的影響，需要考慮不同材料的性能、適應性和經濟性等多個因素。為了達到近零能耗的標準，需要進行全方位的改造，所需的資金投入較大，且需要考慮投資回報周期等因素。嚴寒地區既有公共建筑近零能耗改造的現狀和挑戰十分復雜，需要多方面的技術和資源支持，并進行深入研究和探索[1]。

2 既有公共建筑近零能耗改造的研究方法

嚴寒地區的公共建筑近零能耗改造需要綜合考慮多個因素，選擇適合嚴寒氣候的節能保溫材料和設備，進行合理的設計和施工，同時采用智能化管理系統，實現能源管理的精細化和智能化，提高能源利用效率，降低能源消耗和環境污染。

2.1建筑材料科學應用促進公共建筑近零能耗

隨著新建建筑節能標準的出臺及既有建筑節能改造措施的執行，我國的建筑節能產業得到迅猛發展。其中，高科技建筑材料的應用是促進我國建筑節能綠色發展的重要方式。夯實透節能產業研究院調研數據顯示:2017 年至2022 年間，我國建筑節能材料市場規模翻倍增長，見圖1。

“雙碳”形勢下，我國倡導可持續發展、綠色節能、低碳環保、循環經濟的科技環保營造概念。夯實透節能產業研究院使用大數據分析法，對2023 年至2029 年建筑節能材料的市場規模做出了預測分析，預計2029 年節能材料是市場份額較2023年增漲將超過50%,見圖2。

圖2 2023～2029年中國建筑節能材料行業市場規模預測

2.2 公共建筑近零能耗改造的材料篩選和測試方法

公共建筑近零能耗改造的材料篩選和測試方法需要綜合考慮多個因素，從可持續性和環保性出發，選擇符合標準和規范的材料，同時開展一系列的測試和試驗，評估材料的性能表現和改造效果。公共建筑近零能耗改造的材料篩選和測試方法需要科學系統的對比分析，材料篩選上宜選擇適合公共建筑改造的材料，需要綜合考慮其熱傳導系數、密度、抗壓強度、防火性、耐久性等多個因素。建議從可持續性和環保性角度出發，選擇符合相關標準和規范的材料。為了評估材料在近零能耗改造中的性能表現，需要開展一系列的測試，包括熱傳導系數、熱容量、熱膨脹系數、防火性、密度、抗壓強度等方面的測試[2]。為了評估材料在實際改造中的效果，需要在實際工程項目中進行試驗，并進行效果評估。例如，在改造前后對能耗、溫度、濕度等指標進行對比分析，以及對改造后的舒適度和環保性進行評估。成本效益評估同樣是重要的一環，在選擇材料時，需要綜合考慮其成本效益，評估其改造后的能源節約、使用壽命和維護成本等因素。此外，還需要考慮材料的可獲得性、安裝和維護難度等因素。

2.3公共建筑近零能耗改造的材料應用方案設計

在公共建筑近零能耗改造設計中，首要確定的是建筑使用性質，不同用途的公共建筑需要考慮不同的舒適性和功能需求。我國現有節能計算體系分為公共建筑設計標準和居住建筑設計標準，不同性質的建筑計算標準不同，居住建筑的設計標準更高。同時，公共建筑所處的氣候條件對材料的選擇和設計有很大影響。例如，嚴寒地區長春市的公共建筑需要考慮冬季的保溫問題，而炎熱地區廣州市的公共建筑相對來說需要考慮夏季的隔熱問題。不同類型的公共建筑的結構特點不同，需要選擇適合的保溫材料和構造方式。例如，鋼結構建筑和混凝土結構建筑的保溫材料和施工方法不同。公共建筑的近零能耗改造更需要注重環保和可持續性，選擇符合環保標準的材料和設備，考慮材料的可再生性、循環利用性和廢棄物處理等問題。在進行材料應用方案設計時，需要考慮以上因素，選擇符合要求的材料和構造方式，并進行合理的設計和施工。例如，在保溫材料的選擇上，可以采用巖棉、玻璃棉等環保保溫材料，同時結合建筑結構和氣候條件，采用外保溫、內保溫、夾層保溫等不同構造方式，實現保溫效果最大化。在門窗改造上，可以選擇高效節能的雙層中空玻璃、框框斷熱鋁合金門窗等，減少能量損失和室內外溫差。在供暖系統改造上，可以選擇空氣源熱泵、地源熱泵等節能設備，并優化管道布局和管道絕熱，減少能量損失。在照明和電器設備改造上，可以選擇節能燈具、高效節能電器設備等，同時開展能耗監測和管理，減少不必要的能量浪費?？傊?，公共建筑近零能耗改造的材料應用方案設計需要綜合考慮多個因素，選擇適合的材料和設備，進行合理的設計和施工，實現能源。

3 建筑節能材料研究與應用實例

建筑節能材料是指在建筑物中使用的材料，可以有效降低能源消耗并提高建筑的能效。它們在建筑設計和施工過程中發揮著重要的作用，可以減少能源消耗和環境污染。常見的建筑節能材料包括：保溫材料、隔音材料、透光材料、新型墻體材料、新型屋頂材料等。這些材料在建筑物的墻體、屋頂、地面等部位中廣泛應用[3]。

