严寒地区既有建筑近零能耗改造材料研究

刘泋彤 宁宇

（吉林建筑科技学院）

随着全球能源消耗和环境污染的日益加剧，建筑节能已经成为国际社会普遍关注的问题。特别是在严寒地区，建筑的供暖和保温成为了能源消耗的主要来源，给环境和人民的生活带来了巨大的负面影响。因此，如何提高建筑节能性能，降低能源消耗，已成为严寒地区建筑领域面临的一个重要挑战。本研究将重点探讨严寒地区既有公共建筑近零能耗改造材料的研究，旨在通过实验研究和数据分析，评价不同材料在节能改造中的作用和效果，为严寒地区既有公共建筑的节能改造提供实用的指导和建议。

1 严寒地区既有公共建筑近零能耗改造的现状和挑战

严寒地区的既有公共建筑由于设计和施工年代早、结构老旧、隔热性能差、供暖方式落后等原因，能耗较高，成为节能改造亟待解决的问题。另外，严寒地区在冬季气温低、采暖季长，加之能源供应紧张，导致公共建筑的供暖和保温成为了能源消耗的主要来源。因此，既有公共建筑近零能耗改造在严寒地区面临着一系列的挑战和难点。严寒地区的既有公共建筑大多由于设计和施工年代较早，其建筑结构和技术条件可能存在一定的限制，加之建筑使用功能多样，改造难度大，需要采用多种技术手段和材料来解决。在材料的选择方面面临着较大的难度，严寒地区的气候条件恶劣，温差大、湿度高、风力大，建筑材料的选择对于节能效果具有关键性的影响，需要考虑不同材料的性能、适应性和经济性等多个因素。为了达到近零能耗的标准，需要进行全方位的改造，所需的资金投入较大，且需要考虑投资回报周期等因素。严寒地区既有公共建筑近零能耗改造的现状和挑战十分复杂，需要多方面的技术和资源支持，并进行深入研究和探索[1]。

2 既有公共建筑近零能耗改造的研究方法

严寒地区的公共建筑近零能耗改造需要综合考虑多个因素，选择适合严寒气候的节能保温材料和设备，进行合理的设计和施工，同时采用智能化管理系统，实现能源管理的精细化和智能化，提高能源利用效率，降低能源消耗和环境污染。

2.1建筑材料科学应用促进公共建筑近零能耗

随着新建建筑节能标准的出台及既有建筑节能改造措施的执行，我国的建筑节能产业得到迅猛发展。其中，高科技建筑材料的应用是促进我国建筑节能绿色发展的重要方式。夯实透节能产业研究院调研数据显示:2017 年至2022 年间，我国建筑节能材料市场规模翻倍增长，见图1。

“双碳”形势下，我国倡导可持续发展、绿色节能、低碳环保、循环经济的科技环保营造概念。夯实透节能产业研究院使用大数据分析法，对2023 年至2029 年建筑节能材料的市场规模做出了预测分析，预计2029 年节能材料是市场份额较2023年增涨将超过50%,见图2。

图2 2023～2029年中国建筑节能材料行业市场规模预测

2.2 公共建筑近零能耗改造的材料筛选和测试方法

公共建筑近零能耗改造的材料筛选和测试方法需要综合考虑多个因素，从可持续性和环保性出发，选择符合标准和规范的材料，同时开展一系列的测试和试验，评估材料的性能表现和改造效果。公共建筑近零能耗改造的材料筛选和测试方法需要科学系统的对比分析，材料筛选上宜选择适合公共建筑改造的材料，需要综合考虑其热传导系数、密度、抗压强度、防火性、耐久性等多个因素。建议从可持续性和环保性角度出发，选择符合相关标准和规范的材料。为了评估材料在近零能耗改造中的性能表现，需要开展一系列的测试，包括热传导系数、热容量、热膨胀系数、防火性、密度、抗压强度等方面的测试[2]。为了评估材料在实际改造中的效果，需要在实际工程项目中进行试验，并进行效果评估。例如，在改造前后对能耗、温度、湿度等指标进行对比分析，以及对改造后的舒适度和环保性进行评估。成本效益评估同样是重要的一环，在选择材料时，需要综合考虑其成本效益，评估其改造后的能源节约、使用寿命和维护成本等因素。此外，还需要考虑材料的可获得性、安装和维护难度等因素。

2.3公共建筑近零能耗改造的材料应用方案设计

在公共建筑近零能耗改造设计中，首要确定的是建筑使用性质，不同用途的公共建筑需要考虑不同的舒适性和功能需求。我国现有节能计算体系分为公共建筑设计标准和居住建筑设计标准，不同性质的建筑计算标准不同，居住建筑的设计标准更高。同时，公共建筑所处的气候条件对材料的选择和设计有很大影响。例如，严寒地区长春市的公共建筑需要考虑冬季的保温问题，而炎热地区广州市的公共建筑相对来说需要考虑夏季的隔热问题。不同类型的公共建筑的结构特点不同，需要选择适合的保温材料和构造方式。例如，钢结构建筑和混凝土结构建筑的保温材料和施工方法不同。公共建筑的近零能耗改造更需要注重环保和可持续性，选择符合环保标准的材料和设备，考虑材料的可再生性、循环利用性和废弃物处理等问题。在进行材料应用方案设计时，需要考虑以上因素，选择符合要求的材料和构造方式，并进行合理的设计和施工。例如，在保温材料的选择上，可以采用岩棉、玻璃棉等环保保温材料，同时结合建筑结构和气候条件，采用外保温、内保温、夹层保温等不同构造方式，实现保温效果最大化。在门窗改造上，可以选择高效节能的双层中空玻璃、框框断热铝合金门窗等，减少能量损失和室内外温差。在供暖系统改造上，可以选择空气源热泵、地源热泵等节能设备，并优化管道布局和管道绝热，减少能量损失。在照明和电器设备改造上，可以选择节能灯具、高效节能电器设备等，同时开展能耗监测和管理，减少不必要的能量浪费。总之，公共建筑近零能耗改造的材料应用方案设计需要综合考虑多个因素，选择适合的材料和设备，进行合理的设计和施工，实现能源。

