建筑功能材料论文范文

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关键词：材料检测；节能材料；建筑施工

中图分类号：TU201.5 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2013）03-（页码）-页数

1.围护结构墙体、屋面、地面工程

当前，浙江大部分地区采取外墙外保温方式对建筑物进行节能保温，该方式具有保护主体结构、延长建筑物使用寿命、防止“热桥”和“结露挂霜”现象，不占室内空间、增大使用面积等优点。通过统计检测工作中的检测数据发现，在实际节能工程中，无论是采用定型产品、成套或非成套技术，95%以上建筑物的节能工程在整体热导率、密度、强度等方面均能达到规范或标准的要求，能够有效保证节能工程的施工质量。但在检测工作过程中发现，仍然存在以下问题。

1.1保温材料阻燃性

保温材料的燃烧性能、氧指数两项指标不合格率较高，这给建筑物的防火性能带来了极大的隐患，近年来由此引起的火灾次数也呈现逐步增高趋势，保温材料的阻燃性有待进一步提高。同时，要提高建筑物的防火性，单纯提高保温材料的阻燃性效果并不明显，还需从优化保温系统结构、施工工艺，开发研制新型耐火保温材料等多方面着手，从而提高建筑物防火性能。

1.2保温材料吸水量

大部分地区对保温材料的强制检测都忽略了保温材料吸水量的问题。由于保温材料尤其是胶粉聚苯颗粒保温浆料相对其他密实墙体材料吸水量要大，对于冬季易结冰的北方地区来说，保温材料的冻胀极易引发或直接造成系统开裂，因此在施工过程中应加以注意。

1.3检测工作中遇到的问题

在检测工作中也遇到了一些难于检测和不便检测的项目：包括现场拉拔试验和保温浆料的同条件试样两方面。在保温板材与基层粘结强度的现场拉拔试验中，特别要注意剔除由于粘结面积不足造成的异常数据。同时，拉拔试验中，部分试样的破坏部位出现在粘结面上而非保温板材内，需重新试验，给检测工作带来不便。对于采用保温浆料做保温层的工程，要求制作同条件试件，检测其热导率、强度及密度。但在实际检测过程中，发现测试时间过长，尤其是保温浆料强度的测试需5—6d，同时《规范》中也未指明对检测结果不合格的处理意见—应复检、拆除、还是修补，影响了检测工作的时效性，并对处理不合格材料在实际操作上造成了一定的困难。

2.外窗工程

外窗是影响建筑能耗的主要因素之一，尤其是门窗的单体面积日趋大型化和墙体化，导致其空气渗漏问题日益突出，门窗的节能性对建筑发展以及能源的有效利用显现出举足轻重的作用。目前我国住宅多采用带隔热条的铝塑复合窗，在对其物理性能和保温性能的检测过程中也发现了如下问题。

2.1试验室检测

外窗进场复验的参数包括气密性、水密性、抗风压及热导率四项，通过统计发现，送检的外窗普遍能够满足规范的要求，仅有5%左右的外窗气密性、热导率不达标。造成这些外窗气密性不达标的原因大多集中在窗框与窗扇结合不严密，或窗扇密封条安装不合格方面；而造成门窗热导率不合格的原因则集中在框扇隔热设计不合理和中空玻璃热导率较大两方面。

2.2现场检测

外窗现场检测的参数为气密性、水密性两项，通过统计发现，现场检测比试验室复验检测不合格率高出15%。通过现场检查和了解发现，空气渗漏主要现象是门窗框与四周的墙体连接处渗漏和推拉窗滑槽构造设计不合理，空气渗漏严重。造成这种现象的原因主要是门窗框与墙体间注胶不足、有缝隙，门窗工艺不合格，窗框与窗扇之间结合不严，窗扇密封条安装不合格几方面，也不排除部分工程存在弄虚作假现象。因此，一方面要改进施工工艺，另一方面要严格监控施工过程，以提高外窗气密性。

2.3外窗用中空玻璃

中空玻璃检测参数为可见光透（反）射比、遮阳系数、中空玻璃露点。在检测过程中发现，中空玻璃露点的不合格率较高，主要原因集中在中空玻璃密封性不好、内部不干燥，因此还需加强中空玻璃制造工艺和密封性。同时也有小部分玻璃遮阳系数虽达到要求，但因为其低辐射膜质量较差，造成可见光透射比较低，影响了室内采光效果。

