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美国的新型建筑节能墙体材料

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美国的新型建筑节能墙体材料

发布日期:2017-03-30 作者: 点击:

    上个世纪七十年代的能源危机后,美国政府和民众愈加意识到节约能源的重要性。在美国,由于建筑的能源消耗占美国所有能源消耗的1/3,因此在建筑中提篼能源利用效率尤为重要,新型的节能建筑材料得到了很快的发展。本文将对几种主要的新型节能墙体材料在美国民用建筑中的应用情况及其发展背景做一分析介绍。


  1美国新型墙体材料的发展背景美国的民用建筑主要有单体住宅和公寓式住宅两大类,其中单体住宅占大多数,主要分布于城市的近郊、远郊和乡村地区。单体住宅多以天然气和电力为主要的能源供应方式,采用独立的供热、空调系统。因此,美国在提篼民用建筑能源利用效率方面采取了两方面的措施:在建筑中使用节省能源的器具和设备,在采暖、制冷、照明等方面减少能樨的消耗。一般来说采暖和制冷是建筑中使用能源最大的部分,可编程的自动调温器等民用建筑中附加的能源利用效率控制措施能极大地减少这些系统中的能源消耗。另外,一些家庭采用了分带加热和制冷系统,这种系统能减少房屋中不经常使用空间热量和冷气的供给。


  加强围护结构的保温隔热,包括门、窗、墙体、基础、屋顶等将建筑的内、外部环境分隔开的一系列设施,在保证建筑舒适性的同时减少能源的消耗。美国使用防风雨外重窗和门来减少热量流失。炎热地区的窗户采用特殊玻璃将热童阻挡在外边而只让阳光进人。门窗的挡风雨条也明显地提篼了建筑的能源使用效率。


  2新型建筑节能墙体材料围护结构最大的一部分是墙体,在此方面,美国使用多种新型节能墙体材料来加强围护结构的保温隔热:(1)外墙保温及饰面系统(EIFS)。该系统是在上世纪70年代末最后一次能源危机时期出现的,最先应用于商业建筑,随后开始了在民用建筑中的应用。今天,EIFS系统在商业建筑外墙使用中占17.0%,在民用建筑外墙使用中占3.5%,并且在民用建筑中的使用正以每年17.0%~18.0%的速度增长。此系统是多层复合的外墙保温系统,在民用建筑和商业建筑中都可以应用。EIFS系统包括以下几部分:主体部分是由聚苯乙烯泡沫塑料制成的保温板,一般是1~ 4英寸厚,该部分以合成粘结剂或机械方式固定于建筑外墙;中间部分是持久的、防水的聚合物砂浆基层,此基层主要用于保温板上,以玻璃纤维网来增强并传达外力的作用;最外面部分是美观持久的表面覆盖层。为了防褪色、防裂,覆盖层材料一般采用丙烯酸共聚物涂料技术,此种涂料有多种颜色和质地可以选用,具有很强的耐久性和耐腐蚀能力。在美国,利用玻璃纤维做保温材料的空心墙体的R值介于6~ 15之间,而采用EIFS做为外墙材料后,R值最篼可以达到25.因为几乎没有梁或其他的构件需要穿过EIFS材料,因此大大地减少了建筑外墙的冷桥。与传统砖、木外墙结构相比,EIFS系统可以减少空气渗透量55%.EIFS系统提供了。


  很多的设计选择,可以利用计算机辅助设计出各种与建筑的拱、柱、梁、墙角和装饰造型等细部精确配合的部件,其节能、隔音、防渗透效果是普通外墙材料所无法比拟的。


  建筑保温绝热板系统(SIPS)。此材料可用于民用建筑和商业建筑,是高性能的墙体、楼板和屋面材料。板材的中间是聚苯乙烯泡沫或聚亚安酯泡沫夹心层,一般4到8英寸厚,两面根据需要可采用不同的平板面层,例如在房屋建筑中两面可以采用工程化的胶合板类木制产品。用此材料建成的建筑具有强度高、保温效果好、造价低、施工简单、节约能源、保护环境的特点。SIPS般4英尺宽,最大可以做到24英尺长,尺寸成系列化,很多工厂还可以根据工程需要按照实际尺寸定制,成套供应,承建商只需在工地现场进行组装即可,真正实现了住宅生产的产业化。防火和防止虫蚁咬噬是该产品需要重视的两个问题,一般可以通过采用防火的面层及在施工前后向板中添加杀虫剂的方式来解决。今天,SIPS材料正在逐渐取代战后一直在美国民用和小型商业建筑中广泛应用的龙骨框架、玻纤隔热的传统墙体保温体系。