“鳥巢"等奧運場館對于建材的使用有著很高要求。首先是環保，比如建材所用的發泡劑要對臭氧層無任何危害;其次是保溫，需符合建筑節能整體達到65%的國家標準;第三，作為建筑保溫材料,還要具備優良的阻燃性、抗壓強度、尺寸穩定性等。在這樣的前提下，“鳥巢"看臺內墻墻體所需的保溫材料中,超過2/3 都選用了聚氨酯現場噴涂干掛外飾面系統,只需30mm 的厚度即可滿足相關要求[4-5]。聚氨酯現場噴涂干掛外飾面系統是全球通用的聚氨酯硬泡外墻保溫體系。它利用聚氨酯現場成型快、自粘接力強的特點,直接在建筑外墻上進行噴涂成型。這種工藝已經在歐洲、北美以及我國干掛外飾面的建筑上廣泛使用，可對各種建筑進行保溫施工。保溫材料與基墻全粘貼,整體保溫的效果優異,系統安全可靠。據悉,除了“鳥巢”看臺的內側墻壁外,奧林匹克公園地下休閑中心的屋項保溫材料也有50%以上采用聚氨酯硬泡外墻保溫體系,產品用量在150t 左右。該飾面系統的節能保溫材料與傳統產品的主要區別在于，它使用的發泡劑是環保的HFC-245fa 和水。相對于國內普遍使用的HCFC-141b 發泡劑體系，其保溫體系對大氣臭氧層沒有危害[6]。該成果攻克了產品的高溫高尺寸穩定性這一技術瓶頸。

4 建筑節能材料實驗和數據分析

建筑節能材料的實驗和數據分析是評估這些材料性能的重要步驟，它可以提供建筑節能材料的技術參數，為材料的使用和優化提供依據。建筑節能材料實驗和數據分析的一般步驟包括:設計實驗方案、實驗數據采集、數據處理和分析、結果評價和優化設計。建筑節能材料實驗結果數據分析和解釋是評估材料性能的重要步驟，它可以幫助我們了解建筑節能材料的性能特點，從而為材料的使用和優化提供依據。建筑節能材料實驗結果數據分析和解釋要經過多個科學步驟。①數據清洗和篩選：將采集的實驗數據進行清洗和篩選，去除異常數據和不符合要求的數據；②數據統計和描述性分析：對清洗后的數據進行統計和描述性分析，計算數據的均值、方差、標準差、中位數等指標，描述建筑節能材料性能的特點；③數據可視化和探索性分析：通過數據可視化工具，如圖表、散點圖、箱線圖等，探索數據之間的關系和規律，如變量之間的相關性、分布情況等[7]；④統計檢驗和假設驗證：通過統計檢驗方法，驗證實驗數據的假設，如兩組數據之間是否存在差異，是否滿足正態分布假設等；⑤結果解釋和討論：根據實驗數據分析的結果，對建筑節能材料的性能進行解釋和討論，分析其優點和不足，并提出改進建議。在建筑節能材料實驗結果數據分析和解釋中，需要注意數據分析方法的選擇和合理性，確保數據分析的可靠性和有效性。同時，需要將數據分析的結果與實際應用場景相結合，從而更好地評估建筑節能材料的性能和應用效果[8]。

5 既有公共建筑近零能耗改造的可行性和實際意義

既有公共建筑近零能耗改造的可行性和實際意義非常重要，既有公共建筑在全球能源消耗中占據了相當大的比例，其能耗水平也是日益增長，同時其能源利用率和環境友好性也較低，因此實現既有公共建筑的近零能耗改造對于全球能源可持續發展具有重要的實際意義。既有公共建筑近零能耗改造的可行性，一方面取決于改造技術的成熟度和可行性，另一方面取決于改造的經濟成本和社會效益。隨著技術的不斷發展和成熟，現有建筑物的節能改造已經成為可能，各種節能技術和設備已經應用于建筑節能改造，例如墻體、屋頂、地面隔熱材料，高效照明、供暖、通風系統等。同時，政府、企業和社會團體也已經開始推廣和支持既有公共建筑的節能改造工作。既有公共建筑近零能耗改造的實際意義，一方面是可以降低能源消耗和環境污染，另一方面是可以提高建筑物的使用效率和舒適性。在能源消耗方面，近零能耗改造可以顯著降低建筑物的能源消耗，減少對能源的依賴，降低能源成本，同時也可以降低對環境的影響，減少溫室氣體的排放，保護生態環境。

6 結語

在嚴寒地區，既有公共建筑的能耗問題尤為突出，如何通過改造降低能耗成為亟待解決的問題。目前，隨著科技的發展和材料的更新換代，越來越多的新型節能材料適用于嚴寒地區既有公共建筑的近零能耗改造，其發展前景也非常廣闊。未來將有越來越多的新型節能材料應用于嚴寒地區的建筑節能改造，從而實現能源可持續發展和環境保護的目標。