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绝热节能环保材料在建筑工程中的运用发展

来源:原创论文网 添加时间:2021-01-08

  摘    要: 随着我国对节能环保理念的不断深化,建筑工程作为耗能较大的行业,研究其材料的节能环保将有助于降低整个建筑工程的能耗。由于建筑工程中墙体保温效果较差,就会造成大量的能耗损失,于是文章将主要研究绝热节能环保材料在建筑工程中的应用和发展前景。通过文章的分析,在建筑工程中使用绝热节能环保材料具有很好的应用效果,能够达到良好的保温效果,并且消耗能源较小,对环境的危害极小。由于绝热节能环保材料的优势较多,就会具有很好的市场前景,且该材料的市场规模在不断上升,预计到2022年,绝热节能环保材料的性能将会更加优异,其在建筑工程中将会具有更好的应用效果,该材料的市场规模将会达到1759亿元。

  关键词: 建筑工程; 绝热节能环保材料; 应用; 发展;

  Abstract: With the continuous deepening of the concept of energy conservation and environmental protection in China,as a large energy-consuming industry,research on the energy conservation and environmental protection of its materials will help reduce the energy consumption of the entire construction project.Due to the poor wall insulation effect in construction,it will cause a lot of energy loss,so the paper will mainly study the application and development prospects of thermal insulation,energy saving and environmental protection materials in construction engineering.Through the analysis of the paper,the use of heat-insulating,energy-saving and environmentally friendly materials in construction projects has a good application effect,can achieve good thermal insulation effects,and consumes less energy,and has little harm to the environment.Due to the many advantages of thermal insulation energy-saving and environmental protection materials,it will have a good market prospect,and the market scale of this material is rising.It is expected that by2022,the performance of thermal insulation and energy-saving environmental protection materials will be more excellent.It will have better application effect,and the market scale of this material will reach 175.9 billion yuan.

  Keyword: construction engineering; thermal insulation; energy saving and environmental protection materials; application; development;

  根据《中国建筑节能年度发展研究报告2020》,其中显示了2018年我国民用建筑耗能高达5.2亿tce,大约占全国能耗的11%。民用建筑中城镇住宅和公共建筑分别占42%和44%。从2001年开始至2018年,我国建筑能耗在不断上升,如果不对其采取相关措施,今后的建筑能耗将会更高。2015年我国已经开始重视建筑节能,在建筑过程中使用各种节能材料,最后建筑节能100%[1,2]。今后,我国还需加大建筑节能的力度,大力推广低碳、绿色、环保建筑的新型建筑材料。
 

绝热节能环保材料在建筑工程中的运用发展
 

  建筑墙体保温属于当前建筑工程中重要的节能方式,在建筑工程的墙体能耗损失达到50%,但是外墙保温普及率却非常少,所以今后墙体保温材料将会具有更加广泛的应用[3,4]。如今,建筑绝热节能环保材料对建筑工程非常重要,能够使得建筑工程具有可持续发展,并且是实现节能减排、绿色环保的关键材料[5]。于是文章将对绝热节能环保材料应用于建筑工程中进行分析,并对其发展前景进行研究,主要目的在于提高建筑工程的节能环保作用。

  1 、绝热节能环保材料在建筑工程中的应用

  在建筑工程中需要重视保温墙体,从而可以大大降低能源消耗,绝热节能环保材料的种类比较多,本文将列举一种绝热节能环保材料在建筑墙体中应用,该材料为纸纤维素,因为该材料的性能优异,能够应用于建筑墙体中起到保温绝热的作用,并且该材料还具有环保的特性。于是接下来将对其优势和墙体应用进行分析。

  1.1、 纸纤维素在建筑工程中的应用

  1.1.1、 纸纤维素的优势

  纸纤维素早在1893年就已经被提出,当时还申请了将其作为保温绝热材料的专利,随着对纸纤维素的不断了解和应用,其生产量越来越多,并且能够在建筑工程墙体中发挥重要作用[6,7]。其主要优势有以下几点:

