材料论文

厦门大学铝及其合金材料在建筑中的应用——新型建筑材料课论文姓名：向逸云学院：建筑与土木工程学院专业：建筑系年级：2011学号：25220112201487指导老师：胡红梅2015年4月25日铝及其合金材料在建筑中的应用摘要：铝及其合金材料具有浅色不吸热、导热快、空气夹层中反射热量能力强等特性，已用于建筑的屋顶、楼地层、墙面、门窗等各个部分，充分体现了铝及其合金材料在节能方面的优势。

在可再生资源十分使用的全生命周期中节约不可再生资源。

关键词：建筑节能；铝箔；反射；保温隔热随着国家建设和经济的快速发展，人们对建筑热环境的舒适程度要求在不断提高，建筑能耗也随之迅速增长，而且其增长速度开始大大地超过能源生产的增长速度。

在建筑全生命周期中，如何更好的利用建筑材料，提高建筑中的能源利用效率，急需引起科研工作者的重视。

本文针对铝及其合金在建筑保温节能上的应用进行一些综述研究，希望对我国的建筑节能研究有所借鉴。

一、铝及铝合金（一）铝的特性铝属于有色金属中的轻金属，外观呈银白色。

铝的密度为 2.78g/cm3，熔点为660℃，铝的导电性和导热性均很好。

铝的化学性质很活泼，它和氧的亲和力很强，在空气中易生成一层氧化铝薄膜，从而起到了保护作用，具有一定的耐蚀性。

但氧化铝薄膜的厚度仅0.1微米左右，因而与卤素元素(氯、溴、碘)、碱、强酸接触时，会发生化学反应而受到腐蚀。

另外，铝的电极电位较低，如与电极电位高的金属接触并且有电解质存在时(如水汽等)会形成微电他，产生电化学腐蚀，所以使用铝制品时要避免与电极电位高的金属接触。

铝具有良好的可塑性(伸长率可达50％)，可加工成管材、板材、薄壁空腹型材，还可压延成极薄的铝箔(6×10－3～25×10－3mm)，并具有极高的光、热反射比(87％～97％)，但铝的强度和硬度较低(屈服强度80～100 MPa，HB＝200)。

为提高铝的实用价值，常加入合金元素。

（二）铝合金通过在铝中添加镁、锰、铜、硅、锌等合金元素形成铝基合金以改变铝的某些性质，如同在碳素钢中添加一定量合金元素形成合金钢而改变碳素钢某些性质一样，往铝中加入适量合金元素则称为铝合金。

铝合金既保持了铝质量轻的特性，同时，机械性能明显提高(屈服强度可达210～500 MPa，抗拉强度可达380～550 MPa)，因而大大提高了使用价值．不仅可用于建筑装修，还可用于结构方面。

铝合金的主要缺点是弹性模量小(约为钢的1/3)、热膨胀系数大、耐热性低、焊接需采用惰性气体保护等焊接新技术。

1 铝及其合金材料在建筑节能方面的特性作为地球上含量极丰富的金属元素———铝，其蕴藏量在金属中居第2 位。

铝具有质轻，可加工性、物理和力学性能好等优良特点，从而使铝及其合金在很多应用领域中被认为是最为经济实用的材料。

在很宽波长范围内，铝材料抛光后具有良好的反射性，可以反射各种能源的辐射，包括辐射能、可见光、辐射热和电波都能被铝材料有效地反射，而阳极氧化和深色阳极氧化的表面可以是反射性的，也可以是吸收性的。

用于建筑保温材料内外表面，利用其高效的反射特性，可以减少建筑室内外的热量传递，降低不必要的能源损失；铝密度小，抗腐蚀性强，在大多数环境条件下都能显示优良的抗腐蚀性。

作为保温隔热等材料的保护层，可以裸露在空气、雨水（或盐水）和很多化学体系中，使底层保温或者防水材料免于失效，保持材料良好的保温隔热作用。

铝及其合金因这些特有属性，在建筑节能方面开始越来越多得以广泛的应用。

二铝及其合金材料在建筑节能上的应用2.1 门窗上的应用门窗是建筑物外围护重要的结构之一，具有遮风挡雨、隔热隔声、采光通风等功能，但又是住宅建筑节能最薄弱的环节之一。

