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論不銹鋼建材的低碳優勢論文

2021-05-31 論文

  可再生能力強

  相比而言,不銹鋼含有的可再生成分較高,一般在60%~90%,而且,這種比例在不銹鋼的所有形式中都是一樣的。其他金屬的不同產品含有的可再生成分比例可能是不同的。比如,碳鋼板帶含有的可再生成分比例只有25%~35%;建筑用的鋁板,其含有的可再生成分為零(表1)。建材的回收率方面,不銹鋼使用壽命結束后,大概92%可以被回收。由此特征,不銹鋼可回收制成原來的產品形式,或制成其他形式建材。例如,Wil-liamPennPlace是1952年建成的建筑,地處賓夕法尼亞州的匹茲堡,其門廳采用不銹鋼作為室內裝修材料,在2002年大廳改造時,將原來的不銹鋼拆下來進行簡單的清洗后重新安裝利用,效果依然很好(圖1)。還有,紐約的SoconyMolil大樓,其立面建筑材料是不銹鋼產品(圖2),在使用40多年間,沒有進行過大規模的表皮清洗,承包商雇傭的清潔人員,只是用一些很簡單的清洗劑或者清水就對大樓進行了清洗,而且對環境沒有什么影響。

  使用壽命周期內成本低

  不銹鋼有較長使用壽命,甚至可以和建筑同壽命。并且,相比之下,不銹鋼在壽命周期內的成本最低。由美國某屋面承包商提供的資料中,他們對各種屋面材料的壽命和壽命周期內的成本進行比較,涉及幾種常用的屋面材料(表2)。通過材料的預計壽命和每平方米的初始成本比較,發現鋁的初始成本比較低,但在使用過程中需要更換若干次。而不銹鋼、銅和瓷磚等材料,都有比較長的使用壽命,可以和建筑同壽命。如果以100年為壽命階段,不考慮通貨膨脹因素,不銹鋼是壽命周期內需要成本最低的一種材料,這也是為什么不銹鋼被經常用在公共建筑中的原因。紐約JamaicaTrainTerminal火車站在設計之初,業主希望建筑的使用壽命可以達到100年,同時是免維護或者低維護,設計師最終選用316牌號的不銹鋼表皮(圖3)。這個火車站處在海邊,而且有中等的城市污染,空氣中的酸、堿性物質會造成不銹鋼表面的氧化,影響立面效果,316牌號的不銹鋼解決了表皮氧化的問題,同時不銹鋼的使用壽命也滿足業主要求。雖然不銹鋼表面的鈍化處理能推遲表面氧化的時間,但是建筑所處的環境因素是選擇不銹鋼牌號的重要依據,在選擇不銹鋼作為建筑表皮時,應該注意[3]。

  降低建筑能耗需求

  不同粗糙、不同光滑程度的不銹鋼產品,對太陽能的反射量存在差異,所以,根據不同設計要求,應選擇適合的不銹鋼產品作為建筑表皮,從而降低能源的消耗,減少城市的熱島效應。根據當地的環境條件,選用合適牌號和表面形式的不銹鋼材料,能起到降低建筑制冷能耗的作用。美國綠色建筑評價體系(LEED)中規定,對于坡屋面或外墻,坡度大于1∶6時,SRI必需要大于29;對于平屋面和低坡屋面,SRI應該大于79。不銹鋼材料用作遮陽構件時,SRI也很重要。例如,舊金山的一個聯邦辦公大樓,表皮遮陽屏為不銹鋼產品,其減少建筑吸熱的效果明顯(圖4)。還有,德國的一個展覽中心,展廳也采用不銹鋼絲網做成的`遮陽屏,其減少建筑吸熱的效果也不錯。根據LBNL提供的CoolRoofingMaterialsDatabase數據和供應商提供的資料顯示,SRI根據不銹鋼表面的不同,值也不同。黯淡無光的不銹鋼表面,SRI在39~60之間,適合作屋面材料,鍍鋁不銹鋼表面的SRI值接近60。表面越光亮的不銹鋼,SRI值越高,任何帶有白色涂層的不銹鋼,SRI都比較高,大多高達107(表3)。PittsburghConventionCenter是第一個獲得LEED金牌認證的建筑,建成于2003年,也是當時世界上獲得LEED金牌認證最大的建筑(圖5)。此建筑就地取材,建材都含有高再生成分,與低碳設計的理念相一致。屋面采用304牌號不銹鋼,可以緩解環境的低腐蝕性影響,且采用扣蓋設計,防止被大風或者颶風掀起。采用不銹鋼材料之后,建筑減少了33%的加熱和制冷的需求,同時符合至少50年設計壽命的要求。

  屋面徑流對環境影響小

  不銹鋼作為屋面材料,或者作為支撐綠化屋頂中防水膜的結構,都會大大降低屋面徑流中的有害元素,減少徑流對周圍環境的影響。綠化屋頂由于成本低廉、能源消耗小、建筑加熱和制冷需求少而被廣泛關注,也是減少城市熱島效應的好方法[4]。綠化屋頂中,支撐防水膜和過濾膜最好的材料是不銹鋼,而且最好采用316牌號不銹鋼(圖6)。如果植物使用化肥,會造成對環境的腐蝕性比較強,鋁或者碳鋼材料很快會發生穿孔,不銹鋼則不會。同時,不銹鋼作為屋面材料或者支撐結構,由于其成分和制造工藝的原因,用它作為屋面材料時,屋面徑流中的有害物質會大大減少,如果屋面材料選擇不好,屋面徑流中可能含有有害物質,所以應限制徑流作為飲用水或者將其排入水循環系統中。屋面采用不同材料,屋面徑流中的成分也不同。瀝青作為屋面材料,會造成砷等有害金屬的釋放;采用生了銹的鍍鋅鋼、鍍鋅鐵皮,或者混凝土磚,屋面徑流中的鋅含量都比較高(表4),鋅是一種生物殺傷劑,它對魚類和植物有害。新西蘭的屋面評價機構,對屋面材料中鋅的釋放量有規定,因為它會造成當地水生物的受害。不銹鋼屋面也做過相應的研究,其徑流中的鋅含量大大低于檢測線,鉻和鎳的含量也都在檢測線之下,遠低于日常飲用水中鉻和鎳的含量(表5)。因此,飲用水緊缺或者受到污染的地區,就可以采用不銹鋼屋面收集水,收集的水經過循環處理,用作飲用水或者灌溉植物。例如,悉尼奧運會主會場(圖7),屋面采用316牌號不銹鋼,所有屋面水都被收集到地下蓄水罐中,用來澆灌草地和沖馬桶。

  目前,世界各地很多獲獎作品或創新設計都采用不銹鋼作為建筑表皮,這些作品利用不銹鋼獲得具有吸引力的外觀效果和產生低碳性能。通過建筑師、開發商、承包商、技術顧問等多方的探討、咨詢,不銹鋼作為建筑材料在建筑設計中的不斷出現,使建筑達到了更好的設計效果并滿足低碳的要求。

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