民用建筑用材指标的现状研究

肖忠明 杜勇 朱文尚 张金山 欧东 王秀兰

（1中国建筑材料科学研究总院有限公司，北京 100024；2重庆科技学院，重庆 401331）

鉴于民用建筑所用建材的生产能耗、使用量存在的数据零散、评价标准和统计方式的多样化现状，本文对建材相关政策/标准/规范、建材生产原料消耗/过程能源消耗限额、建材使用等情况进行了调研，通过文献分析、实际案例调研，考察民用建筑所用大宗建筑材料生产方式及其能耗、统计方法和评价指标。

1 当今建筑材料产品现状

随着技术发展，建筑材料的品种也在随之改变。在当今，我国的建筑材料品种繁多、性能各异，为满足不同的设计要求，新材料不断涌现。

常用的几类建筑材料有：1）围护结构：水泥基材料（水泥、矿物掺和料、砂子、石子、外加剂等）、砌块（黏土砖、页岩砖、灰砂砖、混凝土砌块等）、钢材（钢筋、盘条）；2）保温材料：有机材料（硬泡聚氨酯、聚苯乙烯板）、无机非金属材料（水泥珍珠岩、发泡水泥板、沥青玻璃棉毡等）、新型材料（有机、无机复合）以及辅材；3）门窗用材：框架用材（铝型材、塑钢型材等）、玻璃（中空玻璃、镀膜玻璃）以及辅材；4）装饰装修用材料：防水材料（有机和无机防水材料）、陶瓷、石膏板、涂料等；5）其他用材：管材（钢管、PVC管材等）、钢材、木材。

2 已有研究的建筑建材统计对象

在建筑产品施工过程中，使用的建材种类繁多，数量不一。统计所有建材的数据是不切实际的，以往研究也仅关注主要建筑材料，见表1。但是，对于单位能耗量较高或可能产生重大环境影响的小部分建材，忽略统计会导致结果出现大的偏差。对此，有必要对影响民用建筑建造能耗的关键建筑材料进行调查研究。

表1 部分文献所涉及的主体建筑材料

3 影响民用建筑建造能耗的关键建筑材料

3.1 界定民用建筑主体建材考虑因素

随着我国对环境、资源保护力度的加大，我国的建筑材料在传统的钢筋、水泥、玻璃、陶瓷、木材五大建材基础上，呈现多种发展趋势和方向。

3.1.1 混凝土/砂浆的生产方式

图1 2006年-2017年全国商品混凝土产量

预拌混凝土、砂浆取代现场拌制，改变了建筑工程用建材的形式，水泥转变成预拌混凝土、砂浆的原材料。具体商品混凝土产量和增长率见图1。

同时，由于矿物掺和料的使用、采用机制砂石替代天然骨料，以及砂、石骨料运输距离的延长，单纯的水泥能耗已不能代表水泥基材料的能耗，见表2。从表2可见，单位混凝土所用砂、石骨料的能耗与所用水泥的能耗基本相当，两者占到混凝土能耗的93%。而水和外加剂的能耗占比小于0.1%，可忽略不计。

表2 混凝土构成及能耗分布[7-8]

3.1.2 装配式建筑兴起[9-10]

随着劳动力成本的快速提升，国家和地方政府站在可持续发展的角度上，不断朝着装配式结构体系发展。在大力推动钢结构、混凝土结构等装配式建筑发展中，不断提高装配式建材应用比例，并形成了如装配式剪力墙结构、装配式框架结构等多种形式的装配式建筑技术，编制了《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1-2014）、《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》（JGJ355-2015）等相应技术规程。因此，水泥基制品、构件等建材产品将在民用建筑建造资源消耗中产生不可忽视的影响。

3.1.3 铝型材的使用

建筑业是铝材的三大主要市场之一，世界上铝产量的20%左右用于建筑业，一些工业发达国家的建筑业用铝量已占其总产量的30%以上。中国已在工业与民用建筑中应用铝合金制作屋面、墙面、门窗等，并逐渐扩及内外装饰、施工用模板等。特别是在公共建筑中，铝材被大量应用，如北京新机场屋顶采用C型柱铝结构采光顶系统，总重5.2万吨，屋面钢构达4.2万多吨；屋顶铝板总面积18万平米；采用铝合金蜂窝板的吊顶面积30万平方米。近年来，铝型材产、消量见图2。

