第五章生态建筑材料

第五章生态建筑材料的研究发展现状姜洪义武汉理工大学第一章概述§1-1绿色建筑与建筑材料§1-2生态建材的研究与评价建筑与生态环境的关系建筑与生态环境的关系绿色建筑的定义绿色建筑是指为人类提供一个健康、舒适的活动空间，同时最高效率地利用能源、最低限度地影响环境的建筑物。英国的BRE绿色环境楼英国Integer绿色住宅示范房德国爱森RWE办公楼日本多层太阳能住宅清华大学环境能源楼国内第一栋生态建筑绿色建筑的材料选用原则资源消耗①尽可能地少用材料；②使用耐久性好的建筑材料；③尽量的使用占用较少不可再生资源生产的建筑材料；④使用可再生利用、可降解的建筑材料；⑤使用利用各种废弃物生产的建筑材料。绿色建筑的材料选用原则能源消耗尽可能使用生产能耗低的建筑材料尽可能使用可减少建筑能耗的建筑材料使用能充分利用绿色能源的建筑材料绿色建筑的材料选用原则环境影响计算建筑所用建筑材料生产过程中的CO2排放量，以此作为建筑的环境负荷评价指标。鼓励选择对环境影响小的建筑体系和建筑材料。绿色建筑的材料选用原则环境影响计算建筑所用建筑材料生产过程中的CO2排放量，以此作为建筑的环境负荷评价指标。鼓励选择对环境影响小的建筑体系和建筑材料。绿色建筑的材料选用原则旧建筑材料利用率旧建筑材料指旧建筑拆除过程中已其原来形式无须再加工就能以同样或类似使用的建筑材料。包括：木地板、木板材、木制品、混凝土预制构件、铁器、装饰灯具、砌块、砖石、钢材、保温材料等，对可再利用的旧建筑材料进行分类处理，用于制作建筑部品。绿色建筑的材料选用原则室内环境质量①从污染源上开始控制，最佳地利用和改善现有的市政基础设施，尽可能采用有益于室内环境的材料；②能提供优良空气质量、热舒适、照明、声学和美学特性的室内环境，重点考虑居住人的健康和舒适；③在使用过程中，能有效地使用能源和资源，最大限度地减少建筑废料和室内废料，达到能源效率与资源效率的统一；④既考虑室内居住者本身所担负的环境责任，同时亦考虑经济发展的可承受性。绿色建筑的材料选用实例悉尼奥运场馆建筑材料使用有以下特点：（1）建筑材料主要以传统建材为主“绿色建材不等同于新型建材”。（2）材料简洁、耐久、不追求高档。（3）材料的选用充分考虑环保要求。（4）以高科技为依据。悉尼奥林匹克村见闻主场馆太阳能装置雨水收集处理装置志愿者名单及音柱自然朴实自然朴实自然朴实自然朴实自然朴实自然朴实绿色建筑与建筑材料的关系建筑材料行业是建筑行业的基础，建筑是由建筑材料构筑的。建筑产品成本的2/3属于材料费。每年房屋建筑的材料消耗量占全国消耗量的比例为：钢材25%、木材40%、水泥70%、玻璃70%、运输量8%。建筑的不可持续发展很大程度上是因为建筑材料在生产和使用过程中的高能耗、严重的资源消耗和环境污染。建筑材料的绿色化是绿色建筑的基础。生态建材的概念生态建材是采用清洁生产技术，不用或少用天然资源和能源，大量使用工业农业或城市固态废弃物生产的无毒害、无污染、无放射性，达到使用周期后可回收利用，有利于环境保护和人体环境的建筑材料。生态建材的涵义以相对最低的资源和能源消耗、环境污染为代价生产的高性能传统建筑材料；能大幅度地减少建筑能耗（包括生产和使用过程中的能耗）的建材制品；具有更高的使用效率和优异的材料性能，从而能降低材料的消耗；具有改善居室生态环境和保健功能的建筑材料；能大量利用工业废弃物的建筑材料。生态建材的基本特征其生产所用原料尽可能少用天然资源，大量使用尾、废渣、垃圾、废液等废弃物；采用低能耗制造工艺和对环境无污染的生产技术；在产品配制或生产过程中，不得使用对人体和环境有害的污染物质；产品的设计是以改善生产环境、提高生活质量为宗旨，即产品不仅不损害人体健康，而且应有益于人体健康，产品具有多种功能，如抗菌、灭菌、防霉、除臭、隔热、阻燃、防火、调温、调湿、消磁、防射线、抗静电等；产品可循环或回收再利用，无污染环境的废弃物。