太阳能房与生态建材

本书主要涉及农村太阳能房与农作物秸秆，前者是世界上正在开发的一种新能源，可降低建筑能耗的高新技术，后者却是已被砖瓦材料所代替的古老建材。早期农作物秸秆的用途很广，既能盖房，又是燃料和饲料。随着农村经济的发展，秸秆的这些用途已被有关材料所取代，但秸秆仍然年复一年地产出，实际上是“取之不尽，用之不竭”，堆放田间村头，既占地又污染环境，燃烧秸秆，浓烟严重影响交通，目前已成为农村的“用途不大，弃之成灾”的材料。用来发电，发热量不大，产地分散，收集和运输费用过高，经济上也不合算。
在建设社会主义新农村和建设小康社会中，改善农民的居住条件已成为当务之急，“小康不小康，关键看住房”。农房要改善，给建设部门提出了机遇和挑战，同时令人困惑的事也不断出现。目前农村住房８５％的材料是砖瓦，房屋结构多半是砖结构或砖混结构，多数房屋在建国前后所建，距今已近50年，今后１０～２０年将陆续到达使用寿命，有的要修理，有的要重建。然而国家为保护耕地和环境，已严禁毁田烧砖瓦(烧制空心砖亦同)，且农村的砖瓦房也不利于应用太阳能、提高居住质量和节能降耗。有人寄希望于利用固体废弃物制砖，能作建材的固体废弃物远远不能满足农房的需要，20年后农房修建原材料来自何处？
另一个困惑的问题是要满足“第三个建筑节能标准”，目前只能采用聚苯板或聚氨酯板与新型建材组成的复合墙体，但这类材料价高、老化快、寿命短，最主要的问题是这类板材的原材料是原油。因此虽然建筑节能了，社会终端并不节能。
世界上发达和较发达国家的住房早已不用砖瓦盖房，代之以木板或木质刨花板，配合轻钢或混凝土框架，制作“别墅型”农房，该房重量轻、节能、建房速度快、居住舒适、符合抗震要求。我国是一个木材较少的国家，利用木材盖房是不可能的，我国又是一个农业大国，每年产出的大量农作物秸秆也在寻找用途，很自然又会利用它来盖农房，但从目前已盖好的农房来看，所盖房屋仍属低等级、功能较少的农房，虽然节能，农民并不欢迎。
早在20世纪80年代末、90年代初，我们就在建设部、山东省科技厅和有关部门支持下，自主创新地发明了利用农作物秸秆制造板材技术，并获得国家优秀发明奖和国际发明金奖。先后在国内建厂十数家，板材的性能与木质刨花板相近，产品已进入千家万户。由它与水泥复合生产的板材建造了一幢“板式别墅型试验房”，坐落在济南大学内已17个年头(试验房外貌见本书图６２），１７年后，经测试房屋的主要性能指标，基本未降低，屋顶还安装了太阳能热水器，试验房基本符合被动直接得热式太阳能房的基本条件。试验房所用材料为利废、环保、循环经济材料，因而受到有关领导和专家的重视和支持。以中科院院士蒋民华教授为领导，集中山东大学、济南大学、山东建筑大学等5所大学，山东硅酸盐学会、环保学会、建筑学会和其他有关单位,共12所单位共同申报推广山东省成熟的自主创新项目“山东农村生态住宅材料及综合技术示范工程”作为大规模推广项目，其中一个重要的子项目是盖一批样板房。首栋样板房已在山东省沂源县建成，正在进行全面测试。该房以轻钢为骨架，以草泥为芯层，在选择生态建材品种上较试验房又有新进展。书中引用的专利较多，实用性较强，国内外至今尚未见类似著作面世。
深深地感谢以蒋院士为首的各位专家、领导多年来的支持和帮助，也要感谢淄博北辰公司秦沂农董事长为本书提供了样板房的大量测试数据和照片。由于材料新颖，可参阅的资料较少，书中难免有不足之处，敬请专家们指正。

邹惟前２００７年6月16日

本书较详细地介绍了利用农作物秸秆制作太阳能房和节能房各部件的工艺和关键技术。书中，不仅对农作物秸秆制作墙板、地板等的组成、配方、生产工艺、产品性能、特点等作了详细介绍，而且对太阳能房的结构设计和各配套设施如太阳能热水器的安装和太阳能房各部分的施工方法作了较为详细的介绍。本书所介绍的工艺和技术都经长期实践，所建最早的试验房是二层别墅型，已经应用17年，至今完好。
本书的内容广，材料新，发明专利多，是建筑、建材、太阳能、复合材料及其相关专业的教师、同学的重要参考书，也可供从事类似专业的工厂工程技术员和从事农房建造的干部、技术员实际应用和参考。

第一章太阳能生态房是21世纪住宅的发展方向1
第一节太阳能热水器的推广1
一、太阳能的应用1
二、太阳能热水器在建筑中应用的几种类型3
三、太阳能热水器推广的建议6
四、世界热水器生产和应用概况18
第二节太阳光热在住宅中的应用19
一、采暖型太阳能房19
二、节能房31
三、采暖型生态房的标准35
四、太阳能空调在生态房上的应用45
五、太阳热用于窑洞住房的采暖49
第三节太阳的光电在住宅中的应用54
一、太阳能电池的工作原理54
二、太阳能电池的分类56
三、太阳能电池发电系统组成及其在太阳能房上的应用59
四、太阳能电池在住宅中应用的优缺点64
五、未来太阳能电池及其在生态房上的应用65

