稻草板应用于屋顶的节能减排分析

赵 攀 何志强

(东北林业大学，黑龙江 哈尔滨 150036)

1 稻草板综述

目前，我们国家特别重视对新型建筑材料的推广和应用，这也使得新型建筑材料不断产生和发展。稻草板这种新型建筑材料最早出现于第一次世界大战期间，经由瑞典向各个国家不断发展[1]。它是以农民种植水稻产生的废弃稻草或是麦草为原料，通过加热挤压成型，外面再包裹上一层保护面纸而构成[2]。这样一来，一方面能把废弃的稻草或麦草利用起来，减少了之前人们将它作为传统燃料而产生的各种有害气体，降低了这种传统燃料对环境产生的有害影响。另一方面，经研究发现，稻草板与传统的建筑材料比如膨胀珍珠岩，石棉隔热板等相比，具有很好的优势。这些优势主要在于：首先，稻草板保温隔热性能良好，其导热系数仅为0.108 W/(m·K)，蓄热系数仅为2.33 W/(m2·K)。可以考虑将其代替传统的建筑保温材料。其次，稻草板还具有良好的隔音和减震性能，其隔音效果是普通建材的5倍。如果经过特殊处理，还可以实现阻燃，防水的功能。另外，如果用稻草板作为主要的建筑材料和钢结构混合，建造出来的房屋重量仅为传统房屋的30%[3]。很大程度上减小了建筑的重量。但是，稻草板在我国目前发展还不是特别迅速，一方面与市场有关，另一方面与技术有很大关系。我国对于稻草板的研究还远远不够，而且没有掌握工业化生产技术的关键[4]。不过随着我国综合实力的提升，这些难题也逐渐会被一一克服。稻草板市场化的发展情况总的来说还是非常可观的。

综上所述，稻草板制作原料属于可再生能源，对环境无污染，避免了珍珠岩，石棉等传统保温材料对环境的破坏，而且具有制作成本低，原料容易获取，加工方便，对环境无污染，容易降解的特点。充分利用了资源，避免了能源不必要的浪费。

2 稻草板应用于屋顶的节能减排效果

2.1 节能减排分析的思路及方法

由于稻草板具有上述优点，初步设想可以将其作为建筑屋顶的保温层材料，替换掉之前所用的传统建筑材料膨胀珍珠岩、水泥隔热板等。从传热学基本理论着手，分析计算采用稻草板作为保温层材料后，与传统建筑材料膨胀珍珠岩，水泥隔热板相比，可以减小冬季采暖热负荷的程度，从而计算出其能减少多少采暖耗煤量，进而将这些节约的耗煤量换算成可以少排放多少二氧化碳，二氧化硫，氮氧化物等有害气体。最后再对其进行简单地经济分析，研究其是否能推广到实际应用中去。这就是本文对稻草板应用于屋顶后节能减排效果计算分析的大致思路和方法。

2.2 节能减排分析的具体计算过程

2.2.1基本条件及参数

下面对用稻草板材料代替了传统保温层材料膨胀珍珠岩，石棉隔热板所产生的节能减排效果进行技术经济分析说明。

基本条件及参数见表1。

表1 几种保温层材料的热物理性能计算参数

除保温层外，屋顶的其他各层结构分别为屋面、防水层、找坡层、结构层。各层所用的材料及厚度等参数如表2所示。

表2 屋盖其他各层材料的热物理性能计算参数

屋盖内表面换热系数αi=8.72 W/(m2·K)，传热热阻RI=0.11 (m2·K)/W。屋盖外表面换热系数αi=23.26 W/(m2·K)，传热热阻RI=0.04 (m2·K)/W。

