玻璃纤维增强复合材料在建筑节能中的应用
当前，节能和环保已成为人类改善生存环境和社会寻求良性发展的主题，越来越受到人们的重视。据统计，我国建筑业能耗约占所有产业能耗的30%。这对日益匮乏的自然资源造成极大的威胁。因此，推进建筑节能是我国走可持续发展之路的必然趋势，特别是采用节能环保材料对既有建筑的节能改造和新建建筑的节能选材设计是未来一段时间内降低建筑能耗的必由之路。玻璃纤维增强复合材料（俗称玻璃钢）凭借其优异的性能，在建筑节能方面的应用日益受到人们的青睐。
1 玻璃钢的优良性能
(1)轻质高强，力学性能好
玻璃钢具有比强度高、比模量大、抗疲劳性能及减振性能好等优点。玻璃钢密度通常为1.7g/m3左右，而其强度可以达到甚至超过普通碳素钢的强度，作承力构件可发挥其独特的优良力学性能。
(2)可设计性优良
玻璃钢的成型工艺灵活，其结构和性能具有很强的可设计性。通常玻璃纤维的强度和弹性模量比树脂的强度和弹性模量大几十倍。可以通过改变玻璃钢中纤维的含量和分布方向，将潜在的性能集中到必要的方向上，使纤维更有效地发挥作用。还可以根据需要制作兼具刚性、韧性的玻璃钢制品以大限度地满足工程使用性能的要求。另外，还可赋予玻璃钢阻燃、防静电等功能特性。
(3)优良的耐化学药品性和耐候性
玻璃钢与普通金属的电化学腐蚀机理不同，其表面电阻为1×1016~1×1022Ω，在电解质溶液里不会有离子溶解出来，因而对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐等介质有着良好的化学稳定性。另外，在玻璃钢中加入相关的辅料可有效改善其耐老化性等性能。
(4)隔音性能好
玻璃钢的阻尼性能很好，对声音的阻隔可以达到26~30dB。
(5)优良的电性能
玻璃钢的介电性能好，具有良好的绝缘性能和透波性能。通过设计可使其在很宽的频段范围内都具有良好的透微波性能。
(6)良好的热性能
玻璃钢的热异率为0.03~0.05W/(m・K)，比普通材料低得多。同时，在一定温度范围内，玻璃钢具有良好的热稳定性。其线胀系数和玻璃接近，低于钢和铝合金。
2 玻璃钢在建筑节能中的应用[-page-]
2.1 玻璃钢管道
近年来，我国新建城市供水工程所用管材多数为金属管、预应力钢筋混土管。由于金属管需做防腐处理，长距离的管道防腐不但增加成本，而且质量也难以得到保证；预应力钢筋混凝土管在运行中易出现爆管、渗漏等质量问题，节能效果较差。而玻璃钢管道由内衬层、结构层和外保护层构成，管道内衬层含有丰富的树脂，耐腐蚀且内壁光滑，输送介质摩阻系数小；结构层用玻璃纤维增强，为承受全部荷载的受力层，使用安全可靠。玻璃钢管道与金属管道等其它管道相比，输送介质时运行阻力小，能耗低。当输水量相同时，所需的玻璃钢管道的管径可至少小一个等级。如用相同管径的管道输送相同的水量，玻璃钢管的用电量可比钢管、铸铁管、水泥管低30%~40%，或在相同输送能耗下输送能力提高20%以上。玻璃钢管道的质量只有相同管径、相同长度钢管的1/6~1/3、铸铁管的1/9~1/7、混凝土管的1/15~1/10，因此可大大降低施工费用。玻璃钢管的维修费用一般只占安装和材料费用总和的1%，而钢管则为3%。玻璃钢管道的生产能耗低，分别为功能相同钢管和铸铁管的66.7%和22.3%。5年前玻璃钢管道的价格较同样的钢管价格高30%~50%，从而影响了其推广使用，近几年尤其是2007年以来钢材价格上调幅度较大，玻璃钢管的价格比同样的钢管价格高2%~4%。但采用玻璃钢管可使整体工程造价降低20%~30%。河南理工大学等研发的高强双抗煤矿玻璃钢管道已在河南平顶山、山东兖州及河北邯郸等较大的煤矿企业推广使用，吨煤成本明显降低。高压玻璃钢管在大庆、胜利等油田得以广泛使用。以武汉理工大学为代表研制的纤维缠绕夹砂玻璃钢管道生产技术装备已达到目前国外同类技术装备水平，市政用玻璃钢管道在逐年增加。