  1)热学性能稳定。纸纤维素属于一种热学性能非常稳定的材料,当温度和密度存在较大差异时,对其导热系数和热阻的影响会很小,比如,当密度为24kg/m3时,其导热系数为0.035W/m K,而当密度为55kg/m3时,其导热系数为0.036W/m K。但是另外一种玻璃棉材料当密度存在较大差异时,其导热系数也会发生较大的变化。另外,当温度存在较大幅度变化时,比如在-20℃~70℃时,其导热系数基本保持不变,而另外一种材料玻璃棉在寒冷冬天时,其导热系数会降低一半。所以纸纤维素的热学性能非常稳定。

  2)低能耗。将各种报纸进行回收之后,对其经过一系列的加工处理,比如破碎、阻燃、防水等,就可以将其进行使用。在这个加工过程中会消耗很少的能源,而且还不会有二氧化碳产生。而其他的保温绝热材料在制作时会消耗大量的能量。所以纸纤维素具有很好的低能耗优势。

  3)可回收利用。一般的保温材料只能使用一次,而新闻用纸可以对其使用7次,从而对其进行回收可以达到循环利用的效果。

  4)防火性能好。根据英国的相关指标表明,防火墙可以分为3个类别,分别为15min、30min和60min。其他材料的防火墙很难达到60min中的等级,玻璃棉防火墙等级为15min,而对纸纤维素进行实验研究表明其防火等级为60min。所以纸纤维素具有很好的防火性能,将其用于建筑工程墙体中能不仅能够起到保温的作用,而且还能够起到防火的作用。

  1.1.2 、纸纤维素的应用

  对废纸进行回收,将其作为纸纤维素的原材料,不仅能够降低对环境的污染,而且不会对人类的健康造成威胁,并且使用纸纤维素之后也不会造成任何的环境问题,所以将纸纤维素作为保温绝热材料应用于建筑工程中将会有很好的环保节能效果。当前,纸纤维素可以用于楼阁和木框架结构中,下面将会其应用进行分析,主要分析安装和使用技术。

  1)阁楼安装。将纸纤维素应用于阁楼中其安装方式为先将该材料半压缩打包,其密度范围在150~200kg/m3,在进行安装时需要将该材料放到相关的鼓风设备中,然后将纸纤维素吹到阁楼底部。使用鼓风机的目的在于将纸纤维素吹散然后吹到阁楼底部,于是吹出去之后的密度就会变小,大致在24kg/m3±15%,其导热系数为0.035W/m K。纸纤维素吹到阁楼底部之后,不需要使用加入胶粘剂和水,其处于干燥状态。

  2)墙空穴安装。进行墙空穴安装时可以使用“Turfill”系统,这种方式的工作原理就是对纸纤维素施加压力,使其吹到墙上面的空穴中,纤维的密度大致设置在55kg/m3。如果是将纸纤维素应用于预制装配的建筑中,能够使用另外一种方式进行安装,即湿法喷涂技术,这种方式就是将纸纤维素打湿,然后将其吹入壁骨材料之间的外木质面板的内测,这种安装方式需要使用到胶粘剂和水,使其能够与墙板进行结合为一个整体。最后需要对内墙板进行固定,但是在这之前需要将纸纤维素刮平,然后再进行墙板固定。

  3)热屋顶安装。在进行热屋顶安装时,如果屋顶属于木质结构,对于其空穴保温系统,可以使用2种方式进行安装,第1种为直接把纸纤维素吹到空穴中,第2种为使用湿喷的方式。不管使用何种方式,都需要将吹到屋顶空穴中的纸纤维素的密度设置在45~55kg/m3,另外其导热系数设置为0.036W/m K。

  4)预制板填充。预制板填充过程中,可以使用“自动填充”系统,该系统与湿喷技术相似,将纸纤维素吹入到预制木结构单元中后,使用薄膜将框架进行密封,从而可以防止预制结构在运输或者安装过程中受到湿气的影响。