随着建筑节能工作的进一步开展，以及人们对居住舒适性要求的不断提高，越来越多的建筑物开始采用遮阳设施进行隔热，遮阳设计得到了进一步发展和完善，从简单遮阳板到统一设计安装的内外综合可调遮阳装置，遮阳设施的应用开始发展起来。但这些遮阳设施的安全性、耐久性、美观舒适性以及所附属的电力驱动装置的安全性，只有通过标准的检测，人们才能放心使用。因此急需出台相关的标准等：建筑节能工程施工与检测应注意的问题规范来控制遮阳产品的质量问题。

3.系统节能性能检测

采暖、通风与空调、配电与照明工程的能耗在建筑物总耗能中占很大比重，这些工程的设计是否合理、安装完成后是否能正常运行以及运行的效果如何，直接影响建筑物的能耗，因此系统节能性能的检测至关重要。在检测过程中发现，尽管《规范》在可操作性方面下了很大的工夫，但由于系统检测的庞杂，运行管理单位以及热用户的配合等问题，实际的系统节能检测仍存在诸多困难和问题。

3.1室内温度检测

温度检测需在冬季和夏季分别进行，耗时较长，尤其在标准实

施之后，室内温度测试时间需整个采暖期，操作不方便。同时规范中对居住建筑的测试要求是每户都要测试，工作量大，遇到已入住的居住建筑尤其困难，在检测过程中经常遇到不配合的住户，往往一栋居住建筑需要往返现场几次，需多方协调才能测试完毕，检测实施较困难。

3.2采暖系统室外管网水力平衡度、补水率、热输送效率检测

检测中发现，很多居住建筑的水力平衡度、补水率远远超过设计值或规范的要求值。现场实测的热力管的水流量远超设计值或远低于设计值，水力失衡严重，表现在室内温度上就是有的住户室内温度超过25℃，而同一栋建筑的另一住户室内温度却仅为11℃。造成水力失衡的原因是多方面的，其主要原因是供热的循环水量，它不是以系统中所设计的每一栋楼的设计供热量所需的设计流量值平均分配，实际情况是近处楼区大流量，远处楼区循环流量不足，流量分配不均匀，造成在同一热网采暖区域中，“远处末端冷，近处超温过热”的水力失衡现象。同时由于采暖系统设计和安装的不合理，流量和压力的分配无法做到合理有效，也是造成供暖水力失衡的原因之一。

在检测过程中还发现实测的补水率大部分在2%以上，远远大于规范中0.5%～1%的要求，有的工程提供的补水率甚至超过了5%，因此优化采暖方式、提高采暖工程施工质量和运行管理水平至关重要。

事实上，采暖系统安装完成后，其运行调试至关重要，系统检测过程发现的问题，往往并非系统设计或设备本身有问题，而是由于系统运行不正常造成的。未进行良好运行调试的系统，往往需多次往返现场进行重复测试，耗费大量的时间和人力物力。另外还需注意的是整个供暖系统在运行稳定后，各项参数的检测应同时进行，测得同一时间内的室内温度与流量可互相印证，有利于发现系统存在的问题。而检测操作中遇到的主要问题是：有的热力入口的有效直管段太短，超声波流量计无法安装；有的热力入口老旧，热力井内有积水、淤泥等杂物影响检测。因此在现场检测过程中还需灵活变通，寻找适宜的检测部位。

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关键词：相变建筑材料；发展现状；策略

中图分类号：TU5 文献标识码：A 文章编号：

近些年来，相变材料（PCM）的开发和利用受到了人们的普遍关注。相变材料具有物相变化特性，在物相变化过程中能吸热或者放热，从而实现能量储存或者释放的效果。采取一定的技术手段将相变材料 和常规建筑材料复合在一起，便会得到一种新型储能建筑材料（PCBM），不仅保留了原有建材的优点，还继承了相变物质的优点。当存储相同热量时，相变建筑材料体积远远小于普通建筑材料的体积。另外，相变建筑材料对温度变化较为敏感，能根据室内温度变化进行能量的存储或者释放，大幅提高了室内环境的舒适度。[1]相变建筑材料的应用还处于起步阶段，有着非常广阔的市场前景。相关专家表示，如果将相变建筑材料广泛应用于房屋建筑中，那么可减少百分之五十用于加热或者制冷的电力消耗。

