節(jié)能材料應用于建筑設計中的價值及實踐
閱讀次數(shù)：5726 發(fā)布時間：2024-10-22 來源： 居舍-新材料與新技術
我國積極響應國際社會的呼聲，在2020年提出了“雙碳”戰(zhàn)略目標，即在2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和。建筑行業(yè)作為能源消耗和碳排放的重要領域，在實現(xiàn)“雙碳”目標中扮演著關鍵角色。為推動建筑節(jié)能降碳，國務院于2024年5月發(fā)布了《2024—2025年節(jié)能降碳行動方案》，明確提出嚴格執(zhí)行建筑節(jié)能降碳強制性標準，研發(fā)推廣新型建材及先進技術，推進外窗（幕墻）、外墻（屋頂）保溫等更新升級，加快建筑節(jié)能改造。節(jié)能材料在建筑設計中的應用，不僅能夠顯著降低建筑能耗和碳排放，還能提高建筑的舒適性和使用壽命。因此，探索節(jié)能材料在建筑設計中的價值及其實際應用，對于實現(xiàn)綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
1節(jié)能材料的定義與分類
節(jié)能材料是指那些在生產(chǎn)、使用過程中能夠顯著降低能耗、提高能源利用效率的材料。這類材料通過其獨特的物理或化學特性，可以有效減少建筑物的能源損失，提高能源的保存和利用效率。節(jié)能材料的應用，不僅有助于降低建筑的運營成本，還能減少對環(huán)境的影響，是實現(xiàn)建筑節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展的關鍵因素。節(jié)能材料的種類繁多，根據(jù)其功能和應用領域，可以分為以下幾類：
1.1高性能防水密封材料
選擇耐用且長壽命的防水密封材料來構建高效的防水系統(tǒng)，已經(jīng)成為被動式低能耗建筑的標準配置。高性能防水密封材料主要包括以下幾種：
（1）高性能防水卷材：改性瀝青防水卷材和高分子防水卷材。改性瀝青防水卷材主要分為彈性體改性瀝青防水卷材和塑性體改性瀝青防水卷材。高分子防水卷材主要包括TPO（聚丙烯-單純混摻型橡膠）、EPDM（三元乙丙橡膠）、PVC（聚氯乙烯）、HDPE（高密度聚乙烯）等[1]。改性瀝青防水卷材以其卓越的性能，已經(jīng)逐步取代了傳統(tǒng)的防水卷材，成為當前市場的主導產(chǎn)品。高分子防水卷材則以其耐用性和適應性，成為未來防水卷材行業(yè)發(fā)展的主流產(chǎn)品。
（2）防水隔氣膜與防水透氣膜：這些膜材料主要
用于綠色建筑的門窗接縫處，它們的作用是在防止外部水分滲透的同時，允許內(nèi)部水汽的自然散發(fā)。這種設計不僅增強了建筑的氣密性和防水性，還有助于防止結(jié)露和霉菌生長，同時保證了建筑的熱工性能。
1.2高效節(jié)能保溫材料
保溫系統(tǒng)是建筑節(jié)能保溫的核心，而高效保溫材料是綠色節(jié)能環(huán)保建筑實現(xiàn)建筑節(jié)能目標的核心材料。按照我國建筑防火規(guī)范和綠色節(jié)能環(huán)保建筑相關標準要求，當前市場主要采用的保溫材料包括：巖棉板、模塑聚苯板（EPS）、擠塑聚苯板（XPS）、石墨聚苯板（GPS）、聚氨酯板、真空絕熱板（VIP）、氣凝膠氈等。
1.3高強度結(jié)構材料
（1）高強度鋼材：高強度鋼材具有韌性好、延展性和焊接性優(yōu)良等特點，屈服強度超過420MPa，相較于傳統(tǒng)鋼材具有更高的受力性能和更好的社會效益與經(jīng)濟效益，被廣泛應用于高層建筑和橋梁施工中。
（2）鋁合金模板：鋁合金模板質(zhì)量輕、強度高、耐腐蝕、施工簡單、高效、可回收再利用。適用于高層建筑施工，具有良好的阻燃性和較長的使用周期，符合低碳、節(jié)能、綠色施工的理念。
1.4碳素纖維節(jié)能建筑新材料
碳素纖維節(jié)能建筑新材料將樹脂與碳素纖維融合在一起，具有重量輕、耐高溫、耐腐蝕、可自我清潔等優(yōu)點。在建筑工程中廣泛使用，能夠在溫度變化時保持穩(wěn)定，不易出現(xiàn)膨脹等不良情況。
1.5其他節(jié)能材料