图2 2010年-2017年铝材生产及消耗量

3.1.4 加气混凝土的发展

2017年，现浇类泡沫混凝土持续快速增长，尤其是在土建领域、矿山及采空区回填、泡沫混凝土现浇墙体等领域的应用日趋成熟，工程量实现较大程度的增长。与几年前的情况相比，目前现浇泡沫混凝土数量已大大超过制品类。而且，泡沫混凝土在装配化建筑、绿色建筑、被动房、海绵城市建设等热点、新兴建筑领域中的得到了推广应用。全行业现浇泡沫混凝土应用实现了15%左右的年增长率，全年泡沫混凝土总产量预计超过4000万m3，居全球第一位。其他类加气混凝土制品也在建筑节能要求中在民用建筑中得到了广泛应用。

3.1.5 我国建筑业对主要建筑材料的界定

2017 年《中国建筑业统计年鉴》将主要建筑材料界定为：钢材（846261917 吨）、木材（448864135 立方米）、水泥（2128685619吨）、玻璃（184771834重量箱）和铝材（55750444吨）五种。

3.1.6 建筑材料对建筑能耗的影响权重案例分析

建筑材料品种繁多，但每种建筑材料在建筑围护结构中的用量不同、生产能耗不同，最终影响其在整个建筑围护结构中的能耗权重。对于建筑材料的生产能耗，文献[8]进行了全面的统计（统计边界为从原材料开采加工到产品出厂），见表3。据初步统计，铝材、钢材、玻璃的能耗分别是水泥的17倍、8倍、2.4倍。而石灰、PVC材料、涂料、保温材料等的生产能耗大于水泥能耗，由于其在民用建筑中的用量很少，一般可忽略不计。

本文对于不同材料对民用建筑建造能耗的影响权重，分别以北京新机场主航站楼、多层框架结构商住房、以及文献统计的不同结构商住建筑为例，结合表4进行分析。

表3 主要材料的含能及碳排放[8]

1）对于公共建筑，以北京新机场主航站楼为例，建筑概况和各种建筑材料的构成如下：

①主航站楼建筑面积70万平方米；

②混凝土结构，主体结构共浇注混凝土166万立方米，绑扎钢筋32万；

③屋顶采用C型柱铝结构采光系统，总重5.2万吨，屋面4.2万多吨；

④吊顶面积30万平方米，采用铝合金蜂窝板，厚度1.5厘米；

⑤整个建筑共用玻璃板12800 块。其中，立面玻璃4500块（直面12+18A+12中空双银LOW-E钢化超白玻璃，倾斜面选用12+12A+10+1.52PVB+10中空双银LOW-E钢化夹胶超白玻璃，2250×3000mm，单重550公斤[11]）；屋面采光异形玻璃8100块（12+18Ar+6+2.28SGP+6超白钢化中空双银LOW-E夹胶玻璃[12]）；

⑥估算采光玻璃面积：屋顶铝板总面积18万平米，屋顶总投影面积31.3万平米，则采光面积为31.3-18=13万平米；

⑦屋面采光玻璃总量：130000×0.042×2.6=14196吨；

⑧立面玻璃总重：4500×0.55=2475吨；

⑨屋顶铝板总重：180000×0.015×2.8=7560吨；

⑩吊顶铝板总重：300000×0.015×2.8=12600吨；

⑪模板用木材：按每立方米混凝土用模板2.2平米计，模板厚度18毫米，所用木材为65736立方米。

北京新机场主航站楼主要建筑材料能耗、各种建筑材料能耗比例见表4，对于公共建筑而言，钢材为其主要的能耗源，占比达到了70%以上；其次为混凝土，占比为23%；钢材和混凝土的能耗占到了建筑建材能耗的90%以上。而木材的能耗仅占0.56%。

表4 北京新机场主航站楼主要建筑材料能耗、各种建筑材料能耗比例

2）对于商住建筑，以多层框架结构为例，每平方米建筑建筑材料用量大概如下：

表5 单位建筑面积多层框架居住建筑主要建筑材料能耗、各种建筑材料能耗比例

①钢筋40kg；

②混凝土0.34m3；

③室外门窗0.22m2，折合平板玻璃0.44m2（双层），单层厚6mm，则为6.86kg；

④模板2.2m2，厚度平均18mm，则为0.04m3；

⑤抹灰面积2.5m2，厚10mm，则为0.025m3；

⑥沾灰面积2m2，厚10mm，则为0.02m3；

⑦砌筑砂浆0.055m3；

⑧建筑陶瓷2m2；

⑨标准砖120 块，折合0.21m3；或加气混凝土砌块0.21m3。

多层框架结构商住建筑主要建筑材料能耗、各种建筑材料能耗比例见表5。从表5看出，对于多层框架结构商住建筑而言，钢材仍为其主要的能耗源，占比在45%左右；其次为水泥基材料，占比在40%左右；两者的能耗占到了建筑建材能耗的82%左右。建筑陶瓷的能耗在10%左右，玻璃的能耗在5%～6%之间，而木材的能耗小于2%。