2.2.2具体计算分析过程

1)首先分别计算出使用不同保温层材料屋盖的传热系数。

对于膨胀珍珠岩，计算其传热系数为：

1.410 W/(m2·K) 。

对于石棉隔热板，计算其传热系数为：

1.172 W/(m2·K) 。

对于稻草板，计算其传热系数为：

0.967 W/(m2·K) 。

2)根据上述算出的传热系数计算其节能效果。

根据传热学理论计算公式，每平方米面积屋盖的热量损失为：

q=k(tf1-tf2)。

其中,tf1为室内温度；tf2为室外环境温度(以哈尔滨为例，tf1=20 ℃，tf2=-24.2 ℃)。

可见，使用稻草板比使用石棉隔热板，节约的能源为17.5%，使用稻草板比使用膨胀珍珠岩，节约的能源为31.4%。

3)将节能效果转换为减少的耗煤量。

供暖耗煤量指标qc(kg/m2)标准煤，可按下式计算：

qc=24zq/Hcη1η2。

其中，z为供暖期的天数，d(以哈尔滨为例，z=176 d);Hc为标准热值，Hc=8.14×103W·h/kg;η1为室外热网的输送效率，采取节能措施后，η1=0.90;η2为锅炉运行效率，采取节能措施后，η2=0.58。

由上述公式计算得出，稻草板与石棉隔热板相比，每个采暖期内(以哈尔滨为例)节约的耗煤量为：

Δqc=24zΔq/Hcη1η2=

24×176×9.061/8 140×0.9×0.58=9.010 kg/m2。

稻草板与膨胀珍珠岩相比，每个采暖期内(以哈尔滨为例)节约的耗煤量为：

Δqc=24zΔq/Hcη1η2=

24×176×19.581/8 140×0.9×0.58=19.465 kg/m2。

4)将节约的耗煤量转化为减少排放的有害气体的量。

已知：每燃烧1 kg/m2标准煤，就会向大气排放CO22.62 kg，SO20.008 5 kg，NOX0.014 8 kg。所以可根据上述计算出的节约耗煤量算出减少排放的有害气体的量。稻草板与石棉隔热板相比，每个采暖期内(以哈尔滨为例)减少排放有害气体的量为：少排放CO223.61 kg，少排放SO20.076 6 kg，少排放NOX0.133 4 kg。稻草板与膨胀珍珠岩相比，每个采暖期内(以哈尔滨为例)减少排放有害气体的量为：少排放CO250.98 kg，少排放SO20.165 2 kg，少排放NOX0.288 1 kg。

2.3 经济性分析

以哈尔滨为例，每1 kg/m2标准煤的价格按市场价0.5元计算，并且稻草板每平方米价格为33元，膨胀珍珠岩每平方米价格55元，石棉隔热板每平方米价格44元(根据实际情况不同，上述数据可能会有变动)。稻草板与石棉隔热板相比，每平方米面积屋盖能节省4.51元标准煤费用，11元材料费用。稻草板与膨胀珍珠岩相比，每平方米面积屋盖能节省9.73元标准煤费用，22元材料费用。

3 稻草板的发展前景

我们都知道，中国是一个农业大国，每年种植的水稻产生的稻草能达到好几亿吨。这些稻草往往被农民当成燃料来烧，这种做法不仅不经济，而且会对环境造成很大的危害，不符合当代节能减排的发展理念。然而稻草板的提出，为稻草的利用提供了一个很好的发展方向。以北方城市哈尔滨为例，哈尔滨周边的农村其大部分建筑仍是以传统的砖混结构为主，用的是实心粘土砖，这种材料一方面对环境有比较大的危害，另一方面在像严寒地区哈尔滨这样的城市来说，冬季采暖能耗大。所以如何改造既有建筑已经成为大部分农村所面临的最主要的问题[5]。通过本文上述对稻草板应用于屋顶的节能减排分析研究结果来看，用稻草板代替传统建筑材料还是有很大优势的。可以考虑将其在北方农村一些城市开展试用。

4 结语

稻草板确实是一种相对来说比较好的建筑材料，其各种优势比较突出，并且符合当代节能减排的发展理念。可是由于种种原因，稻草板还没有在我国广泛应用开来。希望越来越多的研究者能在此方面做出更进一步的研究，早一点让我们在建筑中找到稻草板的身影。