5  新型的绿色化建筑材料

由于一些传统建材工业，如水泥业、黏土砖瓦业等大量消耗能源，污染环境，而且产品性能上逐渐不能满足现代建筑业的要求，严重影响着社会可持续发展。因此，在国家建材和建筑业发展的产业政策中，发展新型建材一直是主导方向之一。但是，新型建材是一个相对和发展的概念，其演变在时空上既具有连续性，也具有阶段性。纵观我国新型建材的发展历程，它的内涵随着我国生产力发展水平和环保意识的提高，一直在不断深化与发展。早期的新型建筑材料往往被理解为不同于传统的砖、瓦、灰、砂、石等建筑材料，节能、代钢、代木、利废等材料成为主要产品。随着资源逐渐枯竭、能源持续短缺、环境污染日趋恶化，新型建材逐渐向少用或不用黏土原料，生产过程中节能降污，以及发展具有显著建筑节能的材料等方向发展。到上个世纪九十年代后期，新型建材的内涵发展为“用新的工艺技术生产的具有节能、节土、利废、保护环境特点和改善建筑功能的建筑材料”，例如：我国新型墙体材料、防水材料、保温隔热材料、环保型装饰装修材料等新型建材得到很大发展。

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5.1 透明的绝缘材料

绝热是一种防止热量损失和实现能源经济使用的最简单方法，建筑绝热的主要功能是防止热量泄漏、节约能量、控制温度和储存热能。传统的绝缘材料是迟钝和多孔渗水的，而且可以划分为含纤维的、细胞的、粒状的和反射型。这些绝缘材料的热性能是根据热传导率来说明的。惰性气体是一种很好的绝缘材料，它的热传导率（K）是0.026W/m·K。远古的人就是利用气体的这种绝缘特性在外衣内加一层毛皮来抵御严冬的。一些普遍的绝热材料如玻璃纤维（K=0.0325）、水合硅酸铝（K=0.035）、渣绒（K=0.0407）和硅酸钙（K=0.057）都有很低的热传导率，这主要取决于固体媒介中心的气体单元个数。气体单元的直径大概是0.09μm，它比气体平均自由行程还小。通过绝缘材料的传热是靠固体媒介的传导、对流和辐射穿过气体单元的。还有一些热能损失是由于绝缘惰性材料自身的热能系统。

透明的绝缘材料表现出在气体间隙中一种全新的绝热种类，它们被用来减少不必要的热能损失，这些材料是由浸泡在空气层中明显的细胞排列组成的。就透明固体媒介中的气体间隙而言，这些材料和传统绝缘材料很相似。透明的绝热材料对太阳光是透射的，然而提供很好的绝热性，它使建筑物室外热能系统得到更多的太阳光应用，被用作建筑物的透明覆盖系统。透明绝缘材料的基本物理原理是利用吸收的太阳辐射波长和放出不同波长的红外线。高太阳光传送和低热量损失系数是描述透明绝缘材料的两个参数。高光学投射比可以通过透明建筑材料，例如低钢玻璃、聚碳酸脂薄墙或光亮的凝胶体来实现。低热辐射损失可以通过涂上一层低发射率的漆来实现，低热传导率可以通过薄壁蜂房形建筑材料的使用来实现。低对流损失可以通过使用细胞形蜂窝构造避免气体成分的整体运动来抑制对流。这些特性联合起来使各种各样的透明绝缘材料得以实现，这些材料的U值低于1W/m2.0C，而阳光传送率则高于80％。

5.2 相变材料

一般来说，储量会由于资源和负荷的失谐而减少。热能可以以焓的形式储存起来，它是因为储存的材料温度会随着能量的储量而变化的，焓的储存包括了热容量和温差。热能的储量可以通过材料的质量给出：

Qs = MosCos(T02-T01)其中T01和T02分别代表材料的初始温度和终温。水拥有高储存容量和优良的传热特性，因此在低温应用中水被视为最好的热量储存材料。碎石或砂砾同样适合某些应用，它的热容大概是水的五分之一，因此储存相同数量的热能需要的存储器将是储水的五倍。对于高温热储存，铁是一种合适的材料。在潜热储存阶段，由于吸收或者释放热能材料的温度保持不变，这个温度等于熔化或者汽化的温度，这称为材料的相变。Telkes已经对不同潜热的储存材料的热力性质和其他特性进行了比较。建筑中供暖应用最合适的一种材料是硫酸钠十水合物，它在32℃的时候发生相变情况如下：

Na2SO4.10H2O(固体) --- Na2SO4 + 10H2O（液体）

它的密度是1472Kg/m3，热容是251KJ/kg。因此每立方米材料可以储存369472kJ的能量，而潜热储存系统比起显热储存系统更加的简洁。氯化钙、六氢氧化物是另一种可能进行相变储存的材料。

相变材料的一个重要优势就是轻质的建筑物可以增加热量，这些建筑由于它们的低热量，所以可以发生高温的波动，这将导致高供暖负荷和制冷负荷。在这样的建筑中使用相变材料可以消除温度的起伏变化，而且可以降低建筑的空调负荷。一种有效的作法是建筑中应用了PCM，将PCM注入到多孔渗水的建筑材料中，这样可以增加热质量。这样潜热储存系统比显热储存系统更加简洁。

