稻草板應用于屋頂的節能減排分析

趙 攀 何志強

(東北林業大學，黑龍江 哈爾濱 150036)

1 稻草板綜述

目前，我們國家特別重視對新型建筑材料的推廣和應用，這也使得新型建筑材料不斷產生和發展。稻草板這種新型建筑材料最早出現于第一次世界大戰期間，經由瑞典向各個國家不斷發展[1]。它是以農民種植水稻產生的廢棄稻草或是麥草為原料，通過加熱擠壓成型，外面再包裹上一層保護面紙而構成[2]。這樣一來，一方面能把廢棄的稻草或麥草利用起來，減少了之前人們將它作為傳統燃料而產生的各種有害氣體，降低了這種傳統燃料對環境產生的有害影響。另一方面，經研究發現，稻草板與傳統的建筑材料比如膨脹珍珠巖，石棉隔熱板等相比，具有很好的優勢。這些優勢主要在于：首先，稻草板保溫隔熱性能良好，其導熱系數僅為0.108 W/(m·K)，蓄熱系數僅為2.33 W/(m2·K)?？梢钥紤]將其代替傳統的建筑保溫材料。其次，稻草板還具有良好的隔音和減震性能，其隔音效果是普通建材的5倍。如果經過特殊處理，還可以實現阻燃，防水的功能。另外，如果用稻草板作為主要的建筑材料和鋼結構混合，建造出來的房屋重量僅為傳統房屋的30%[3]。很大程度上減小了建筑的重量。但是，稻草板在我國目前發展還不是特別迅速，一方面與市場有關，另一方面與技術有很大關系。我國對于稻草板的研究還遠遠不夠，而且沒有掌握工業化生產技術的關鍵[4]。不過隨著我國綜合實力的提升，這些難題也逐漸會被一一克服。稻草板市場化的發展情況總的來說還是非?？捎^的。

綜上所述，稻草板制作原料屬于可再生能源，對環境無污染，避免了珍珠巖，石棉等傳統保溫材料對環境的破壞，而且具有制作成本低，原料容易獲取，加工方便，對環境無污染，容易降解的特點。充分利用了資源，避免了能源不必要的浪費。

2 稻草板應用于屋頂的節能減排效果

2.1 節能減排分析的思路及方法

由于稻草板具有上述優點，初步設想可以將其作為建筑屋頂的保溫層材料，替換掉之前所用的傳統建筑材料膨脹珍珠巖、水泥隔熱板等。從傳熱學基本理論著手，分析計算采用稻草板作為保溫層材料后，與傳統建筑材料膨脹珍珠巖，水泥隔熱板相比，可以減小冬季采暖熱負荷的程度，從而計算出其能減少多少采暖耗煤量，進而將這些節約的耗煤量換算成可以少排放多少二氧化碳，二氧化硫，氮氧化物等有害氣體。最后再對其進行簡單地經濟分析，研究其是否能推廣到實際應用中去。這就是本文對稻草板應用于屋頂后節能減排效果計算分析的大致思路和方法。

2.2 節能減排分析的具體計算過程

2.2.1基本條件及參數

下面對用稻草板材料代替了傳統保溫層材料膨脹珍珠巖，石棉隔熱板所產生的節能減排效果進行技術經濟分析說明。

基本條件及參數見表1。

表1 幾種保溫層材料的熱物理性能計算參數

除保溫層外，屋頂的其他各層結構分別為屋面、防水層、找坡層、結構層。各層所用的材料及厚度等參數如表2所示。

表2 屋蓋其他各層材料的熱物理性能計算參數

屋蓋內表面換熱系數αi=8.72 W/(m2·K)，傳熱熱阻RI=0.11 (m2·K)/W。屋蓋外表面換熱系數αi=23.26 W/(m2·K)，傳熱熱阻RI=0.04 (m2·K)/W。

