节能环保新型建筑材料的研究与应用

谢秀娟，丁艳

(安徽矿业职业技术学院，安徽 淮北 235000）

0 引言

建筑节能主要从节能技术和节能材料两个方面入手。 节能技术主要是提高墙体、门窗、地面及屋面等围护结构的气密性以防热量的扩散。 而环保节能材料在建筑节能中占据的分量很大， 环保节能建筑材料研发与应用在节能的目的下还应考虑环保性，坚持以下原则：①变废为宝的原则；②生产环节注意环保与节能的原则； ③多功能化产品设计原则；④循环使用原则。

1 节能环保建筑材料的原理

1.1 阻隔型

1.1.1 聚合物类

以聚氨酯、酚醛树脂、聚苯乙烯、聚亚安酯等聚合物颗粒与其他配料制作而成，利用聚合物的低导热性达到保温效果。 如：挤塑板、聚苯板、聚氨酯泡沫塑料、酚醛保温板、聚苯乙烯泡沫板等。

1.1.2 高孔隙率类

因为气体的热导率较低，所以较为经济、环保的方法就是增强材料的孔隙率达到节能效果。基本方法有以下几种： ①加入发泡剂制作保温材料，如发泡水泥板、加气混凝土砌块、泡沫玻璃等；②加入多孔性骨料，如陶粒混凝土砌块、加入膨胀玻化微珠制成石膏无机保温砂浆等；③空心砖；④中空玻璃；⑤气溶胶材料，气溶胶是一种以纳米级超微颗粒聚集形成的多孔网络结构且充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。 最常见的为SiO2气溶胶，其导热系数比空气低, 可达到0.013～0.016 W/(m·K)，即使在高温下导热系数也很低， 如，800 ℃时导热系数为0.043 W/(m·K),高温不分解，无有害气体放出，是一种节能环保型材料。

1.1.3 真空型

常见真空型节能材料有真空玻璃和真空绝热板等。 与中空玻璃相比，真空玻璃的两片平板玻璃间隙为真空，且至少有一片是低辐射玻璃，这样就把热的三种传导途径隔断，其传热系数比中空玻璃还要低于15%以上[1]。 真空绝热板内的芯材被抽真空后密封， 传热系数小于普通绝热材料的1/10，从而使墙体的厚度相应的减少。

1.1.4 隔热断桥铝型材

门窗节能主要是使用铝木复合门窗、断桥隔热铝合金门窗、塑钢门窗，其中断桥隔热铝合金门窗应用最为广泛。所谓隔热断桥铝合金就是在内外两层铝材的中间添加硬塑隔热条进行拼装而成的复合型材，具有良好的隔热保温作用。层数越多，厚度越大，隔音保温效果越好。

1.2 热反射型

利用金属或金属氧化物对光线的高反射性达成绝热效果，如热反射隔热涂料可以减少建筑物和构筑物的热荷载，降低太阳辐射热造成的建筑物内部温度上升，节约空调费用。 热反射隔热涂料的使用应选择高反射、防水性好、抗紫外性能良好的产品。以氧化铝处理后的真空树脂球体成型于涂膜中可使涂料的热反射率高达95%，具有独特的优势。热反射玻璃又称阳光控制镀膜玻璃，表面镀铁、锡、钛等金属或金属氧化物，对辐射热具有较高的反射率，遮光隔热性能好，具有单向透视性，可调节室内的工作环境，具有一定的抗干扰能力[2]。

1.3 热辐射型

1.3.1 辐射热阻隔薄型涂料

辐射型材料主要是靠通过辐射的形式把建筑物吸收的日照热量以一定的波长发射到空气中，阻挡了热能的传递，减少了建筑的得热量，从而达到良好的隔热节能的效果。 与反射型、阻隔型只能减缓热量传递的特点相比具有明显优势[3]。 辐射热阻隔薄型涂料采用具有“受激辐射”特性的金属氧化物微晶体作为主要材料，结合特种高分子聚合物作为成膜物质， 形成具有受激辐射特征的功能型涂料。 辐射热阻隔薄型涂料的主要特点在于：①热辐射响应的波段宽，在典型的建筑内外环境中的热源温度（26～60 ℃）范围内，均具有热辐射响应能力，并不受涂层表面颜色的限制和影响。②“受激辐射”材料能使涂料表面形成低温层， 可以减少得热、阻隔热量[4]。

1.3.2 低辐射玻璃

LOW-E 膜层中镀有银层，银可将98%以上的远红外热辐射反射出去，从而直接反射热量。 遮阳系数为0.2～0.7， 可根据需要调控进入室内的太阳直接辐射能，属于功能性玻璃。

1.4 纳米微胶囊相变材料

相变材料PCM 在相变过程中具有相当大的潜热，是一种新型储能材料[5]。把相变材料与建材基体结合形成复合相变建材， 如将PCM 与建筑材料混合或将PCM 密封后分散于建筑材料中, 以复合相变建材的高热容来稳定房间内的气温从而而达到节能效果。 以相变材料为芯材，有机或无机材料为壳层的胶囊结构可维持相变材料形状并用来阻止其相转变过程的泄漏，颗粒越小壁越薄，相变材料的热传递和使用效率越高，因此出现微米、纳米尺度的微胶囊相变材料(MEPCM)和纳米胶囊相变材料(NEPCM)[6]。