除了上述材料，還有許多其他類型的節(jié)能材料，通過不同的機制和途徑實現(xiàn)節(jié)能效果。例如：
（1）低輻射玻璃（Low-EGlass）：這種玻璃具有高透光性和低輻射性，能夠有效減少熱量的傳導和輻射。
（2）光伏建筑一體化材料（BIPV）：將太陽能光伏組件集成到建筑材料中，既能發(fā)電又能提供遮陽和保溫功能。
（3）高反射率涂料：其可用于建筑外墻和屋頂，能夠反射大量的太陽輻射，降低建筑吸熱，從而減少制冷能耗。這些新型節(jié)能環(huán)保材料在建筑工程中的應用，不僅有助于實現(xiàn)節(jié)能降耗目標，還能提高建筑的舒適性和使用壽命，為實現(xiàn)綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展提供了扎實的技術支持。
2節(jié)能材料在建筑設計中的應用現(xiàn)狀概述
隨著“雙碳”目標的提出，各地建筑工程中節(jié)能材料的應用逐步得到推廣和重視。近年來，我國在建筑工程中積極推廣應用節(jié)能材料，以實現(xiàn)節(jié)能降碳和綠色建筑的目標。節(jié)能材料的應用涵蓋了保溫材料、防水材料、高性能密封材料以及高效結(jié)構材料等多個方面，形成了較為完善的綠色建材體系。
2.1典型城市應用現(xiàn)狀
在南京、青島、北京等典型城市，綠色節(jié)能材料的推廣和應用取得了顯著成效。南京在綠色低碳建材應用領域布局起步較早，自2010年起開始體系化推進綠色建材應用，并協(xié)同推進建筑行業(yè)的節(jié)能環(huán)保和綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展。到2021年，南京綠色建材應用比例已達到58%。南京在國內(nèi)率先推進綠色建材建設試點項目，于2021年3月確定了第一批市內(nèi)建設試點項目，逐步完善試點項目認定和推進流程，形成了綠色建材現(xiàn)場抽檢方法等研究報告，促進綠色建材長效發(fā)展。青島市通過政策引導和示范項目建設，積極推廣綠色建材的應用。青島市的綠色建材試點項目的平均應用比例達到25.24%。例如，青島市選取了14個項目作為樣本進行調(diào)查統(tǒng)計，項目涵蓋了醫(yī)院、學校、辦公樓和綜合體等不同類型的建筑。青島市試點項目的建設，有效推動了綠色全過程咨詢、綠色設計以及建材產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整。試點項目總建筑面積約170萬m2，累計采購各類綠色建材15.37億元；北京市高度重視綠色建材在生產(chǎn)和應用中的作用。北京市住建委發(fā)布了《關于北京市綠色建材評價標識管理有關工作的通知》，推動了預拌混凝土和預拌砂漿的綠色建材評價工作。北京市綠色建材應用比例達到40%，綠色建筑面積占城鎮(zhèn)民用建筑總面積比例超過25%。
2.2市場與政策推動現(xiàn)狀
節(jié)能材料的市場需求不斷增加，綠色建材行業(yè)發(fā)展迅速。市場對節(jié)能材料的需求不僅來自新建建筑項目，還包括大量的既有建筑節(jié)能改造項目。例如，北京市在城市副中心建設中強制使用綠色建材，帶動了綠色建材市場的快速發(fā)展。在政策方面，我國政府通過《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》等政策文件，提高了建筑節(jié)能標準，要求新建建筑和既有建筑改造必須達到一定的節(jié)能要求。此外，政府還通過綠色建筑評價體系，如LEED和中國的綠色建筑評價標準，鼓勵建筑項目采用節(jié)能材料。
總之，節(jié)能材料在建筑設計中的應用現(xiàn)狀是積極的，并且隨著政策的支持、市場的需求和技術的進步，其應用范圍和深度將會進一步擴大。未來，節(jié)能材料將繼續(xù)在推動建筑行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標中發(fā)揮關鍵作用。
3節(jié)能材料在建筑設計中的價值
3.1提高建筑性能