另一种为人所知的储存是热化储存，在吸热化学反应过程中，热量被吸收而产物被储存。按照要求在放热反应过程中，产物释放出热量。化学热泵储存要和吸收循环的太阳热泵结合在一起。利用这种方法，在白天使用太阳能将制冷剂从蒸发器中的溶液蒸发出来，然后存储在冷凝器中。当建筑中需要热量的时候，储存的制冷剂在溶入溶液之前在室外的空气盘管中蒸发，从而释放存储的能量。

5.3 硅纤陶板

硅纤陶板，又称纤瓷板，是近几年开发的新型人造建材。与天然石材相比，具有强度高、化学稳定性好、色彩可选择、无色差、不含任何放射性材料等优点。它的表面光洁晶亮，既有玻璃的光泽，又有花岗岩的华丽质感。可广泛用于办公楼、商业大厦、机场、地铁站、购物娱乐中心等大型高级建筑的内外装饰，是现代建筑外、内墙装饰中，可供选择的较为理想的绿色建材。

硅纤陶板采用陶瓷粘土为主要原料，添加硅纤维及特殊熔剂等辅料，经辊道窑二次烧制而成。成品的坯体呈现白色，属于陶瓷制品中的白坯系列，较普通瓷砖的红坯系列，不仅密实度较高，且杂质含量少。硅纤陶板的原料陶瓷粘土，是一种含水铝硅酸盐的矿物，由长石类岩石经过长期风化与地质作用生成。它是多种微细矿物的混合体，主要化学组成为二氧化硅、三氧化二铝和结晶水，同时含有少量碱金属、碱土金属氧化物和着色氧化物。它具有独特的可塑性和结合性，加水膨润后可捏成泥团，塑造成所需要的形状，再经过焙烧后，变得坚硬致密。这种性能构成了陶瓷制作的工艺基础，使硅纤陶板的生产成为可能。

由于陶瓷粘土矿分布面广、蕴藏量丰富，因此价格相对较低。生产资源的优势亦使硅纤陶板的生产可以不受地域的限制，故较易推广。

在提倡节约能源的今天，确实应该提倡使用硅纤陶板。因为它是由粘土烧制而成，生产这种板材与开采石料相比，能降低近40%的能源消耗，并减少了金属材料的使用。同时，由于硅纤陶板薄，传热快而均匀，烧成温度和烧成周期大大缩短，使烧制过程中的有害气体排放量可减少20%-30%，保护了环境。

5.4 玻晶砖

以碎玻璃为主要原料生产出的玻晶砖是一种既非石材也非陶瓷砖的新型绿色建材，玻晶砖是由碎玻璃为主, 掺入少粘土等原料, 经粉碎、成型、晶化、退火而成的一种新型环保节能材料。玻晶砖除可制作结晶粘土砖外, 也可制作出天然石材或玉石的效果, 有多种颜色和不同规格形态, 通过不同颜色的产品搭配, 能拼出各种各样富于创意空间的花色图案, 美观大方。可用于各种建筑物的内外墙或地面装修。表面如花岗岩或大理石一般光滑的玻晶系列产品可显示出豪华的装饰效果。采用彩色的玻晶砖装修大内墙和地面, 其高雅程度可与高级昂贵的大理石或花岗岩媲美。而且, 这种产品还具有优良的防滑性能以及较高的抗弯强度、耐蚀性、隔热性和抗冻性，是一种完全符合减量化、再利用、资源化三原则的新型环保节能材料。

6  绿色建材的发展趋势

近二十年来，欧美、日等工业发达国家对绿色建材的发展非常重视，已就建筑材料对室内空气的影响进行了全面、系统的基础研究工作，并制订了严格的法规。1992年联合国召开了环境与发展大会，1994年联合国又增设了可持续产品开发工作组。随后，国际标准化机构也开始讨论环境调和制品的标准化，大大推动着国内外绿色建材的发展。

6.1 绿色建材在国外的发展

为了绿色建材的发展，1978年德国发布了第一个环境标志“蓝天使”，使7500 多种产品得到认证。美国环保局(EPA)和加州大学设置了室内空气研究计划，研究和制订了评价建筑材料释放VOC的理论基础，确定了测试建筑材料释放VOC的体系和方法，提出了预测建筑材料影响室内空气质量的数学模型。1988年加拿大开始环境标志计划，至今已经有14个类别的800 多种产品被授予环境标志。丹麦、挪威推出了“健康建材”(HMB)标准，国家法律规定，对于所出售的涂料等建材产品，在使用说明书上除了标出产品质量标准外，还必须标出健康指标。瑞典也积极推动和发展绿色建材，并已正式实施新的建筑法规，规定用于室内的建筑材料必须实行安全标签制，并制订了有机化合物室内空气浓度指标限值。另外，芬兰、冰岛等国家于1989年实施了统一的北欧环境标志。1988年日本开展环境标志工作，至今已经有2500 多种环保产品，十分重视绿色建材的发展。目前,国际对于绿色建材的发展走向有以下3个主流观点：