  隔热水泥模板外墙系统(ICFS)。该产品是一种绝缘模板系统,主要由循环利用的聚苯乙烯泡沫塑料和水泥类的胶凝材料制成模板,用于现场浇筑混凝土墙或基础。施工时在模板内部水平或垂直配筋,墙体建成后,该绝缘模板将做为永久墙体的一部分,形成在墙体外部和内部同时保温绝热的混凝土墙体。混凝土墙面外包的模板材料满足了建筑外墙所需的保温、隔声、防火等要求。目前使用较多的RAS-TRA材料是ICFS类材料的一种,是20世纪70年代由RASTRA公司开发,近年来在美国和加拿大广泛采用,该材料的构造是利用内部连贯的水平和垂直的孔槽铺设钢筋混凝土,形成承重墙、剪力墙、过梁或建筑的其他部分,比一般的ICFS系统更加节省混凝土的用量。ICFS系统条板中还可以铺设门窗框及管路。此外墙系统可制成标准的方块,也可以制成用于窗台、墙角等处的特殊构件,可采用普通木工工具在施工现场切割。由于保护性的绝热模板提供了非常好的养护环境,该系统混凝土墙体强度要比在传统木模板中养护的混凝土墙体强度篼50%,与传统建筑材料相比,此种材料具有耐久、高强、隔音、防火、耐腐、节能等特点,同时也存在一些装卸和安装过程易破损、运输效率低的问题,但可以采用特殊的运输措施得到解决。


  除此之外,还有一些其他的节能材料,例如稻草砖、空气压实稳定土(PISE)、以及其他一些松散填充材料、平铺和喷射的保温材料等也都在埔体保温隔热中得到了很好的利用。


  3影响新型节能墙体材料使用的其他因素近年来,这几种新型建筑节能墙体材料陆续被引进我国,但在这些材料的应用中也不能盲目照搬,我们还需要注意一些影响这些新型节能墙体材料使用的其他因素。


  第一、美国的设计师在建筑设计的前期就对如何利用各种节能建筑材料来提高能源利用效率进行了有效的规划。


  在低能耗建筑设计方面,设计人员普遍利用ENERGY- 10等计算机软件来辅助设计,这些软件集合了材料选用、太阳能利用、低能耗冷却策略、高能效建筑外型设计和机械设备能耗等各个方面。


  第二、为了保证节能建筑材料确实达到节省能源的效果,同时也为了保证供热、制冷、照明、通风及其他机械动力系统能协同工作来有效地利用和节省能源,美国的商业建筑和民用建筑在整个服务周期中,都要进行一系列的节能测试和校正。为了明确现有房屋的能源消耗现状,居民住户可以按照一整套现成程序很简单地自己来进行房屋的节能审核,也可以委托专业能源审计师来进行这项工作。美国的建筑师们认为:一旦建筑开始服役,适当的运行保养对有效的利用能源是最重要的。


  除此之外,近年来,美国在建筑节能的理念上有了一些新的变化,这些变化也不同程度地反映在对节能建筑材料的选用上。在上个世纪八十年代初美国强调的是节省能源,建筑节能的宗旨是尽量少用能源,因此人们在能源的使用上要有所牺牲,在建筑节能的激励上是强调利它主义,而且建筑使用者在建筑节能方面所处的地位也是被动的;而本世纪初以来美国强调的是提高能源利用效率,其宗旨是更加聪明地使用能源,人们在能源的使用上力求最优化,在建筑节能的激励上强调的是节约和效益,建筑使用者处于主动的位置。


  美国建筑在消耗大约1/3的能源的同时也制造出大约35%的温室气体,因此,其建筑节能事业的最终目标是发展为与环境相协调的可持续性发展系统。


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