  纸纤维素作为绝热环保节能材料已经有几十年的发展,但是全世界对其应用还不够多。随着人们更加重视环保节能、健康和防火安全等,纸纤维素将会有更大的发展空间。纸纤维素在欧美国家使用较为频繁,但是我国对纸纤维素的应用很少,因为我国的建筑与国外建筑特点不同,纸纤维素更合适于国外建筑;另外,相比于欧美,我国对建筑节能的研究比较晚,其中缺乏自主创新能力,不能很好的对纸纤维素进行利用。但是随着我国在建筑节能材料上的不断研究与创新,纸纤维素将会作为保温绝热的良好材料。

  1.2 、植物纤维保温材料在建筑工程中的应用

  我国作为农业大国,每年会有大量的秸秆产生,这些秸秆很多情况下会将其直接焚烧,但是这种方式不仅会浪费材料,还会造成空气污染,将其作为植物纤维保温材料能够较好的解决秸秆利用问题,从而可以减少浪费,而且还符合我国建设节约型社会的发展要求[8]。当前,将秸秆作为植物纤维保温材料还处于发展阶段,利用植物纤维保温材料具有环保、节能、废旧回收利用等优势,于是在当今社会中具有广泛的应用和发展前景。文章将其应用于建筑工程中进行研究,其具体应用方面如下所示。

  1)之前我国使用过粘土砖,然而这种砖不利于节能环保,造成大量的粘土缺失,于是国家禁止的该砖的生产。自从植物纤维保温墙体材料的出现,其具有很好的性能,而且也有比较好的实用性,其性能与粘土砖比较类似,舒适性更高,于是可以将其替代粘土砖应用于建筑工程中具有更好的应用效果。

  2)植物纤维保温墙体材料能够改变建筑模式的基础构建。在寒冷地区,由于温度过低不能进行施工,对于工期长的建筑工程,需要使用跨年度施工的模式,然而这种施工方式不仅会造成施工质量不能有保证,而且还会增加建造成本和能源消耗。通过使用植物纤维墙体材料,能够改变这种落后的施工模式。植物纤维保温墙板的制作方式是是首先制图,然后根据图纸进行拼装,完成砌体和保温的全部工作。

  3)在建筑工程中使用植物纤维保温墙体能够实现建材生产低耗高产。通过相关研究可知,每平方米的植物纤维外墙保温板耗水为1.5L,耗电为0.142k W,大致成本为1元,另外使用燃料不到1g。所以相对于其他保温材料,植物纤维保温材料的耗能非常低,并且相比于厚度为370mm的粘土砖墙,规格为200mm厚的植物纤维保温墙体的保温系数为其4倍,而其能耗降低了4倍,成本也降低了4倍,从而每年可以节约大量的能源和费用。

  2 、建筑工程中绝热节能环保材料的发展现状

  2.1 、绝热节能环保材料现状

  当前,我国建筑工程中绝热节能环保材料中聚苯板、聚氨酯的占比大约为70%和10%,另外无机和酚醛等保温材料占20%。表1即为3年中我国各种绝缘节能材料的产量。从表中可以看出,2016年我国的绝热保温材料有所上升,其中大部分材料应用于建筑保温隔热方面。当前,我国对保温材料的需要最多,其需求量大致占全世界保温材料市场的35%。

  表1 我国各种绝热节能材料产量
表1 我国各种绝热节能材料产量
表1 我国各种绝热节能材料产量

  2.2 、建筑行业中绝热节能环保材料的市场规模

  绝热节能环保材料具有很快的发展,其市场规模在不断上升,2010年市场规模为250.7亿元,2016年就已经上升了几倍,市场规模为804.6亿元,其复合增长率在21.45%左右。按照这种发展趋势,到2022年,我国绝热节能环保材料可以到达1759亿元,图1即为2017~2022年我国绝热节能环保材料的预测值。总之,随着社会的发展,建筑行业中绝热节能环保材料的市场规模在不断上升。