2 节能环保建筑材料的应用形式

2.1 板材类

2.1.1 真空绝热板

真空绝热板是目前最有推广价值的节能保温材料， 其中STP 真空绝热板采用了无机纤维芯材与高阻气薄膜通过抽真空封装技术，使得该材料的强度与保温性得到提升， 其导热系数为0.006 7 W/（m·K），达到普通保温材料的1/10。STP 真空绝热板具有板体超薄、保温性能好、A1 级防火、耐久不老化、绿色环保和施工方便等优点。

2.1.2 聚苯乙烯保温板

聚苯乙烯保温板的材质主要分为两种：①挤塑板（XPS）；②模塑板（EPS）。 由于导热系数较低且容重小，广泛应用于建筑物墙体的保温，但近年来以XPS 为代表的有机保温材料是火灾的“帮凶”，日渐被业内人士呼吁禁止。 近年来出现的“复合保温钢筋焊接网架混凝土剪力墙结构”（以下简称CL 建筑体系)有力弥补了聚苯乙烯保温板的可燃性能缺陷。CL 建筑体系从内到外包括承重混凝土墙体+ 钢筋网架板（两侧钢丝网片内夹保温板）+ 构造混凝土墙体（保温板保护层）等，适合严寒地区、有保温、 阻热和隔声等要求的抗震地区以及非抗震地区的住宅小区和公共基础设施建筑[7]。

2.2 保温砂浆

保温砂浆分为有机砂浆、无机砂浆、复合砂浆三种。

有机砂浆以BH 胶粉聚苯颗粒、EPG 胶粉为主要构成材料的聚合物砂浆，该材料在现场加水搅拌即可使用，重量轻、强度高、施工方便、保温效果好，适合多种外墙保温工程。 胶粉聚苯颗粒搅拌过程中体积收缩率大，易造成产品后期强度低和空鼓开裂，保温性能降低等现象。

无机砂浆以膨胀玻化微珠保温隔热砂浆为代表。膨胀玻化微珠保温隔热砂浆由膨胀玻化微珠与膨胀玻化微珠保温胶粉料按照一定的比例搅拌均匀混合形成，是一种新型无机保温砂浆材料，具有施工方便、综合性能好等特点，有着良好的应用前景。另外还有一种主要用于内墙保温的石膏无机保温砂浆，以石膏、玻化微珠、粘结剂、玻纤网格布为材料配制而成，具有良好的抗裂性能，施工方便。

复合绝热砂浆主要有复合硅酸铝保温砂浆，由于该砂浆含有纤维状硅酸盐材料， 孔隙率较高，因此具有保温性能好、强度高等特点。

2.3 隔热涂料

目前常见的保温隔热涂料根据工作机理的不同，可分为阻隔型、反射型、辐射型、混合型四种。阻隔型保温隔热涂料有气凝胶涂料、 空心玻璃微珠、硅藻土粉等。 反射型保温隔热涂料所用高反射率、高气孔率、低导热系数的隔热颜填料金属氧化物有钛白粉、氧化锌等。 辐射型保温隔热涂料通常采用具有高热发射率的金属氧化物等作为功能填料，如二氧化锰、氧化铁、氧化铜的尖晶石型物质。

2.4 墙体节能结构材料

现已推广使用的种类有加气混凝土砖块、聚苯乙烯混凝土空心砖、陶粒混凝土空心砖、EPS 砖块、混凝土空心砖、模网混凝土等。 其中墙体结构承重材料以加气混凝土砌块或粉煤灰砖（砌块）为主，非承重墙多用空心砖。

2.5 玻璃类

节能玻璃主要有四种形式：泡沫玻璃、热反射玻璃、 低辐射玻璃、中空玻璃。 泡沫玻璃是以工业废弃物、发泡剂、添加剂经过高温熔化后发泡、退火形成的轻质材料，能达到隔热、保温、吸音等效果。热反射玻璃主要用来制成中空玻璃或夹层玻璃窗，应用于夏热冬暖的地区。低辐射玻璃根据不同类型分为高透型LOW-E 玻璃（适合寒冷的北方地区）、遮阳型LOW-E 玻璃（南北地区都适用）和双银型LOW-E 玻璃。 LOW-E 真空玻璃使用活性纳米银层，使用年限可达50年以上。中空玻璃的玻片之间存在干燥的气体，具有良好的的保温、隔音功效，在成本上又比真空玻璃要低，所以中空玻璃应用较为广泛。

3 节能环保建筑材料的发展趋势

虽然节能环保材料种类繁多但能够同时满足节能、强度、阻燃等要求的材料还没有出现。因上海市发生的保温墙体火灾，有的地区已停止使用外墙外保温系统及保温装饰板。真空板发展前景较好但其工艺复杂，所以研究开发高性价比的节能环保材料是当务之急。