铝及其合金材料在门窗上的节能应用，主要体现在门窗框材料、内窗帘材料及门窗外遮阳材料的应用3 个方面。

2.1.1 铝合金门窗的应用随着对于门窗隔热、隔声性能要求的提高，铝合金门窗的型式也由推拉窗发展到了各种平开窗，断面结构也由单腔式向多腔式转化，改善空腔形式使腔内空气尽量减少，从而减小导热系数，提高保温性能。

再者就是利用特定的塑料型材，将室内外2 层铝合金框材既隔开又紧密连接成一个整体，构成一种新的隔热型的铝型材，制造出断桥铝、断热铝或复合式铝合金门窗。

高强度断桥铝以质量轻、强度高、保温隔热效果好、装饰强、采光性能好（框比较小），经久耐用、型材易回收和再利用率高、无环境污染，彻底解决“铝合金推拉窗密封不严”的问题，合理分离水汽腔，综合性价比高，符合节能建材要求，成为适合我国住宅小区的主流门窗产品。

2.1.2 遮阳窗帘门窗洞口对室内有采光通风作用，也有强烈日晒和冷辐射作用。

如果应用铝及其合金的高效反射作用，再适当与悬挂窗帘结合，将是减弱室外环境对室内气温影响的有效途径。

如把铝箔覆盖在硬纸板表面，反射来自室外的热量，进行安全降温防护。

目前，日本采用高透明、高强度的聚碳酸酯片镀上1 层很薄的铝膜研制成一种窗帘，它能反射太阳光中的可见光，使进入室内的可见光减少15％，这样既能使室内保持凉爽，又能看到室外景色；英国推出了一种翻卷式节能窗帘，是由高强度的薄型涤纶纤维织物和具有反光性能的铝箔粘合而成，其节能的主要原理是在铝箔上涂有保护层，使室内外热能减少50%以上，也减少了窗玻璃、窗帘之间的冷暖空气的对流[1]。

银色的铝箔条能反射太阳辐射和夜间的地面长波辐射；高节能，强遮光；保温性能十分优良。

2.1.3 室外遮阳在技术发达国家，室外遮阳是建筑整体不可分割的重要组成部分，在国内，也正不断地得到推广和应用。

随着节能技术的不断开发，铝合金材料将成为室外遮阳的最佳选择。

目前，我国生产的户外遮阳铝合金百叶窗页片20～600mm 宽度不等，具有可控制调整叶片角度、可将叶片收起、可滑动遮阳系统等多种形式，满足自洁、防盗、多样化需求，可遮挡不同角度不同时段的太阳光，真正达到建筑外遮阳节能的根本要求。

其次，机械传动系统、遥控系统或手动摇杆等职能控制和良好的通风换气性能、隔声防窥视性能、耐候性能和安全防护性能，使得遮阳系统更加智能化、科学化，方便于安装门窗外或整面建筑外墙，有效创造建筑节能、冬暖夏凉的宜居环境。

再者，铝合金遮阳还可以作为光伏电池的载体，自动跟踪太阳，实现高效遮阳的光电转换。

发出的电可作为遮阳机构的驱动电源，多余的电可并入电网系统。

光伏发电正在大力推广中，遮阳发电将是重要的发展方向。

作为一项新兴的综合节能技术，铝合金遮阳有着前所未有的发展前景。

2.2 楼地面及屋面的应用2.2.1 楼地面的隔热随着我国集中供热住宅分户独立热计量系统的实施，如何减少楼层户间的热量传递，加大楼地面材料的热阻，成为一个新的设计问题。

低温辐射采暖中铝箔的使用恰恰解决了这个矛盾。

目前，我国的低温辐射采暖多采用传统湿式做法，即在钢筋混凝土楼板基层上先以水泥砂浆找平，然后铺设至少20mm 厚的高密度泡沫塑料板（板上部复合1 层铝箔），在铝箔层上铺装通以热水的盘管，并以塑料卡钉将盘管与保温层固定，最后浇筑填充层，铺设地面装饰层。