相变建筑材料的发展现状

1.1相变建筑材料的发展历程

相变材料应用于建筑材料始于1980年。近些年来，相变材料和相关建筑材料（如石膏板等）的结合更为深入，大大提高了建筑结构的热能存贮效果。上世纪80年代，相关研究人员对相变材料（无机物和有机物）进行了严格的筛选工作。

早期研究重点放在了无机水合盐这一领域，如Na2SO4·10H2O和CaCl2·6H2O，这两种材料尽管熔点合适、潜热较大、价格便宜，但存在“过冷”、“析出”、腐蚀以及吸潮等弊端而被排除。接着，人们将研究视线转移到了低挥发性无水有机物这一领域，如聚乙二醇、脂肪酸以及石蜡衍生物等[2]。该类材料在物理化学性能方面较为稳定，再加上良好的热行为以及可调的相变温度，因而具有一定的开发潜力。

最近几年，国内外开始致力于有机相变建筑材料的研究，包括石蜡烃、脂肪酸以及多元醇类等。正烷烃的熔点和人体舒适温度较为接近，相变焓大，缺点是价格贵，且会造成建材表面结霜；脂肪酸价格便宜，相变焓小，单独使用时，对量的需求很大；多元醇不仅具有固定相变温度，还具有固定相变焓，缺点是价格偏高。

为了解决单一相变材料存在的问题，人们对二元及多元相变体系展开了进一步的研究。目前，主要存在两种复合方式：1）将正烷烃与脂肪酸类、多元醇类相变材料混合，从而实现以更低成本获得效果更好的复合相变材料；2）将两种或三种多元醇进行一定比例的混合，最终形成“共融合金”，以实现对相变温度或者相变焓的有效调节[3]。

相变材料混合物的研发和应用，极大地推动了相变建筑材料的发展，主要表现在以下几个方面：1）在选用相变材料时，有效克服了纯物质熔点的限制问题，拓宽了筛选范围，人们可以选择两种或者两种以上、具有不同熔点的纯物质去制作所需要的相变材料混合物，从而降低了制造费用；2）由于组元的不同以及成分的可改特性，为相变温度的可连续调整奠定了基础；3)应注意组元的适当选取，使混合物部分或者全部继承某些组元的优点，如对烷烃和醋类进行有机混合，一方面有助于相变潜热的保留，另一方面有助于表面结霜的抑制。

1.2相变建筑材料的应用

在建筑领域，如何高效应用相变材料是一个值得深入研究的课题。为使相变建筑材料达到最佳节能的要求，应结合相关因素（包括建筑构造、气候环境以及使用目的等），对相变建筑材料以及换热方式进行科学布置[4]。

1.2.1相变材料和混凝土结合，用于构筑建筑墙体

在建筑节能领域，相变储能混凝土在热容方面远远优于普通混凝土。将相变储能混凝土用作外墙体材料，有助于保持室内温度的稳定，改善室内热舒适性，同时达到节能的目的。在上世纪70年代，Chahroudi等人就以芒硝等无机相变材料，并通过直接浸泡法制备了相变储能混凝土，值得一提的是，该类相变材料将会对混凝土基体产生一定的腐蚀作用。张东等人对相变混凝土的制备方法和热性能进行了深入的研究。他们采用“两步法”，即先制备定形相变材料——骨料，然后再采用相变储能骨料，用普通混凝土的制备技术配制了相变储能混凝土。所得到的相变储能混凝土在储热效果方面远远好于一般混凝土。Kuznik等人用数值模拟方式研究一种含新型相变材料的墙体的热性能，试验显示，相同气候条件下与不含相变材料墙体相比，含相变材料的墙能够有效控制室内温度波动，当天气过热时，效果的更加。研究显示，利用以下方法可将相变材料有效地包容于混凝土中：1)将相变材料吸入多孔材料； 2)将相变材料吸入超细的特殊SiO2材料中； 3) 将相变材料渗入聚合物载体中[5]。

