在全球積極應(yīng)對氣候變化的大背景下，“雙碳” 目標(biāo)已成為各國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵戰(zhàn)略。建筑領(lǐng)域作為碳排放的重點(diǎn)行業(yè)，其節(jié)能減排的成效對于達(dá)成 “雙碳” 目標(biāo)至關(guān)重要。而低碳建材的廣泛應(yīng)用，無疑是推動建筑領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型的核心要素。隨著2025年的到來，低碳建材行業(yè)呈現(xiàn)出諸多新的發(fā)展態(tài)勢，值得深入探究。
《中國建筑能耗與碳排放研究報告 (2022年)》數(shù)據(jù)顯示，2020年全國建筑全過程能耗總量為22.7億tce，占全國能源消費(fèi)總量的比重為 45.5%;全國建筑全過程碳排放總量為 50.8 億 t 二氧化碳，占全國碳排放的比重為 50.9%。自20世紀(jì)70年代末以來，我國建筑能耗在能源總消費(fèi)量中的占比從10% 一路攀升至 2020 年的 50.9%。隨著城市化進(jìn)程加速以及人民生活質(zhì)量提升，預(yù)計(jì)這一比例最終將上升至 55% 左右，相當(dāng)于每年消耗約 23 億 t 標(biāo)準(zhǔn)煤(我國2008年全年原煤生產(chǎn)總量25億t)。如此龐大的能耗占比，迫切需要低碳建材來降低建筑能耗。
《2025-2030年中國低碳建材市場專題研究及市場前景預(yù)測評估報告》指出，2005 - 2020年，我國建筑業(yè)施工面積從35億增長至149億，每年新增建筑面積約占世界新建建筑總量的一半，居全球首位，但單位建筑面積采暖能耗卻是發(fā)達(dá)國家的 2 - 3 倍，其中 80% - 90% 未達(dá)到國際節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。特別是農(nóng)村既有房屋超過 233 億，達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的建筑不到 5%。以與北京氣候條件相近的柏林為例，1984 年以前其建筑采暖能耗標(biāo)準(zhǔn)和北京目前水平相近，每平方米每年消耗 24.6 - 30.8kg 標(biāo)準(zhǔn)煤，到 2001 年德國這一數(shù)字降至每平方米 3.7 - 8.6kg 標(biāo)準(zhǔn)煤，建筑能耗降低至原有水平的 1/3 左右，而北京卻一直維持在每平方米消耗 22.45kg 標(biāo)準(zhǔn)煤。這種差距充分表明我國建筑領(lǐng)域節(jié)能減排任務(wù)艱巨，也凸顯了推廣低碳建材的必要性。
傳統(tǒng)墻體節(jié)能材料早期多側(cè)重于重質(zhì)單一材料，通過增加墻體厚度實(shí)現(xiàn)保溫，近年來逐漸向復(fù)合墻體材料轉(zhuǎn)變。常見的建筑保溫隔熱材料包括聚苯板、擠塑板、巖棉、礦渣棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、加氣混凝土及膠粉聚苯顆粒漿料發(fā)泡水泥保溫板等。這些材料為增強(qiáng)保溫隔熱性能，往往會增加材料形體中的 “靜態(tài)微空氣泡”，材質(zhì)較為疏松。
我國建筑節(jié)能起步較晚，基礎(chǔ)研究薄弱，部分建筑節(jié)能材料仍停留在發(fā)達(dá)國家 20 世紀(jì) 70 - 80 年代的水平。傳統(tǒng)建筑節(jié)能材料一般呈塊狀，生產(chǎn)工藝簡單、制作粗糙、材質(zhì)疏松，應(yīng)用后易引發(fā)質(zhì)量安全事故和后續(xù)社會矛盾。而且這類材料普遍存在保溫與防火性能難以兼顧的問題，墻面空鼓、開裂、滲水、飾面脫落等現(xiàn)象時有發(fā)生。若要達(dá)到 75% 甚至 83% 的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，保溫材料厚度需 10cm 以上，且房屋拆遷后材料無法重復(fù)使用，成為難以降解的建筑垃圾，造成二次污染，顯然不符合低碳建材可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境友好的要求。