在低温地板采暖工程中，地板内的热量传递有对流、传导和辐射3 种。

由于隔热层被水泥覆盖，对流在地热中的热量传递作用基本失去，而只有传导和辐射2 种方式有效。

热量传导和辐射的方向主要为向上和向下2 个方向，地热反射膜（即铝箔层）起到了阻止加热盘管热量向下的传导和辐射。

很好地解决了以上问题，使楼地面的导热系数最小可达0.12 W/（m·K）。

为了减少楼层上下户间的传热，铺设地热反射层（即铝箔层），显然已经成为现代住宅楼层构造设计一个必要的条件。

2.2.2 屋顶的节能隔热在夏季，太阳直射屋顶最高温度可达40～60 ℃，足以软化甚至熔化屋面油毡，再者由于屋面面积比墙面受光面积大，夏季从屋面进入室内的热量占总围护结构得热量的70%以上。

而高聚物改性沥青油毡以铝箔为保护层，反射大量的太阳热量，可以有效地降低屋面温度，达到实现建筑隔热节能的效果。

以银白色软质铝箔为覆面材料（反光保护层）成型的防水卷材。

由于银白色软质铝箔的反射系数很大（最大可达0.76），具有防水、隔热、保温、装饰、屏蔽等多重功能，在夏季能较大地降低顶层室内、外表面的温度，延长油毡的使用寿命，对基层伸缩或开裂变形的适应性强。

据重庆建筑大学试验，铺设高聚物改性沥青铝箔油毡的屋面与传统屋面比较，屋顶最高温度25 ℃，顶层室内热量减少40%，既达到了应用的防水效果，又收到了良好的隔热效果[2]；由于有辐射系数小（0.04）的铝箔覆面，在寒冷的冬季又可以提高屋顶的保温功能，屋顶表面温度提高7 ℃，顶层室内热量少损失30%，减少了采暖热损失，并可直接外露而不需另做保护层。

因此，覆面材料（银白色软质铝箔反光表面保护层）可广泛应用于各类地区的屋面防水工程。

2.3 外墙上的应用墙体作为建筑的围护结构，在建筑节能中也具有相当重要的意义。

随着现代建筑技术的更新和节能保温的需要，铝箔在空心墙体、金属幕墙、石材幕墙等很多墙体的保温作用都正在推广中。

2.3.1 幕墙上的应用建筑幕墙，特别是玻璃幕墙，是建筑围护中热交换最活跃、最敏感的部位，与混凝土或砖砌体相比，前者是后者热交换损失的5～6 倍。

为此，幕墙设计的关键在于合理利用太阳能资源，减少室外环境对室内温度的影响。

以太原市交通指挥控制中心的幕墙设计为例，其施工工艺流程为：施工准备→骨架安装→防火层安装→保温层安装→面层（玻璃幕墙、铝板幕墙、花岗岩幕墙）安装→填塞泡沫棒、打耐候胶，完成墙面施工。

单层铝板幕墙、干挂花岗岩幕墙部分，则利用轻钢龙骨及支持体系间形成空气夹层，然后在主体墙面上粘贴双面铝箔矿棉毡保温材料[密度16 kg/m 3，导热系数0.053 W/（m ·K ），厚50 mm]，利用空腔的保温和铝箔双重的反射效果，起到暖瓶内胆的作用，达到隔热、保温、防潮的目的。

同时，保温层又与空心砖墙组成复合型保温外墙，使建筑墙体能耗大大降低，显示出极佳的保温隔热性能。

内部的实墙体热容量大，墙体外侧附加保温层后，使室内温度变化减缓，室温较为稳定，有利于建筑节能；而在夏季，外保温铝箔可以减少太阳辐射热的传递和室外高气温的影响，从而提高墙体的保温性能和室温环境质量。

因此，这种外墙外保温复合墙体可明显改善居住的舒适性和室内的热稳定性。

2.3.2 空心墙中的应用缀铝箔聚苯板空心墙体是一种新型的保温墙体[3]，其构造是空心墙中间空气层两面均安装保温层，在保温层表面贴铝箔（见图1）。

这种空心墙体隔绝辐射热效果十分显著，保温绝热性能良好。

当空气夹层在2～100 mm ，空气夹层内表面温度在10～30 ℃时，空气夹层的平均热绝缘系数为0.6～0.7 m 2·K/W ，相当于490 mm 砖墙（热绝缘系数0.605 m 2·K/W ）。