1）删繁就简：这主要是针对一些地方存在的铺张浪费和豪华之风而言的。国外已经将省钱(saving money)当作可持续发展建筑的一项指标。创造一种自然、质朴的生活和工作环境与可持续发展是一致的,也是建设节约型社会的必然要求。

2）贴近自然：选用自然材料,提倡突出材料本身的自然特性,例如木结构建筑。第一次世界大战时期开始流行起来的稻草板建筑材料有其生态优势,其主要原料稻、麦草是可再生资源；生产制造过程中不会对生态环境造成污染等，这些都是发达国家的用材趋势。

3）强调环保：主要包括以下几个方面。

A、有益于人体健康，例如加拿大的Ecologo标志计划和丹麦的认证标志计划等,就主要是从人体健康方面出发来考虑的。

B、有益于环境，对于生态环境材料,不仅要求其不污染环境,而且还要求其能够净化环境。如带有TiO2光催化剂的混凝土铺路砌块已开始走出试验室,铺设在交通繁忙的道路边的步行道,进行消除氮氧化物、净化空气的应用性试验。

C、减少环境负荷。一是降低能量损耗,减少环境污染；二是充分利用废弃物,以减少环境负荷。利用固体废弃物研制建筑材料是绿色建材发展的最重要的途径。

6.2 绿色建材在中国的发展

改革开放以来，随着我国经济、社会的快速发展和生活水平日益提高，人们对住宅的质量与环保要求越来越高，使绿色建材的研究、开发及使用愈来愈深入和广泛。建筑与装饰材料的“绿色化”是人类对建筑材料这一古老的领域的新要求,也是建筑材料可持续发展的必由之路。我国的环境标志是于1993年10月公布的。1994年5月17日中国环境标志产品认证委员会在北京宣告成立。1994年在6类18种产品中首先实行环境标志，水性涂料是建材第一批实行环境标志的产品。1998年5月，国家科技部、自然基金委员会和863计划新材料专家组联合召开了“生态环境材料讨论会”，确定“生态环境材料”应是同时具有满意的使用性能和优良的环境协调性，并能够改善环境的材料。我国“绿色建材”的发展虽然取得了一些成果,但仍处于初级阶段,今后要继续朝着节约资源、节省能源、健康、安全、环保的方向发展,开发越来越多的、物美价廉的绿色建材产品,提高人类居住环境的质量,保证我国社会的可持续发展。要实现绿色建材的可持续发展，我们必须做好以下几个方面的工作。

1）必须树立可持续发展的生态建材观。

要从人类社会的长远利益出发,以人类社会的可持续发展为目标,在这个大前提下来考虑与建筑材料生产、使用、废弃密切相关的自然资源和生态问题,即建材的循环再生、资源短缺、生态环境恶化及与地球的协调性问题。

2）要提高全民的环保意识,提倡绿色建材。

社会环境意识的高低是衡量国民素质、文明程度的重要标尺。我们要利用各种媒介进行环境意识、绿色建材知识的宣传和教育,使全民树立强烈的生态意识、环境意识,自觉地参与保护生态环境、发展绿色建材的工作,以推动绿色建材的健康发展。

3）建立和完善建材业技术标准,加快实施环境标志认证制度。

通过制定和实施相应的法规和标准,加强建材行业质量监督,培育和规范市场,促进建材企业的技术进步,引导绿色建材的健康发展。对于合理利用资源、综合利用工业废料的低能耗、低消耗建材企业予以扶持；对于利用资源不合理、毁坏农田、高能源的生产企业,采取高额征税或限期整改等干预手段；对设备落后、污染严重的小型企业予以淘汰。通过实行环境标志认证制度,可以促进建材企业的技术改造和科技进步,提高其产品在国内外市场上的竞争力。许多国家声明，对于未获得其所在国环境标志的进口商品或课以重税或拒之门外。因此,对建材企业而言,获得产品环境标志就等于拥有一张通往市场的“绿色通行证”。我国只有加快环境标志认证制度的实施,才能在国际市场占有一席之地。

4）加强绿色建材的研究和开发。

要保证建材的可持续发展,关键是研制开发及推广应用绿色建材产品。绿色建材开发的技术途径主要有两条:一是采用高新技术研究开发有益于人体健康的多功能的建材,如抗菌、灭菌、除臭的卫生陶瓷和玻璃,不散发有机挥发物的水性涂料、防辐射涂料、除臭涂料等；二是利用工业或城市固态废弃物或回收物代替部分或全部天然资源,采用传统技术或新工艺制造绿色建材。

5）要做好技术的引进、消化和吸收工作。

对引进技术应深入调查、严格把关,避免盲目、重复和低水平,要尽量采取购买技术专利或软件的做法,引进设计生产的关键技术。要及时组织好吸收、消化和创新工作,切实解决以往重技术引进、轻消化吸收的不良倾向。