目前我国城市供水管材料主要还是铸铁管、钢管、水泥压力管和硬质聚氯乙烯管等，较少采用玻璃钢管道，近几年我国城市供水量逐年增加，各项费用也在逐年提高。若修一个供水量30万t/d的水厂，一般需要2条直径1.6m以上的管道，而修建一个50万t/d的水厂，需要2条直径2m以上的管道，如果用玻璃钢管敷设，可为节约大量的能源。玻璃钢管在城市旧排水管道改造工程中有着独特的优越性，根据国外的经验，在要改造的旧排水管断面中可引入小于原管直径的玻璃钢管，这样既不影响排水，又不用拆除旧管道。目前我国城市有很多排水管因年久失修需要改造和更换。因此，预计玻璃钢管道在城市给排水管道改造中将会得到广泛的应用。
2.2 玻璃钢门窗
从能源流失来看，房屋建筑的能源损失中50%是通过门窗流失的，尤其是公共建筑的窗墙比高达70%，更加大了能源损失。因此，门窗节能在整个节能建筑中起到至关重要的作用。玻璃钢门窗是以无碱玻璃纤维及其制品为增强材料，不饱和聚酯树脂为基体材料，通过拉挤工艺生产出空腹型材，经过切割、组装、喷涂等工序而制成。玻璃钢门窗既有钢、铝门窗的坚固性，又有一般塑料门窗的耐腐蚀、保温、节能性能，更具有自身独物的隔音、抗老化、尺寸稳定等性能，被誉为21世纪建筑门窗的绿色产品。[-page-] 玻璃钢门窗与目前市场大量使用的铝合金门窗和塑钢门窗相比，节能效果非常好。该材料轻质高强，其拉伸强度为350MPa以上，弯曲强度为260MPa以上，为铝合金的2倍、塑钢的4~5倍，从而弥补了塑钢门窗强度低、易变形的缺点。玻璃钢门窗的热绝缘系数为9.96m2・K/W，远大于塑钢窗框和隔热断桥铝合金窗框的热绝缘系数(分别为5.93、0.16m2・K/W)。玻璃钢门窗的保温性能优于标准(GB 8484-1987)中规定的保温性能一级指标。玻璃钢门窗尺寸稳定、隔音性好。玻璃钢型材热形温度为200℃，线胀系数与建筑物和玻璃相当，在冷热温差变化较大环境下，不易与建筑物及玻璃之间产生缝隙，可大大提高玻璃钢门窗的密封性能。据有关部门检测，玻璃钢门窗型材符合GB 18584-2001《室内装饰装修材料木家具中有害物质限量》规定的各项有害物擀限量指标。甲醛释放量和可溶性铅、镉、铬、汞等项目均为标准限量的1/6~1/600，达到A类装修材料要求，符合绿色环保建材产品重点推广条件。
我国建筑门窗行业形成了以工程塑料、建筑铝材、彩色涂层钢板、不锈钢板等材料为主的多元化、多层次的产品结构体系，为建筑门窗产量多的。目前城镇建筑市场的门窗需求量已经达到2亿m2，其中塑钢门窗市场占有率约为32%，铝门窗、铝幕墙市场占有率约40%，彩钢板门窗市场占有率约8%，其它门窗(包括木门窗、木复合门窗、不锈钢门窗、卷帘门窗、玻璃钢门窗等)的市场占有率约20%。由于玻璃钢门窗特有的保温、节能等优点，目前已得到社会各界的认可和有关部门的重视与支持。
从1999年我国耀华玻璃钢集团与加拿大Inline公司的玻璃钢门窗合资线投产以来，唐山添晖、山东鲁能及北京房云盛、华实等公司也相继引进国外先进技术，批量生产高质量的玻璃钢门窗。在我国北方地区，玻璃钢门窗得到迅速推广，市场已初具规模，市场前景十分广阔。尽管如此，我们也要看到目前玻璃钢门窗的市场占有率还很低，玻璃钢门窗行业的发展还任重道远。
2.3 其它应用
目前国外新推出一种玻璃钢地板，可用作停车场地板和平台地坂等，节能环保，是陶瓷地板优良的替代产品。在采暖通风工程中，玻璃钢也是很好节能环保材料，目前已用于制造冷却塔、通风厨、送风管、排气管、栅板、防腐风机罩等。另外，玻璃钢也在冷库、活动房屋、岗亭、仿古建筑、移动剧院、透微波塔楼、屏蔽房、水箱、井盖、电缆桥架等领域得以广泛应用，在建筑节能中发挥了重要作用。
3 发展趋势及对策
3.1 节能形势和发展趋势[-page-]
到目前为止，尽管我国人均资源占有量为平均值的40%，但能源消费总量已达第二。其中建筑用能源成为我国能源消费的大户，因此，建筑节能势在必行。笔者认为玻璃钢以其优异的节能性能必将成为未来新建节能建筑选材和既有建筑节能改造的选材料，以代替统的非节能建材。从国外的应用情况来看，玻璃钢是国际市场上产量大、用途广的产品。在美国、日本、德国等工业发达，玻璃钢已经进入大规模使用阶段。在新铺设的自来水管道中，玻璃钢管所占比例：美国为30%，中东为100%，我国台湾省为70%，目前我国玻璃钢在建筑中的应用已达到40%，但是在建筑节能中的应用还不高，其在建筑节能中发展还有很大潜力。