我国建筑材料工业现状我国建筑材料工业现状“四大”（1）建材产品产量大。建材产品总产量达到50亿吨,其中水泥、平板玻璃、建筑陶瓷产量达到世界的40%以上。（2）规模数量大。全国建材企业数量多达22万家。（3）职工队伍大。职工人数多，约1300万人。（4）能源消耗大。建材行业每年消耗能源折合标准煤达2.3亿吨，占全国工业总能耗的12.84%，为全国工业第二耗能大户，同时带来了严重的环境污染。我国建筑材料工业现状五低（1）劳动生产率低：仅为全国工业企业平均水平的50%，国际先进水平的1/15。（2）集约化程度低：具有一定规模的现代化企业不到10%。（3）科技含量低：主导产品为初级原材料产品，高科技含量的新型建材所占比例很少；生产线已引进为主，企业缺乏创新。（4）市场应变能力低：重复建设、盲目生产，资源、能源、人力和资金浪费严重。（5）经济效益低：这是上述四低的必然结果。原料制造阶段对生态环境的影响对不可再生资源消耗量大。我国每年为生产建筑材料要消耗各种矿产资源70多亿吨，其中大部分是不可再生矿石、化石类资源，全国人均年消耗量达5.3吨。每年水泥工业工消耗约6亿吨石灰石及1.2亿吨黏土类原料，煤炭近1亿吨。砖瓦行业需要耗黏土12亿立主米，每年毁坏农田10万亩以上。资源综合利用率低。制造生产阶段对生态环境的影响建材行业的生产能耗。从1995年我国建材工业消耗能源就突破2亿吨标准煤，且一直保持在全国能源消耗的15%以上的水平。仅水泥工业每年消耗1亿吨标准煤，600多亿度电。2002年我国砖瓦行业耗煤为6000万吨标准煤。制造生产阶段对生态环境的影响生产过程的环境污染。2001年全国水泥产量为6.21亿吨，排放SO265万吨，排放NOx约64万吨，向空中排放的粉尘达1242万吨。排放废水近3亿吨。全国建材工业每年排放CO2达8亿吨以上。生产过程对人体健康的影响。如水泥生产中产生粉尘、NOx、CO、铬、铅；玻璃生产过程中会产生铅、砷、矾、SO2、CO、HF等；陶瓷生产过程中会产生SO2、NOx和氟化物。制造生产阶段对生态环境的影响制造生产阶段对生态环境的影响制造生产阶段对生态环境的影响制造生产阶段对生态环境的影响这幅由美国航空航天局提供的影像中，南极上空的臭氧层空洞就像一个巨大的蓝色水滴。美国航空航天局的科学家2000年9月8日宣布，南极上空2000年9月3日的臭氧层空洞面积达到2830万平方公里。这个迄今为止观测到的最大的臭氧层空洞，加重了人们对臭氧层的担忧。制造生产阶段对生态环境的影响制造生产阶段对生态环境的影响制造生产阶段对生态环境的影响地方性甲状腺肿患者制造生产阶段对生态环境的影响氟斑牙建筑材料使用阶段使用阶段的能耗。与发达国家相比，我们的建筑外墙节能保温程度差4~5倍；屋面差2.5~4.5倍；外窗差1.5~2.2倍，平均差3倍。按单位面积计算，住宅采暖能耗相当于发达国家的3倍。使用阶段的环境污染。室内污染导致对居住者的伤害。建筑材料解体、废弃时对生态环境的影响20世纪90年代初，欧盟每年排出废弃混凝土为5000万吨，美国为6000万吨，日本约1200万吨。建材是消纳废弃物的主要行业在审视建筑材料对环境严重影响的同时，也应看到建材料行业也是可消纳大量废弃物的行业，建筑材料生产行业是一个消除废渣最巨大且使其再资源化最大的行业，因此，它在无废工业中具有十分独特的地位。国内外的生态建材产业纵观历史，材料的发展可大致分为四个主要阶段：毫无节制地向自然界索取和废弃→末端治理（治废利废，开始具有环境协调意识）→生产和使用过程的改造（环境协调化，提高性能，节约能源、资源，降低污染）→材料生态化设计（生产绿色产品，实现对环境的零污染和废弃材料作为资源的循环再生）。这四个阶段不仅体现了人类环境意识的演变和升华，也反映在材料性能上的提高与发展。目前国内外的绿色建材的发展主要是在第三阶段，即环境协调化为主的发展阶段。国内外的生态建材产业节能、节资源、环保型生态建材美国、欧洲等国家绿色建材的研究主要集中在节能、节资源、工业固体废弃物再资源化、高性能、长寿命等方面。