第二章采暖型太阳能房(生态房)总体设计72
第一节采暖型太阳能房设计应满足的要求72
一、住宅的总体设计应满足得热量最大的要求72
二、住宅壳体设计应达到绝热要求76
三、太阳能房壳体绝热材料的配置78
四、正能耗、低能耗、零能耗和负能耗房建筑材料上的
差异82
第二节采暖型太阳能生态房的结构设计84
一、早期太阳能房结构84
二、近期太阳能房结构87
三、目前建筑上广泛应用的价格昂贵的节能材料并不节能95
四、未来太阳能生态房将是薄壳和薄壁结构98
五、电力墙、智能墙、热水墙体在生态房上的应用102
第三节太阳能光热、光电的储存105
一、太阳能储存的类型105
二、太阳能以热能方式储存106
三、太阳能以电能方式储存109
四、太阳能以其他能源方式储存111
第四节采暖型太阳能生态房窗户113
一、窗户既是获得又是损失热能的主要部件113
二、影响太阳能房外墙窗得热效率的因素114
三、减少外墙窗热能损失的措施121
四、用于太阳能生态房外墙上的几种特种窗户简介125

第三章太阳能生态房的墙体材料技术与应用128
第一节太阳能生态房的墙体材料128
一、太阳能生态房墙体对材料的要求128
二、传统建材不适合作太阳能生态房的外墙体129
三、垃圾墙体（房）和墙体垃圾130
四、制作墙体的生态建材（芯材）品种和特性132
第二节利用生态建材制作树脂面板的工艺141
一、木材工艺不能生产棉秆增强树脂板141
二、向日葵果壳增强树脂板的制作工艺148
三、稻草纤维增强树脂板的制作工艺153
四、棉绒增强磷酸酯薄板特种制板工艺158
五、防白蚁麻秆复合板的制板工艺164
第三节包裹法解决了植物某些成分对水泥的阻凝167
一、包裹法的内容167
二、麦草增强水泥板的制作工艺170
三、甘蔗皮增强水泥板的制作工艺174
四、热压法生产芦苇增强水泥板的制作工艺176
五、无宏观缺陷水泥基板材的制作180
第四节生态建材制作复合墙体184
一、墙体内部需通过、安装的零构件184
二、框架式复合外墙体的制作185
三、草泥复合墙体的制作189
四、禾秆段芯层内墙体的制作192

第四章生态建材制作生态房屋顶和地板195
第一节利用生态建材制作生态房屋顶195
一、太阳能生态房屋顶的外形和结构形式195
二、新型建材在太阳能房屋顶上应用的弊端197
三、制作生态房屋顶的工艺200
四、太阳能电池方阵(太阳瓦)系统在屋顶上的安装和
维护204
第二节跟随太阳转动的房屋和屋顶207
一、房屋和屋顶转动的目的和分类207
二、旋转房及屋顶的结构和材料208
三、生态建材建造低层旋转房及屋顶211
四、小模块代替旋转屋顶发电和采暖212
第三节生态房地板213
一、地面的组成、结构型式和要求213
二、常用地板的类型和组成215
三、太阳能(或浅层地热能)生态房地板的功能217
四、由生态建材制作的几种特殊用途地板220
第四节楼板的结构型式和特点223
一、楼板和地板的差别223
二、新型建材楼板层的结构及弊端223
三、生态房楼板层的结构与特点226
四、轻质快干楼地面的配方和工艺228

第五章由生态建材制作的其他构件231
第一节生态房的阳台和雨篷材料231
一、阳台的功用、类型和对材料的要求231
二、太阳能房阳台的特殊功用232
三、雨篷在太阳能生态房上的功用234
四、利用生态建材制作阳台和雨篷的优越性235
第二节模压法生产生态房用零构件236
一、太阳能房隔热板的结构特点236
二、太阳能房阳光反射板的结构特点238
三、太阳能房百叶窗的结构特点241
四、模压法压制生态房用零构件的工艺243
第三节太阳能生态房用嵌缝密封材料247
一、太阳能生态房内嵌缝密封的重要性247
二、常用嵌缝密封材料的分类249
三、太阳能生态房上应用的嵌缝密封材料250
四、太阳能房用玻璃接缝宽度计算253
第四节太阳能生态房用装饰材料256
一、生态房的外墙、内墙和屋顶都需要装饰256
二、影响居民健康的某些装饰材料260
三、太阳能生态房应用的负离子涂料265
四、太阳能生态房应用的纳米建筑涂料268

第六章生态建材建造太阳能房的经济优势273
第一节从试验房获得的重要启示273
一、农作物秸秆可以盖现代化太阳能生态房273
二、生态住宅的结构型式276
三、工厂化生产现场装配施工277
四、生态房的推广278
第二节生态样板房墙体材料费的估算278
一、从试验房到生态样板房278
二、样板房草泥芯外墙体材料费估算280
三、样板房禾秆芯(垂直安放)内(外)墙体材料费
估算283
四、外墙体采用其他材料的材料费估算284
第三节生态样板房屋顶材料费的估算285
一、屋顶和墙体的功能不同285
二、样板房屋顶结构和屋顶板的材料费估算286
三、样板房屋顶采用其他材料的材料费估算287
四、屋顶自重减轻将使地震伤害降低288
第四节降低太阳能生态样板房的造价290
一、为降低造价所采取的措施290
二、造价进一步降低的空间很大291
三、轻钢复合板结构的住宅呼之欲出292
四、轻钢复合板结构太阳能生态房造价最低295

参考文献298