试析相变建筑材料在建筑节能领域的运用

2015-08-15付文浩南昌市远大建材行江西南昌330001

江西建材 2015年4期

■付文浩 ■南昌市远大建材行，江西南昌 330001

自改革开放以来，我国建筑行业得到了全面发展，全国各地都在进行建筑施工。随着建筑行业的不断发展，建筑污染、节能等问题随之而来。虽然我国建筑行业一直以来都保持着良好的发展势头，但建筑节能一直是我国建筑业发展中的薄弱环境。节能减排、生态环保已经成为了现今建筑行业发展的主旋律，加强对节能建筑材料的应用势在必行。相变建筑材料作为新型建筑节能材料受到了社会各界的普遍关注，随着相变建筑材料开发与研究的深入，相变建筑材料技术越发成熟，不久的将来相变建筑材料将会广泛应用到建筑节能领域。

1 建筑节能的重要性和必要性

虽然我国地大物博，但实际上我国是资源贫乏国，资源存量严重不足，能源形势不容乐观。据统计数据显示，发达国家的建筑能耗仅占社会总能耗的百分之二十，但从我国能源消耗数据中可以发现，建筑消耗占能源总消耗量的百分之三十五，并且依然在逐渐上升。作为世界上自然资源浪费最严重的国家之一，我国对能源的使用及消耗仅次于美国，建筑能源消耗领域问题日益突出［1］。建筑材料高消耗不仅提高了建筑成本，更造成了严重的污染，破坏了环境与生态，若是在建筑材料节能领域多下功夫，不仅能降低成本，更能保护环境与生态［2］。发展建筑材料节能是近些年世界建筑领域发展的基本趋势。发展建筑节能利国利民，还可推动国民经济的持续化发展，有利于缓解我国能源资源稀缺的紧张局面，是社会经济发展的需要［3］。另一方面，建筑节能更是改善建筑污染的主要途径。建筑用能是大气的主要污染源之一，建筑节能在节约建设原材料的同时，还可以减少废料污染，保护生态环境。二零零五年，我国建设部发布了建筑节能标准，二零零六年，我国新建建筑百分之五十以上设计基于节能标准基础上进行设计，建筑节能趋势不可逆转。虽然目前我国在建筑节能方面仍不完善，但随着各类节能建筑材料的开发和研究，我国建筑节能水平将会进一步提升［4］。

2 建筑能耗研究

建筑能耗和建筑材料的选择和使用有着直接关系。建筑材料不仅关系着整个建筑的质量和安全性及寿命，更关系着建筑节能问题，建筑材料的重要性不言而喻，所以建筑材料选择必须谨慎，建筑节能就应从建筑材料抓起。据相关数据统计显示，建筑材料能耗占整个建筑能耗的百分之九十，解决建筑材料能耗是实现建筑节能的关键。目前建筑材料能耗严重的主要有:水泥、玻璃、钢材，这三种建筑材料是现代建筑施工中必不可少的建筑材料，几乎所有的建筑工程离不开水泥，所以水泥也是在建筑施工中消耗量最大的。除了水泥外，最关键的建筑材料就是钢材，钢材的使用及质量直接影响着建筑寿命，是建筑工程中最重要的建筑材料，更是耗能的重点。另一方面，建筑施工中混凝土施工过程处处都会存在能源消耗，在建筑施工全过程中能耗总量也是非常惊人。由此可见，建筑能耗主要是来自建筑材料，所以想要实现建筑节能，也必须加强对节能建筑材料的使用，从根源上解决建筑能耗问题，实现建筑节能。