水泥高性能水泥特征：高强度、优异耐久性、低环境负荷。目标：耐久性提高1倍；生产能耗降低20%；环境负荷降低30%。技术路线：从提高熟料和辅助胶凝材料的胶凝性两方面入手。水泥高贝利特水泥国际上水泥工业节能技术的另一个重大突破表现在研究开发低钙硅比的以贝利特为主要成分的高贝利特水泥。该水泥以硅酸二钙为主要矿物成分，除具有高耐久性的优点外还具有显著的节能和节约资源的效果。日本、印度已有小规模化生产和工程应用。我国在这一领域研究处在国际水平。水泥生态水泥水泥工业利用废弃物和生活垃圾生产所谓生态水泥的研究已成为世界范围的热点。美国利用城市污泥与20%~25%石灰、铝、氧化铁和助剂混合，以废轮胎、焦碳和煤渣做燃料，经高温煅烧制成熔融物质，粉磨后可做高活性混合材替代70%的水泥熟料。日本小野田公司利用垃圾焚烧灰渣和下水道污泥为原料生产高强度水泥的新技术，建成一条50吨生态水泥的干法回转窑生产线。烧成温度为1000~1200℃。混凝土绿色混凝土（GHPC）以高活性细掺料（矿渣微粉、优质粉煤灰等），直接作为“第六组分”大量替代（可达60%~80%）高能耗的水泥，制成的混凝土。其特征：①更多地节约水泥熟料，减少环境污染；②更多地利用工业废渣；③更大地发挥高性能的优势，减少水泥和混凝土的用量。混凝土植物相容型生态混凝土能够适应植物生长,可进行植被作业,具有保持原有防护功能、保护环境、改善生态条件的混凝土。利用多孔混凝土空隙部位的透气、透水等性能来种植小草、低的灌木等植物，可绿化河川护堤，美化环境。混凝土透水混凝土雨水能够迅速渗入地表，还原成地下水，使地下水资源得到及时补充；提高地表的透气、透水性，保持土壤湿度，改善城市地表生态平衡；吸收车辆行驶时产生的噪声，创造安静舒适的交通环境透水性路面材料具有较大的孔隙率，能蓄积较多的热量，有利于调节城市地表的温度湿度，消除热岛现象。混凝土再生混凝土以经破碎的建筑废弃混凝土作为集料而制备的混凝土称为再生混凝土。再生混凝土利用了大量的难以处理的建筑废弃物，从而节约资源、保护城市环境。混凝土光催化混凝土在生产混凝土和混凝土砌块时，在表层水泥砂浆中加入纳米TiO2光催化剂，即可制成具有光催化净化功能的混凝土或混凝土砌块，用作路面材料、建筑物外墙、道路两侧的护坡砌体和吸声隔声墙等非常合适。保温隔热材料国外发达国家的保温隔热材料以矿物棉、玻璃棉及泡沫塑料为主，美国、日本、法国、瑞典、德国等国家上述三种材料的总产量占保温材料总消费量的80%以上。保温隔热材料从空心砖、加气混凝土、保温砂浆等单一保温性能较差的材料发展到高效节能的外保温复合墙体。最近国外又研究出内含一定气体的低密度、低导温系数的材料以及高隔热透明或半透明合成的保温材料。保温隔热材料我国保温隔热材料主要应用于管道保温等工业领域，且产品以低档的膨胀珍珠岩为主，矿物棉、玻璃棉等优良产品比例仅为20%左右。高性能节能保温材料在建筑上利用率较低。节能保温玻璃门窗玻璃是不可替代的住宅建筑材料。传统门窗玻璃一方面具有采光和挡风避雨的优点，另一方面又是散热的主要建筑部件。国内外正在积极研究开发具有节能、抗菌、调温、调光、屏蔽有害射线等功能的玻璃门窗体系。节能保温玻璃目前节能保温玻璃品种主要有：夹层玻璃、中空玻璃、吸热玻璃、镀膜玻璃等。玻璃保温技术经历了几个发展阶段：第一代的热反射中空玻璃由能够吸收或反射太阳热量的热反射玻璃（也即镀膜玻璃）与普通玻璃复合而成；第二代的低辐射中空玻璃则应用了低辐射玻璃对太阳光的高透过率和对长波辐射的高反射率来实现在寒冷地区的保暖作用；第三代低辐射-热反射中空玻璃是将前两代产品复合而成的同时具有双重保温性能的理想组合，目前在欧洲的生态建筑中被广为使用。节能保温玻璃目前，国外正在向复合化方向发展，如吸热中空玻璃或热反射中空玻璃；低辐射-热反射中空玻璃；硅气凝胶特种玻璃节能保温玻璃吸热中空玻璃或热