長期以來，對建筑節(jié)能材料的評價主要基于 “傳熱系數(shù)”，該評價標(biāo)準(zhǔn)和測試方式僅適用于 “塊狀” 型體節(jié)能材料及熱傳導(dǎo)方式的有效測試，無法很好地適用于對抗輻射、阻對流材料功能的測試。然而，熱的傳遞方式除了傳導(dǎo)，還有對流和輻射。在實(shí)際大氣環(huán)境中，非接觸的熱影響主要源于熱輻射和熱對流，現(xiàn)有節(jié)能計(jì)算卻忽略了這些主要因素，將建筑保溫簡單等同于建筑節(jié)能。由此可見，傳統(tǒng)建筑材料的節(jié)能評價方法亟待科學(xué)化改進(jìn)，以適應(yīng)低碳建材的發(fā)展需求。
建筑節(jié)能的研究需從影響建筑能耗的因素入手。建筑處于復(fù)雜多變的大氣環(huán)境中，風(fēng)、霜、雪、雨以及四季更替的天氣時刻影響著建筑空間，自然環(huán)境溫度變化直接關(guān)系到人居空間的舒適度。因此，將建筑節(jié)能單純理解為 “建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫” 有失偏頗。建筑節(jié)能離不開低碳建材，研究低碳建材的作用，需先了解影響建筑能耗的環(huán)境因素，掌握環(huán)境熱對建筑的影響方式及賦存狀態(tài)。氣象學(xué)研究表明，大氣環(huán)境由密度、壓力和溫度確定其基本垂向結(jié)構(gòu)，太陽輻射對人類居住環(huán)境影響占據(jù)主導(dǎo)地位。我國地域廣闊、緯度跨度大，建筑節(jié)能需依據(jù)不同地域和緯度，綜合考慮保溫與隔熱需求，深入研究太陽輻射、地球運(yùn)動以及影響人居環(huán)境的熱環(huán)境和熱力源等因素。通過熱物理思維剖析環(huán)境熱流如何控制建筑熱平衡動力、熱遷徙軌跡以及影響人居舒適的過程，為低碳建材的研發(fā)和應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。
過去受 “圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫即建筑節(jié)能” 觀念影響，建筑節(jié)能評價體系僅關(guān)注材料的 “傳熱系數(shù)乘厚度”。但現(xiàn)有測試方法無法準(zhǔn)確追溯一秒鐘內(nèi)熱通過的能力，用材料厚度除以材料傳熱系數(shù)計(jì)算傳熱阻值并不完全合理。實(shí)際上，現(xiàn)行建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)主要針對 “富含靜態(tài)微空氣泡” 的塊體材料制定，其他形式的材料缺乏相應(yīng)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算軟件，這嚴(yán)重制約了低碳建材的多元化發(fā)展。
熱傳遞的基本方式有對流、輻射、傳導(dǎo)三種。在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)下，建筑節(jié)能計(jì)算排除了熱輻射和熱對流對建筑熱的影響。但在實(shí)際大氣環(huán)境中，氣體并非質(zhì)點(diǎn)連續(xù)排列的界面，分子間自由程大于質(zhì)點(diǎn)時，熱傳遞方式不再以傳導(dǎo)為主，自然界非接觸的熱影響主要源于熱輻射和熱對流?，F(xiàn)有節(jié)能計(jì)算忽略了這些主要因素，導(dǎo)致對建筑節(jié)能的理解和評估存在偏差，阻礙了新型低碳建材的推廣應(yīng)用。
我國建筑節(jié)能工作基礎(chǔ)研究存在不足，許多節(jié)能措施、材料應(yīng)用及節(jié)能效果評估多停留在數(shù)據(jù)計(jì)算層面，對實(shí)際應(yīng)用效果檢測較少，致使節(jié)能設(shè)計(jì)與材料應(yīng)用真實(shí)效果脫節(jié)。隨著抗輻射類材料逐漸被認(rèn)可，節(jié)能計(jì)算引入 “等效熱阻值” 概念和設(shè)計(jì)參數(shù)，以等效方式代替 “熱阻值” 計(jì)算，這是建筑節(jié)能技術(shù)的一大進(jìn)步。新型建筑節(jié)能材料應(yīng)用效果的評定應(yīng)基于我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程，借鑒傳統(tǒng)材料應(yīng)用成果和評價體系，通過相同應(yīng)用環(huán)境和模擬極端氣候背景條件進(jìn)行類比檢測，從已知推導(dǎo)未知，建立 “等效熱阻”，以滿足現(xiàn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，為新型低碳建材研究指明方向。