2.2.2具體計算分析過程

1)首先分別計算出使用不同保溫層材料屋蓋的傳熱系數。

對于膨脹珍珠巖，計算其傳熱系數為：

1.410 W/(m2·K) 。

對于石棉隔熱板，計算其傳熱系數為：

1.172 W/(m2·K) 。

對于稻草板，計算其傳熱系數為：

0.967 W/(m2·K) 。

2)根據上述算出的傳熱系數計算其節能效果。

根據傳熱學理論計算公式，每平方米面積屋蓋的熱量損失為：

q=k(tf1-tf2)。

其中,tf1為室內溫度；tf2為室外環境溫度(以哈爾濱為例，tf1=20 ℃，tf2=-24.2 ℃)。

可見，使用稻草板比使用石棉隔熱板，節約的能源為17.5%，使用稻草板比使用膨脹珍珠巖，節約的能源為31.4%。

3)將節能效果轉換為減少的耗煤量。

供暖耗煤量指標qc(kg/m2)標準煤，可按下式計算：

qc=24zq/Hcη1η2。

其中，z為供暖期的天數，d(以哈爾濱為例，z=176 d);Hc為標準熱值，Hc=8.14×103W·h/kg;η1為室外熱網的輸送效率，采取節能措施后，η1=0.90;η2為鍋爐運行效率，采取節能措施后，η2=0.58。

由上述公式計算得出，稻草板與石棉隔熱板相比，每個采暖期內(以哈爾濱為例)節約的耗煤量為：

Δqc=24zΔq/Hcη1η2=

24×176×9.061/8 140×0.9×0.58=9.010 kg/m2。

稻草板與膨脹珍珠巖相比，每個采暖期內(以哈爾濱為例)節約的耗煤量為：

Δqc=24zΔq/Hcη1η2=

24×176×19.581/8 140×0.9×0.58=19.465 kg/m2。

4)將節約的耗煤量轉化為減少排放的有害氣體的量。

已知：每燃燒1 kg/m2標準煤，就會向大氣排放CO22.62 kg，SO20.008 5 kg，NOX0.014 8 kg。所以可根據上述計算出的節約耗煤量算出減少排放的有害氣體的量。稻草板與石棉隔熱板相比，每個采暖期內(以哈爾濱為例)減少排放有害氣體的量為：少排放CO223.61 kg，少排放SO20.076 6 kg，少排放NOX0.133 4 kg。稻草板與膨脹珍珠巖相比，每個采暖期內(以哈爾濱為例)減少排放有害氣體的量為：少排放CO250.98 kg，少排放SO20.165 2 kg，少排放NOX0.288 1 kg。

2.3 經濟性分析

以哈爾濱為例，每1 kg/m2標準煤的價格按市場價0.5元計算，并且稻草板每平方米價格為33元，膨脹珍珠巖每平方米價格55元，石棉隔熱板每平方米價格44元(根據實際情況不同，上述數據可能會有變動)。稻草板與石棉隔熱板相比，每平方米面積屋蓋能節省4.51元標準煤費用，11元材料費用。稻草板與膨脹珍珠巖相比，每平方米面積屋蓋能節省9.73元標準煤費用，22元材料費用。

3 稻草板的發展前景

我們都知道，中國是一個農業大國，每年種植的水稻產生的稻草能達到好幾億噸。這些稻草往往被農民當成燃料來燒，這種做法不僅不經濟，而且會對環境造成很大的危害，不符合當代節能減排的發展理念。然而稻草板的提出，為稻草的利用提供了一個很好的發展方向。以北方城市哈爾濱為例，哈爾濱周邊的農村其大部分建筑仍是以傳統的磚混結構為主，用的是實心粘土磚，這種材料一方面對環境有比較大的危害，另一方面在像嚴寒地區哈爾濱這樣的城市來說，冬季采暖能耗大。所以如何改造既有建筑已經成為大部分農村所面臨的最主要的問題[5]。通過本文上述對稻草板應用于屋頂的節能減排分析研究結果來看，用稻草板代替傳統建筑材料還是有很大優勢的?？梢钥紤]將其在北方農村一些城市開展試用。

4 結語

稻草板確實是一種相對來說比較好的建筑材料，其各種優勢比較突出，并且符合當代節能減排的發展理念?？墒怯捎诜N種原因，稻草板還沒有在我國廣泛應用開來。希望越來越多的研究者能在此方面做出更進一步的研究，早一點讓我們在建筑中找到稻草板的身影。