3 建筑节能材料研究与应用实例

建筑节能材料是指在建筑物中使用的材料，可以有效降低能源消耗并提高建筑的能效。它们在建筑设计和施工过程中发挥着重要的作用，可以减少能源消耗和环境污染。常见的建筑节能材料包括：保温材料、隔音材料、透光材料、新型墙体材料、新型屋顶材料等。这些材料在建筑物的墙体、屋顶、地面等部位中广泛应用[3]。

“鸟巢"等奥运场馆对于建材的使用有着很高要求。首先是环保，比如建材所用的发泡剂要对臭氧层无任何危害;其次是保温，需符合建筑节能整体达到65%的国家标准;第三，作为建筑保温材料,还要具备优良的阻燃性、抗压强度、尺寸稳定性等。在这样的前提下，“鸟巢"看台内墙墙体所需的保温材料中,超过2/3 都选用了聚氨酯现场喷涂干挂外饰面系统,只需30mm 的厚度即可满足相关要求[4-5]。聚氨酯现场喷涂干挂外饰面系统是全球通用的聚氨酯硬泡外墙保温体系。它利用聚氨酯现场成型快、自粘接力强的特点,直接在建筑外墙上进行喷涂成型。这种工艺已经在欧洲、北美以及我国干挂外饰面的建筑上广泛使用，可对各种建筑进行保温施工。保温材料与基墙全粘贴,整体保温的效果优异,系统安全可靠。据悉,除了“鸟巢”看台的内侧墙壁外,奥林匹克公园地下休闲中心的屋项保温材料也有50%以上采用聚氨酯硬泡外墙保温体系,产品用量在150t 左右。该饰面系统的节能保温材料与传统产品的主要区别在于，它使用的发泡剂是环保的HFC-245fa 和水。相对于国内普遍使用的HCFC-141b 发泡剂体系，其保温体系对大气臭氧层没有危害[6]。该成果攻克了产品的高温高尺寸稳定性这一技术瓶颈。

4 建筑节能材料实验和数据分析

建筑节能材料的实验和数据分析是评估这些材料性能的重要步骤，它可以提供建筑节能材料的技术参数，为材料的使用和优化提供依据。建筑节能材料实验和数据分析的一般步骤包括:设计实验方案、实验数据采集、数据处理和分析、结果评价和优化设计。建筑节能材料实验结果数据分析和解释是评估材料性能的重要步骤，它可以帮助我们了解建筑节能材料的性能特点，从而为材料的使用和优化提供依据。建筑节能材料实验结果数据分析和解释要经过多个科学步骤。①数据清洗和筛选：将采集的实验数据进行清洗和筛选，去除异常数据和不符合要求的数据；②数据统计和描述性分析：对清洗后的数据进行统计和描述性分析，计算数据的均值、方差、标准差、中位数等指标，描述建筑节能材料性能的特点；③数据可视化和探索性分析：通过数据可视化工具，如图表、散点图、箱线图等，探索数据之间的关系和规律，如变量之间的相关性、分布情况等[7]；④统计检验和假设验证：通过统计检验方法，验证实验数据的假设，如两组数据之间是否存在差异，是否满足正态分布假设等；⑤结果解释和讨论：根据实验数据分析的结果，对建筑节能材料的性能进行解释和讨论，分析其优点和不足，并提出改进建议。在建筑节能材料实验结果数据分析和解释中，需要注意数据分析方法的选择和合理性，确保数据分析的可靠性和有效性。同时，需要将数据分析的结果与实际应用场景相结合，从而更好地评估建筑节能材料的性能和应用效果[8]。

5 既有公共建筑近零能耗改造的可行性和实际意义

既有公共建筑近零能耗改造的可行性和实际意义非常重要，既有公共建筑在全球能源消耗中占据了相当大的比例，其能耗水平也是日益增长，同时其能源利用率和环境友好性也较低，因此实现既有公共建筑的近零能耗改造对于全球能源可持续发展具有重要的实际意义。既有公共建筑近零能耗改造的可行性，一方面取决于改造技术的成熟度和可行性，另一方面取决于改造的经济成本和社会效益。随着技术的不断发展和成熟，现有建筑物的节能改造已经成为可能，各种节能技术和设备已经应用于建筑节能改造，例如墙体、屋顶、地面隔热材料，高效照明、供暖、通风系统等。同时，政府、企业和社会团体也已经开始推广和支持既有公共建筑的节能改造工作。既有公共建筑近零能耗改造的实际意义，一方面是可以降低能源消耗和环境污染，另一方面是可以提高建筑物的使用效率和舒适性。在能源消耗方面，近零能耗改造可以显著降低建筑物的能源消耗，减少对能源的依赖，降低能源成本，同时也可以降低对环境的影响，减少温室气体的排放，保护生态环境。

6 结语

在严寒地区，既有公共建筑的能耗问题尤为突出，如何通过改造降低能耗成为亟待解决的问题。目前，随着科技的发展和材料的更新换代，越来越多的新型节能材料适用于严寒地区既有公共建筑的近零能耗改造，其发展前景也非常广阔。未来将有越来越多的新型节能材料应用于严寒地区的建筑节能改造，从而实现能源可持续发展和环境保护的目标。