建筑節(jié)能更直接的測試方法是檢測材料(或工程)的熱通量，即 “得熱量”。在模擬環(huán)境熱條件下，對比添加絕熱材料前后熱通量(得熱量)的變化，以此評價材料熱工效果。建立統(tǒng)一、公平、公正、公開且無盲點(diǎn)的檢測標(biāo)準(zhǔn)，能夠消除建筑節(jié)能設(shè)計(jì)、材料性能評估和節(jié)能驗(yàn)收中的主觀因素，推動經(jīng)濟(jì)社會和建設(shè)科技進(jìn)步。以熱物理、熱平衡等理論為基礎(chǔ)的 “等效熱阻值”，借助熱敏成像設(shè)備檢測記錄界面即時熱狀態(tài)，分析材料系統(tǒng)熱通量，能夠科學(xué)評定材料應(yīng)用的熱工效果，并通過檢測結(jié)果驗(yàn)證材料性能，解決節(jié)能設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用效果脫節(jié)的矛盾。因此，制定統(tǒng)一檢測方法，將所有建筑節(jié)能材料置于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和檢測平臺上，測定實(shí)際節(jié)能效果數(shù)據(jù)，有助于促進(jìn)低碳建材的優(yōu)勝劣汰，提高建筑節(jié)能的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
當(dāng)前，工業(yè)建筑和民用建筑的結(jié)構(gòu)體系多樣，包括框架、剪力墻、框架 - 剪力墻組合、筒體、鋼結(jié)構(gòu)等。在這些結(jié)構(gòu)體系中，傳統(tǒng)塊狀建筑節(jié)能材料的應(yīng)用份額逐漸減少。尤其是近年來推行的 “自保溫” 體系，對于梁、柱、板及所有承重體系而言，疏松的保溫材料難以適用。因此，從建筑形體角度來看，選擇薄體抗輻射建筑節(jié)能材料已成為居住建筑特別是高層建筑的總體發(fā)展趨勢，這也為低碳建材的發(fā)展開辟了新方向。中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《建筑用真空陶瓷微珠絕熱系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》(T/CECS530 - 2021)在這方面開展了深入的技術(shù)研究和實(shí)踐嘗試，為新型薄體(界面)抗輻射節(jié)能材料的應(yīng)用提供了有力的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)支撐，為低碳建材的創(chuàng)新應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
建筑用真空陶瓷微珠絕熱系統(tǒng)作為典型的薄體(界面)抗輻射節(jié)能材料，其微結(jié)構(gòu)由抗熱輻射絕熱膜、陶瓷真空微珠矩陣、導(dǎo)熱底漆三元結(jié)構(gòu)組成，旨在全面阻隔環(huán)境熱對建筑主體連續(xù)界面的熱傳遞，有效調(diào)控主體建筑內(nèi)有限空間的熱狀態(tài)，降低能耗。從嚴(yán)格意義上講，“絕熱系統(tǒng)” 的核心在于不參與熱反射、熱輻射、熱對流和熱傳導(dǎo)，即不發(fā)生化學(xué)和物理意義上的熱交換，其材料性能是熱惰材料的集合，完整概念為熱不作為。該系統(tǒng)的應(yīng)用能有效阻隔不同界面間的熱平衡，維持 “界面” 兩側(cè)環(huán)境熱差異，這與傳統(tǒng)汽車的 “氣缸與活塞” 原理相似。在工業(yè)應(yīng)用中，汽車發(fā)動機(jī)依靠氣缸與活塞組成的閉合絕熱系統(tǒng)，使活塞運(yùn)動與氣缸不發(fā)生熱交換，從而確保發(fā)動機(jī) / 氣缸始終維持在 90℃。