3.2 建筑节能对策
(1)建立配套完善的建筑法律法规，规范建筑节能市场，加强建筑节能工作的行政监督。多渠道树立人们的建筑节能意识，引起社会各界的高度重视，促进高效建筑节能市场的建立，从而实现建筑节能的目标。
(2)利用宏观调控规范建筑市场，利用市场推进人们对节能工作的重视，逐步提高人们的节能意识。据有关部门2001年估算，如果把我国非节能门窗的40%改造为节能门窗，可节省煤炭1.56亿t，同时也少向大气层排放7000万t灰尘和大量的有毒气体。
(3)加大科技创新力度。我国是一个人口众多的，能源危机将不可避免，应加大创新力度，大力发展适合我国国情的节能型新材料。同时，玻璃钢产业应立足我国的现实情况，努力与国际接轨，引进新理论、新材料、新设备和新工艺，向科技要能源，推动我国建筑节能工作全面、快速健康的发展。
4 结语
随着我国城镇化进程的加快，建筑业投资越来越多，我国“十一五”规划中明确指出，从2005年起新建采暖居住建筑应在此前节能要求的基础上再节能30%，建设部在节能专项规划中指出，“十一五”期间25%既有建筑要进行改造。建筑节能越来越受到人们重视，既有建筑的节能改造和供热系统的改造工作量巨大，所以玻璃钢的市场前景广阔，绿色环保、阻燃、节能型的新型建筑材料必将大有作为。
1 玻璃钢的优良性能
(1)轻质高强，力学性能好
玻璃钢具有比强度高、比模量大、抗疲劳性能及减振性能好等优点。玻璃钢密度通常为1.7g/m3左右，而其强度可以达到甚至超过普通碳素钢的强度，作承力构件可发挥其独特的优良力学性能。
(2)可设计性优良
玻璃钢的成型工艺灵活，其结构和性能具有很强的可设计性。通常玻璃纤维的强度和弹性模量比树脂的强度和弹性模量大几十倍。可以通过改变玻璃钢中纤维的含量和分布方向，将潜在的性能集中到必要的方向上，使纤维更有效地发挥作用。还可以根据需要制作兼具刚性、韧性的玻璃钢制品以大限度地满足工程使用性能的要求。另外，还可赋予玻璃钢阻燃、防静电等功能特性。
(3)优良的耐化学药品性和耐候性
玻璃钢与普通金属的电化学腐蚀机理不同，其表面电阻为1×1016~1×1022Ω，在电解质溶液里不会有离子溶解出来，因而对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐等介质有着良好的化学稳定性。另外，在玻璃钢中加入相关的辅料可有效改善其耐老化性等性能。
(4)隔音性能好
玻璃钢的阻尼性能很好，对声音的阻隔可以达到26~30dB。
(5)优良的电性能
玻璃钢的介电性能好，具有良好的绝缘性能和透波性能。通过设计可使其在很宽的频段范围内都具有良好的透微波性能。
(6)良好的热性能
玻璃钢的热异率为0.03~0.05W/(m・K)，比普通材料低得多。同时，在一定温度范围内，玻璃钢具有良好的热稳定性。其线胀系数和玻璃接近，低于钢和铝合金。
2 玻璃钢在建筑节能中的应用[-page-]
2.1 玻璃钢管道
近年来，我国新建城市供水工程所用管材多数为金属管、预应力钢筋混土管。由于金属管需做防腐处理，长距离的管道防腐不但增加成本，而且质量也难以得到保证；预应力钢筋混凝土管在运行中易出现爆管、渗漏等质量问题，节能效果较差。而玻璃钢管道由内衬层、结构层和外保护层构成，管道内衬层含有丰富的树脂，耐腐蚀且内壁光滑，输送介质摩阻系数小；结构层用玻璃纤维增强，为承受全部荷载的受力层，使用安全可靠。玻璃钢管道与金属管道等其它管道相比，输送介质时运行阻力小，能耗低。当输水量相同时，所需的玻璃钢管道的管径可至少小一个等级。如用相同管径的管道输送相同的水量，玻璃钢管的用电量可比钢管、铸铁管、水泥管低30%~40%，或在相同输送能耗下输送能力提高20%以上。