1.2.2 相变材料和室内轻质围护材料结合

在建筑围护结构中，引入相变储能技术，一方面能够大幅提高室内环境的热舒适性，另一方面能够有效降低空调系统的相关消耗（包括投资及能耗）。这对于建筑节能技术发展和应用而言，具有非常重要的现实意义。将相变材料和水泥石膏或者高分子聚合物有机的复合在一起，能够制成轻质板材或者浆料。在墙板、地板以及天花板的施工中，如果采用上述轻质板材，并结合适当的换热方式，那么将会获得良好的节能及蓄热效果。Dariusz Heim等人做过如下试验：在被动式太阳能房间中，分别采用各种相变石膏板，然后对各自的热性能以及储热效果进行数值测试。试验结果显示，相变石膏板的应用能够实现对太阳能的充分利用，理想条件下，甚至能够节省百分之九十的采暖费用。德国弗赖堡夫琅费太阳能系研究所研制出了一种具有冬暖夏凉效果的内墙砂浆，其原理是在水泥中掺入一定数量的、装有石蜡的微胶囊，如此一来，30mm厚的这种砂浆墙体在热容量方面可媲美400mm厚的水泥墙体。

1.2.3相变材料和纤维等软质材料相结合

将相变材料和纤维等软质材料有机的结合在一起，所制成的建筑材料通常具有良好的保温隔热效果，这正是当今高效节能理念所要求的。将相变材料和纤维复合，并用于调温壁纸以及百叶窗的制作，能够大幅降低窗户的热流损失，从而维持室内温度的恒定。B.Pause等人对两种窗帘（一种含有相变材料，另外一种不含相变材料）进行了深入的对比研究，以揭示二者在热流损失上的差异。用于试验的且含有相变材料的窗帘是一种三层织物，其中间一层为填充有相变材料的泡沫层。该种窗帘能够利用相变材料实现对吸热、散热的有效调节，能够明显降低热流量损失，最高可达百分之三十[6]。美国专家曾研制成功一种调温壁纸，当室温高于210C 时，将发生吸热作用，当室温低于210C 时，将发生放热作用。该种调温壁纸通常被设计成三层：1）靠墙的里层采用绝缘材料，将冰冷的墙体有效隔离开来；2）中间层属于调节层，含有相变材料成分，能发挥吸湿、蓄热的功能；3）外层应美观大方，适合装饰图案的印刷。

2.相变建筑材料的发展策略

未来，相变建筑材料的发展策略可参考以下几点：1)针对不同的室内外环境特点，开发出具有合适相变温度与相变焓、在长期使用过程中物理化学性能稳定、性价比较高的适合用于建筑节能的相变材料。研究改善相变材料的导热性能，提高其相变速率的方法；2)研究相变材料与普通建筑材料的结合方式。研究掺入相变材料后，相变材料与普通建筑材料的相容性及混合后材料的储热传热机械及防火特性；3)在不同热(冷)源形式的供暖、空调系统中，针对不同的使用条件(包括气象条件)，开展带相变建筑节能材料建筑传热过程的数值模拟研究和与模拟研究对应的实验研究[7]。

3.结语

相变建筑材料是一种有别于普通建材的新型建筑功能材料。该类建材的应用，能够大幅降低建筑能耗，因而具有广阔的应用前景。随着世界能源的日益紧张，人们越来越关注建筑节能问题，在这种背景下，相变建筑材料将会迎来新一轮的研究热潮，获得更进一步的发展。

参考文献：

[1] 张巨松,金亮,吴晓丹. 相变材料发展及在建筑节能工程中的应用[J]. 辽宁建材. 2010(02).

[2] 赵杰,唐炳涛,张淑芬,王云明. 有机相变储能材料研究进展[J]. 中国科技论文在线. 2010(09).

[3] 陈美祝,郑少平,吴少鹏,徐光霁. 月桂酸/有机蒙脱土复合相变材料实验研究[J]. 武汉理工大学学报. 2010(18).

[4] 姜葱葱,高子栋,李国忠. 相变建筑节能材料的制备及性能研究[J]. 墙材革新与建筑节能. 2011(04).

[5] 陈宝春. 节能型相变储能建筑材料研究综述[J]. 科技信息. 2011(12).