建筑用真空陶瓷微珠絕熱系統(tǒng)秉持 “影響建筑使用空間人居生活舒適度的主因是建筑熱環(huán)境” 的理念，將建筑節(jié)能研究主體從建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)拓展至包裹建筑主體的大氣環(huán)境?，F(xiàn)代科技研究表明，大氣環(huán)境熱波在 0.2 - 2.5μm，當(dāng)分子自由程大于質(zhì)點(diǎn)顆粒時，熱傳遞以輻射為主。因此，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的關(guān)鍵在于切斷大氣環(huán)境對建筑主體的影響，將 0.2 - 2.5μm 輻射波隔絕于主體建筑之外。為深入剖析大氣環(huán)境與建筑主體，確定材料應(yīng)用需求和功能，可將二者獨(dú)立區(qū)分為 “外界” 和 “界面”：“外界” 研究大氣環(huán)境熱的形成與賦存狀態(tài)，表現(xiàn)為交互、遷徙、平衡、對流等活動過程;“界面” 則涉及圍護(hù)結(jié)構(gòu)主體的物態(tài)特征、熱傳導(dǎo)方式、結(jié)構(gòu)應(yīng)用功能體現(xiàn)及人體舒適度感覺等。建筑用真空陶瓷微珠絕熱系統(tǒng)作為 “分界面”，承擔(dān)著切斷大氣環(huán)境對建筑主體裹脅的重任，不僅能隔絕 0.2 - 2.5μm 輻射波，還能依據(jù)材料熱惰特性屏蔽 “外界” 和 “界面” 之間的熱交換，最大程度阻隔大氣環(huán)境熱向建筑主體的平衡轉(zhuǎn)移。
該系統(tǒng)擁有 WQ(室外)和 NQ(室內(nèi))兩大系列產(chǎn)品。WQ 系列適用于波長在 0.2 - 3μm 的熱輻射，可有效隔斷外墻輻射熱;NQ 系列適用于波長 5 - 30μm 的熱輻射，能滿足室內(nèi)保溫需求。這兩大系列產(chǎn)品綜合考慮了我國不同地域、不同緯度的實(shí)際情況，可通過 “單純外做、內(nèi)做和復(fù)合內(nèi)外做” 三種方式應(yīng)用，滿足不同地域的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求。美國、北歐的現(xiàn)代化建筑已廣泛使用薄體節(jié)能材料，微晶結(jié)構(gòu)在解決 “熱” 問題方面具有顯著優(yōu)勢。隨著類似材料在建筑領(lǐng)域的普及，建筑節(jié)能材料應(yīng)用將實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，建筑用真空陶瓷微珠絕熱系統(tǒng)作為低碳建材的優(yōu)秀代表，正引領(lǐng)著行業(yè)的發(fā)展潮流。
隨著2025年的到來，在“雙碳”目標(biāo)的引領(lǐng)下，低碳建材行業(yè)迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)。我國建筑能耗現(xiàn)狀嚴(yán)峻，傳統(tǒng)節(jié)能建筑材料在能耗占比、性能以及評價方法等方面存在諸多問題，難以滿足建筑節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展的需求。而新型低碳建材，尤其是薄體抗輻射類材料，正逐漸成為建筑節(jié)能領(lǐng)域的新寵。建筑用真空陶瓷微珠絕熱系統(tǒng)作為其中的典型代表，憑借其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)異的隔熱保溫性能以及對不同地域節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的廣泛適用性，展現(xiàn)出了巨大的發(fā)展?jié)摿Α?
未來，建筑節(jié)能新型建材將朝著綠色、多功能和高品質(zhì)化方向加速發(fā)展，兼具高效節(jié)能與綠色環(huán)保等多功能的保溫隔熱材料將成為市場主流。只有大力推廣和應(yīng)用新型低碳建材，才能有效降低建筑領(lǐng)域的能耗和碳排放，助力我國如期實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，推動建筑行業(yè)向綠色、可持續(xù)方向轉(zhuǎn)型升級。
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