節(jié)能材料在建筑設計中的價值體現(xiàn)在多個層面，首先是對提升建筑能效的直接影響。根據(jù)中國建筑節(jié)能協(xié)會的數(shù)據(jù)，建筑全過程能耗占全國能源消費總量的45.5%，其中建筑運行階段的能耗和碳排放量分別占全國的21.3%和21.7%。這一數(shù)據(jù)顯示了建筑行業(yè)在能源消耗和碳排放中的重要地位，同時也凸顯了節(jié)能材料在降低這些數(shù)據(jù)中的重要作用。使用節(jié)能材料，如高熱阻改性聚苯乙烯等，可以有效降低建筑的能源需求，減少對傳統(tǒng)能源的依賴，從而助力實現(xiàn)國家的“雙碳”目標。
3.2降低運營成本
節(jié)能材料的應用不僅提高了建筑的能效，還顯著降低了建筑的運營成本。通過減少能源消耗，建筑物的運行費用得以大幅降低。例如，高效保溫材料的使用減少了空調(diào)和供暖系統(tǒng)的運行時間，從而降低了電費和燃料費。此外，高性能防水密封材料的應用也延長了建筑物的使用壽命，減少了因滲漏和潮濕問題引起的維修和更換成本。鋁合金模板等高強度結(jié)構材料不僅施工效率高、人工成本低，而且可以多次循環(huán)使用，減少了材料浪費和維護費用，進一步降低了建筑的總體運營成本。
3.3減少環(huán)境影響
節(jié)能材料在建筑設計中的應用對環(huán)境保護具有重要意義。首先，這些材料能夠減少建筑物的能源消耗，從而減少溫室氣體排放，緩解氣候變化。例如，高效保溫材料和高性能防水密封材料的使用減少了建筑物的取暖和制冷需求，降低了化石燃料的使用量，減少了二氧化碳排放。其次，綠色可回收的節(jié)能材料和綠色植物研制的節(jié)能材料在建筑中的應用，有效減少了建筑廢棄物和對自然資源的消耗。這些材料可以在建筑物達到使用年限后進行回收再利用，降低對環(huán)境的負面影響。此外，碳素纖維節(jié)能建筑新材料具有良好的耐高溫性和耐腐蝕性，在溫度變化時保持穩(wěn)定，不會釋放有害物質(zhì)，對環(huán)境友好。
3.4推動創(chuàng)新發(fā)展
節(jié)能材料在建筑設計中的應用還有助于推動相關技術和材料的創(chuàng)新和發(fā)展。隨著技術的進步和市場需求的增長，節(jié)能材料行業(yè)呈現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢，如外墻建筑節(jié)能材料市場規(guī)模的顯著擴大，這為建筑材料制造商和建筑設計行業(yè)帶來了新的增長點和發(fā)展機遇。此外，隨著全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展和環(huán)境保護意識的增強，節(jié)能材料不僅可以幫助建筑項目滿足日益嚴格的建筑節(jié)能標準，還能提高建筑的市場競爭力，吸引更多對環(huán)保有要求的消費者和投資者。
4結(jié)論與展望
節(jié)能材料在建筑設計中的應用已經(jīng)在全國多個城市取得了顯著成效。隨著市場需求的不斷增加和政府政策的持續(xù)推動，節(jié)能材料的應用范圍和深度將進一步擴大和深化。未來，綠色建材行業(yè)將面臨更多的技術創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展的機遇。高效保溫材料、高性能防水密封材料和高強度結(jié)構材料等節(jié)能材料的研發(fā)和應用將不斷取得突破，滿足不同類型建筑的需求。同時，綠色建材的推廣和應用將不僅局限于新建建筑，還將覆蓋大量的既有建筑節(jié)能改造項目，從而進一步推動建筑行業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型。展望未來，隨著技術進步和政策支持的不斷加強，節(jié)能材料在建筑設計中的應用將成為實現(xiàn)“雙碳”目標的重要途徑之一。要通過不斷創(chuàng)新和實踐，節(jié)能材料的性能和種類將不斷提升，為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供堅實的技術支持。綠色建筑和節(jié)能材料的結(jié)合，將為人類創(chuàng)造更加舒適、健康和環(huán)保的生活環(huán)境，推動整個建筑行業(yè)朝著更高效、更綠色和更可持續(xù)的方向發(fā)展。