3 相变建筑材料

相变建筑材料是可随着温度变化而改变物理性质并能提供潜热的物质，这种转变物理性质的过程称为相变过程，因此被称为相变建筑材料。相变建筑材料是目前建筑节能领域的新型材料，材料在相变的过程中将吸收或释放大量的潜热，可存储多余能量，在特定的情况释放，起到调节室内温度的作用，从而有效降低能源消耗，间接提高建筑保温隔热性能和采暖供热、空调制冷制热系统效率，是节能环保的最佳绿色环保建筑材料。此种材料的研究主要经历了四个阶段:最早生出想法将相变材料应用于建筑领域是在一九八二年，但是由于受到技术因素影响，并没有理想的成绩;二十世纪九十年前期，建筑领域开始重视相变材料，对相变建筑材料的研究主要停留可行性研究上;二十世纪九十年代，对相变建筑材料的研究开始逐渐完善，主要侧重于对相变建筑材料的相容性、稳定性及实用性的研究;在二十世纪最后十年，相变建筑材料的研究已经主要放在定型技术及新型相变建筑材料的开发，和如何将相变建筑材料实用到建筑工程中。目前，这种材料已经被广泛应用到了各种大小建筑工程中。

相变材料按成分可分为:有机、无机、复合三大类。不同的相变建筑材料导热系数、储热密度、成本都有着一定的差异。目前相变建筑材料的主要复合工艺有:PCM 封装后置入建筑材料、PCM 渗入多孔建筑材料、PCM 直接混合建筑材料、PCM 乳化添加入建筑材料中。相变建筑材料的应用不仅节能了能耗，更降低了建筑污染，并且相变建筑材料造价低廉，更节约了建筑施工成本。

4 相变建筑材料在建筑节能领域的运用

4.1 相变建筑材料在墙板中的应用

相变建筑材料是建筑节能领域的革命性发展，节能效果可达到百分之六十。目前相变建筑材料在墙板中的使用，多将PCM 注入墙板，这种相变储能墙板的建筑材料有着储热特性，可使墙板传热量大大降低。相变墙板有着明显的调节室内温度的作用。实验证明，在建筑施工中使用相变墙板可使室内温度最高下降四摄氏度左右，冬天则能够提高室内温度，这大大节约了采暖能源消耗。北方建筑使用相变墙板后，一百平米的房屋，一个采暖季用电量仅十度电，应用了相变墙板的室内能在断电后依然可以保持数个小时的恒温状态，有效减少了对空调的使用，节约了电能，实现了冬暖夏凉。

4.2 相变建筑材料在混凝土施工中的应用

混凝土是现代建筑必不可的建筑材料，更是建筑能耗的重点，相变建筑材料在混凝土施工的应用多将PCM 注入混凝土块中。相变材料在混凝土中的应用有利于混凝土水化热的控制，是提高混凝土耐久性、防水性，改善混凝土热裂缝问题的有效手段。另一方面，相变混凝土块储热能力将提高两倍，这使得建筑整体的保温、隔热性能更好。

4.3 相变材料在地板中的应用

地热是一项新颖的建筑采暖思路，不仅提供了更大的采暖面积，更使室内水平温度分布更加均匀。但是传统地热施工能耗严重，并且施工成本较高。利用相变地板来进行采暖来实现地热，能够有效降低能耗，减少施工成本。一般相变材料在应用地板中多使用封装技术，增长地板的使用寿命。实验证明，相变地板能够有效降低地板表面温度波动，为人们提供更好的舒适性。

4.4 相变材料在砂浆的应用

砂浆是现代建筑中最常用的建筑材料，把相变材料混入砂浆中，能够使砂浆成为具备储能能力的相变储能砂浆。这种相变储能砂浆能够作为室内冬季保温及夏季的制冷材料，能减少室内温度波动。实验证明，每2CM 厚的相变储能砂浆储热能力就相当于20CM 厚的砖木结构墙。利用了相变储能砂浆的建筑，当室内温度高于二十二摄氏度时，相变储能砂浆便会自动吸收室内热能，自动调节室内温度。冬季如果室内温度低于二十二摄氏度，相变储能砂浆便会释放白天吸收的热能，提高室内温度。