浅谈环保节能型建筑材料的研究现状及发展策略

李意洪

太原理工大学建工学院，山西 太原 030053

浅谈环保节能型建筑材料的研究现状及发展策略

李意洪*

太原理工大学建工学院，山西 太原 030053

环保节能型建筑材料(PCM)在近几年的发展过程中逐步取代传统的建筑材料，PCM在使用过程中不仅对环境和使用空间体现出良好的融合性能，其在节能领域的表现也十分抢眼，本文基于PCM在近几年的发展现状，提出其最近几年的研究现状与发展策略。

建筑材料；节能；环保；现状

一、引言

自然环境是人类社会赖以生存发展的物质基础，自然环境的优劣程度也越来越成为世界各国竞争的重要筹码。随着经济的飞速发展，各行各业对环保的要求也日益剧增。我国《自然环境发展“十二五”规划》提出，“十二五”时期，要加快制度变革，全面提高建筑材料开发以及使用效率，构建安全、稳定、可持续发展的现代自然环境体系。近年来，我国建筑物数量的迅速增多，随之带来的建筑耗能也迅速增加，建筑节能技术的地位也越来越高。因此寻找节能、高效、环保的材料已经迫在眉睫。

二、节能型环保建筑材料的制备现状

国内外对于环保节能的建筑材料的研制取得了很大进展。重庆大学的杨颖教授采用实验的方法制备了一种癸酸与月桂酸的复合环保节能的建筑材料。癸酸的质量分数为65%，月桂酸的质量分数为35%，这种环保节能的建筑材料的峰值熔化温度是22.2℃，潜热是126.7J/g。将这种材料直接浸泡于膨胀珍珠岩，最终环保节能的建筑材料的质量分数为60%。用差示扫描量热仪测试出，复合材料的开始熔化的温度17.9℃，潜热74.41J/g，与不含环保节能的建筑材料的膨胀珍珠岩相比有很大的蓄热能力。

山东轻工业学院的马烽博士以癸酸-月桂酸为环保节能的建筑材料，利用石墨的吸附性作为多孔介质，使癸酸-月桂酸有效地包封在石墨孔内，在定形材料中质量分数占80.47%。采用DSC、ESEM、熔化凝固过程分析对定形相变储能材料进行了结构和热性能研究。结果表明定形环保节能的建筑材料的相变温度为19.50℃，相变焓为93.18J/g。目前国内对环保节能的建筑材料的熔化凝固特性的研究多是基于实验模拟、描述现象、仪器分析。人们最开始对熔化凝固过程的分析，为了使求解变成可能，必须要忽略一些现象或做一些简化等效处理。上个世纪80年代以前，由于技术水平限制，所分析的计算模型都是导热模型，忽略了自然对流现象。Bayazitoglu和Nicholas分析水平管内的熔化过程时，虽然考虑到了环保节能的建筑材料在相变时的密度差，却没有考虑液态时相变区内部的自然对流。Roy和Sengupta进一步对相变问题的数值解进行研究分析中考虑了固体PCM上表面的熔化，但是仍然做了很大变动的简化假设。几乎所有文献都没有考虑PCM在熔化过程中的体积膨胀问题。后来Wilchinsky等在研究中考虑了相变发生引起PCM体积变化，因此他们的实验结果更能反映实际的固、液PCM密度变化特性，以及实际相变过程。Assis等对PCM凝固过程的数值研究，最后可以精确的计算出相变过程中环保节能的建筑材料的体积收缩。

三、环保节能型建筑材料的发展策略研究

(一)环保型建筑材料与节能材料的融合

环保节能型建筑材料应用与开发技术早在19世纪就已经出现，人们利用环保节能的建筑材料制成取暖装置。近年来，将环保节能的建筑材料应用到建筑中的节能技术已成为大家关注研究的热点。例如环保节能建筑材料(PCM)——室外环境温度升高时，PCM受热逐步熔化，该过程吸收能量，并将能量储存其中；当室外温度下降时，PCM受冷凝固，释放出能量。环保节能的建筑材料具备如下四个优点：(1)解决自然环境供求的不平衡问题，提高自然环境利用率；(2)减小空调负荷，有削峰和移谷作用，能够减少空调装机容量；(3)在夏季可以降低室内最高温度，在冬季可以提高室内最低温度，减小室内温度的波动范围；(4)减少墙体厚度，减轻墙体自重，节约建筑材料[3]。将环保节能的建筑材料应用于墙体中，这就要求相应的环保节能的建筑材料应具备以下几个特点：(1)环保节能的建筑材料膨胀收缩性小，过冷或过热现象少，熔化凝固过程体积变化小；(2)有合适的相变温度，能满足人体感知的舒适环境温度；(3)环保节能的建筑材料无毒，无腐蚀性，对人体和环境无害；(4)环保节能的建筑材料还需与建筑材料相容，不会破坏建筑平衡性以及其他力学强度要求。建筑物围护结构材料的最优化选择对建筑物实现热舒适性也起着重要的作用。以相变储能为例的环保建筑材料在近年来收到来自行业和科研单位的一致青睐。

(二)环保节能的建筑材料与建筑的进一步结合

国内外的研究者们对环保节能的建筑材料的制备以及对其性能的分析，最终目的都是要应用在实际生活中。东南大学研究者采用enthalpy-porosity法建立了一个处于交变温度下的内部填有PCM的砖墙模型，并对其熔化和凝固相变过程进行了数值计算，比较了普通墙体实心砖以及填充环保节能的建筑材料的墙体的室内侧壁温响应变化，分析讨论了墙体中PCM填充比重和PCM的空间分布对传热过程的影响，并对这种墙体结构进行性能评价。结果表明，填充了PCM的砖墙通过熔化/凝固相变过程储存潜热，能有效削弱外界温度变化对室内温度的影响，对室内温度起到“削峰填谷”的作用。

北京建筑工程学院的闫全英教授和他的学生们利用水泥、细砂和石蜡模拟了一个相变墙。他们将水泥和砂浆与粉碎后的46号石蜡按照2：1的比例进行混合，然后加水搅拌均匀倒入模具中，用模压成型的方法制成相变墙并对其热工性能进行研究。

西南交通大学袁艳平教授和牛犇用ESP-r软件建立模拟相变墙体传热特性，在标准日工情况下，分别研究分析了不同相变温度、相变潜热等参数对相变墙体传热特性的影响。其中使用的建筑围护结构是多层的，因此他们采用将环保节能的建筑材料置于其中一层的中间节点处的方式。最终他们用实验证明，将环保节能的建筑材料添加到墙体内侧内表面温度波动最小，房间室内最高温度降低最大，效果最好。

[1]路文才，窦艳鹏.环保节能型建筑材料的现状及发展策略[J].民营科技，2013，02：311.

[2]韩斌斌，李星.环保节能型建筑材料的研究现状及发展策略[J].城市建筑，2013，14：169.

[3]何洁.西安地区农村居住建筑节能设计优化研究[D].西安建筑科技大学，2014.

[4]杨晓宁.环保节能型建筑发展研究[D].吉林大学，2015.

李意洪(1961-)，山西太原人，太原理工大学建工学院，工程师，研究方向：建筑节能、建筑环保，建筑声学。

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