3）不同结构民用建筑，建筑基本情况、材料及能耗见表6、表7，据此计算的不同建材能耗占比见表8。

从表8的结果看出，对于砖混结构商住建筑、框架结构剪力墙商住建筑和全剪力墙商住建筑而言，钢材所消耗的能源最多，其次为水泥和混凝土，砌材位列第三，而其他建材占比小于1%。

表6 案例建筑基本情况[13]

表7 不同结构建筑碳排放[13]及换算单位建筑面积建造能耗

3.1.7 民用建筑主要建筑材料的界定

根据相关文献资料、统计年鉴等分析，所涉及的民用建筑主要建筑材料主要包括：钢材、水泥基材料、玻璃、铝材和木材五大类，以及石灰、沥青卷材等。

但结合我国建筑业和建筑材料的发展、民用建筑材料的使用以及在整个民用建筑建造能耗的占比，钢材是影响民用建筑建造能耗最主要材料，水泥基材料位列第二，建筑陶瓷和玻璃第三。虽铝材在商住建筑中的用量较小，但在公共建筑中的用量巨大、且成增长趋势，因此应考虑在内。而木材虽在《中国建筑业统计年鉴》中作为主要建筑材料，但其在整个民用建筑建造能耗中占比较小，可忽略不计。

表8 不同材料所占能耗比例

因此，现阶段我国民用建筑用主要建筑材料清单如下：1）钢材，包括钢筋、盘条，不涉及水暖等用管材；2）预拌混凝土及砂浆，包括混凝土、砂浆及构件，所用原材料为水泥、矿物掺和料、砂子、石子等；3）砌材，包括烧结砖、灰砂砖、混凝土砌块、加气混凝土砌块等；4）铝材，包括铝型材、铝合金板材；5）平板玻璃；6）建筑陶瓷。

4 建筑材料能耗限额标准及现状

4.1 建筑材料单位产品能耗限额标准现状

通过查询，我国大部分建筑材料产品颁布实施了单位产品能耗限额标准，见表9。

表9 单位产品能耗标准汇总表

其中，钢铁、水泥、玻璃、陶瓷、木材、电解铝及铝合金热挤压型材、铝合金建筑材料、岩棉及其制品、玻璃纤维等产品能耗限额标准为国家标准；木材、铝合金建筑材料两个标准仅规定了边界条件、统计方法，但并未给出具体的限额值。混凝土单位产品能耗限额国家标准正在制定中，征求意见稿给出了能耗限制；北京市也正在制定混凝土和预拌砂浆单位产品能耗限额地方标准。此外，浙江已经颁布实施了蒸压加气混凝土单位能耗限额地方标准，天津颁布实施了挤压铝型材单位产品能耗限额地方标准。而作为混凝土主要材料的砂石骨料，能耗仅见于文献资料（表10）。

表10 天然砂石单位产品能耗计算

4.2 我国主要行业和部门节能目标

“十二五”“十三五”期间，我国制定了主要行业和部门节能目标。与建筑建材能耗相关的目标见表11。

表11 我国主要行业和部门节能目标

5 结语

我国的建筑材料种类繁多、新型建材层出不穷，建材生产能耗、使用量在评价标准和统计方式方面存在显著差异，现阶段尚无民用建筑用材的直接统计数据、指标体系和相应标准及统计制度。通过对既有统计对象、影响民用建筑建造能耗关键建材影响因素进行调查，考察了主体建材生产使用方式、建筑节能需求、建筑结构及层高影响，结合典型案例分析及主要统计资料界定，确定了民用建筑用大宗建材主要为钢材、水泥、玻璃、陶瓷及铝型材五类。但，为了对民用建筑用材更准确的统计工作，其统计对象、指标、方式及评价标准，仍需根据民用建筑业建造方式、功能化发展而持续完善。