  图1 中国绝热节能环保材料行业市场规模预测(单位:十亿元)
图1 中国绝热节能环保材料行业市场规模预测(单位:十亿元)

  Fig.1 Forecast of market size of China's thermal insulation,energy saving and environmental protection materials industry(unit:billion yuan)

  3、 建筑工程中绝热节能环保材料的发展趋势

  针对我国绝热节能环保材料的使用状况和发展现状,其发展趋势将会沿着保温装饰一体化、保温系统化、绿色建筑、结构一体化等多态势发展。绝热节能环保材料将会具有更好的保温性、耐久性、经济性和装饰性等。其发展趋势如下所示。

  1)保温材料系统化发展。随着我国对建筑工程质量、节能环保、经济的不断提升,其中使用到的保温材料产品的性能也有更高的要求。在节能环保材料的研究中,越发的向系统化进行研究,并且该研究也属于一种常态化。其系统化包含的内容比较多,比如结果安全可靠、舒适化、施工简单和智能化等。

  2)装配式建筑带动建筑绝热节能材料。随着人们认识到装配式建筑的优势,且相关技术的不断提升,装配式建筑有着更好的发展趋势,其中可以使用绝热节能环保材料,从而可以使得绝热保温材料行业有更好的发展机遇。另外,对该材料的发展也提出了更高、更新、更多的要求。建筑绝热节能环保材料作为装配式建筑中的重要材料,所以要求该材料要具有保温、经济、防火、理化等性能,未来的材料也将会朝着该方向不断发展,从而保证其应用的安全性。所以,随着装配式建筑的快速发展,将会带动绝热节能环保材料有更大的发展空间。

  3)冷库保温材料。随着我国物流的迅猛发展,其中会涉及到很多需要保温的物质,这些物质必须对其进行保温处理,从而延长其使用寿命和新鲜度,比如化工生产、肉类加工、果蔬加工等。这些物质必须放入到冷库中进行保温处理。为了达到绝热节能环保的目的,冷库行业中正在朝着使用聚苯乙烯板或者发泡聚氨酯板作为隔热材料。对温度调节作用的为氟利昂,这种方式可以降低操作难度,提高了高效安全,能够达到绝热节能环保的作用。

  4)气凝胶。气凝胶作为一种新材料,属于一种无机固体物质的绝热材料,并且该材料的种类非常多,属于世界上密度最小(密度为3kg/m3)、孔径为纳米级的材料。这种材料的主要特点为耐高温、导热系数低、隔声减震、强度高、节能环保、防水等,可以说相比于其他的隔热节能环保材料具有很大的优势。气凝胶用于建筑工程中将会具有非常好的效果。然而当前我国对气凝胶的生产比较低,缺乏技术创新和先进技术。所以,今后随着我国对建筑隔热节能环保材料的更加深入研究,对气凝胶的研究将会更多,提高气凝胶的生产效率,广泛应用于建筑工程建设中。

  5)多功能复合绝热节能环保材料。随着人类对绝热节能环保材料的不断研究,在建筑工程上对材料的要求不断提升,要求一种绝热节能环保材料能够具有多方面的应用效果,于是将来会有更多的多功能复合绝热节能环保材料的出现。通过将不同的绝热节能环保材料进行艺术加工,使得把不同材料的优异性能合为一种材料,于是多功能复合绝热节能环保材料的性能将会更加全面。比如在具有绝热、节能环保的基础上,能够耐水、防火、抗震、装饰等优势。

  4 、结语

  综上所述,建筑工程在建设过程中需要响应国家的号召,使得建筑工程建设满足低能耗和环保的理念。绝热节能环保材料应用于建筑工程中正好可以达到节能环保的作用,于是对该材料的重视程度不断提高,每年的市场规模和生产总量在不断提高,并且在未来会继续深入研究绝热节能环保材料,不断研发性能更加优异的材料,在建筑工程中将会有更好的应用效果。总之,绝热节能环保材料将有助于提高人类的生活质量,需要不断的对其进行研究。

  参考文献

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