玻璃钢管道的质量只有相同管径、相同长度钢管的1/6~1/3、铸铁管的1/9~1/7、混凝土管的1/15~1/10，因此可大大降低施工费用。玻璃钢管的维修费用一般只占安装和材料费用总和的1%，而钢管则为3%。玻璃钢管道的生产能耗低，分别为功能相同钢管和铸铁管的66.7%和22.3%。5年前玻璃钢管道的价格较同样的钢管价格高30%~50%，从而影响了其推广使用，近几年尤其是2007年以来钢材价格上调幅度较大，玻璃钢管的价格比同样的钢管价格高2%~4%。但采用玻璃钢管可使整体工程造价降低20%~30%。河南理工大学等研发的高强双抗煤矿玻璃钢管道已在河南平顶山、山东兖州及河北邯郸等较大的煤矿企业推广使用，吨煤成本明显降低。高压玻璃钢管在大庆、胜利等油田得以广泛使用。以武汉理工大学为代表研制的纤维缠绕夹砂玻璃钢管道生产技术装备已达到目前国外同类技术装备水平，市政用玻璃钢管道在逐年增加。
目前我国城市供水管材料主要还是铸铁管、钢管、水泥压力管和硬质聚氯乙烯管等，较少采用玻璃钢管道，近几年我国城市供水量逐年增加，各项费用也在逐年提高。若修一个供水量30万t/d的水厂，一般需要2条直径1.6m以上的管道，而修建一个50万t/d的水厂，需要2条直径2m以上的管道，如果用玻璃钢管敷设，可为节约大量的能源。玻璃钢管在城市旧排水管道改造工程中有着独特的优越性，根据国外的经验，在要改造的旧排水管断面中可引入小于原管直径的玻璃钢管，这样既不影响排水，又不用拆除旧管道。目前我国城市有很多排水管因年久失修需要改造和更换。因此，预计玻璃钢管道在城市给排水管道改造中将会得到广泛的应用。
2.2 玻璃钢门窗
从能源流失来看，房屋建筑的能源损失中50%是通过门窗流失的，尤其是公共建筑的窗墙比高达70%，更加大了能源损失。因此，门窗节能在整个节能建筑中起到至关重要的作用。玻璃钢门窗是以无碱玻璃纤维及其制品为增强材料，不饱和聚酯树脂为基体材料，通过拉挤工艺生产出空腹型材，经过切割、组装、喷涂等工序而制成。玻璃钢门窗既有钢、铝门窗的坚固性，又有一般塑料门窗的耐腐蚀、保温、节能性能，更具有自身独物的隔音、抗老化、尺寸稳定等性能，被誉为21世纪建筑门窗的绿色产品。[-page-] 玻璃钢门窗与目前市场大量使用的铝合金门窗和塑钢门窗相比，节能效果非常好。该材料轻质高强，其拉伸强度为350MPa以上，弯曲强度为260MPa以上，为铝合金的2倍、塑钢的4~5倍，从而弥补了塑钢门窗强度低、易变形的缺点。玻璃钢门窗的热绝缘系数为9.96m2・K/W，远大于塑钢窗框和隔热断桥铝合金窗框的热绝缘系数(分别为5.93、0.16m2・K/W)。玻璃钢门窗的保温性能优于标准(GB 8484-1987)中规定的保温性能一级指标。玻璃钢门窗尺寸稳定、隔音性好。玻璃钢型材热形温度为200℃，线胀系数与建筑物和玻璃相当，在冷热温差变化较大环境下，不易与建筑物及玻璃之间产生缝隙，可大大提高玻璃钢门窗的密封性能。据有关部门检测，玻璃钢门窗型材符合GB 18584-2001《室内装饰装修材料木家具中有害物质限量》规定的各项有害物擀限量指标。甲醛释放量和可溶性铅、镉、铬、汞等项目均为标准限量的1/6~1/600，达到A类装修材料要求，符合绿色环保建材产品重点推广条件。
我国建筑门窗行业形成了以工程塑料、建筑铝材、彩色涂层钢板、不锈钢板等材料为主的多元化、多层次的产品结构体系，为建筑门窗产量多的。目前城镇建筑市场的门窗需求量已经达到2亿m2，其中塑钢门窗市场占有率约为32%，铝门窗、铝幕墙市场占有率约40%，彩钢板门窗市场占有率约8%，其它门窗(包括木门窗、木复合门窗、不锈钢门窗、卷帘门窗、玻璃钢门窗等)的市场占有率约20%。由于玻璃钢门窗特有的保温、节能等优点，目前已得到社会各界的认可和有关部门的重视与支持。
从1999年我国耀华玻璃钢集团与加拿大Inline公司的玻璃钢门窗合资线投产以来，唐山添晖、山东鲁能及北京房云盛、华实等公司也相继引进国外先进技术，批量生产高质量的玻璃钢门窗。在我国北方地区，玻璃钢门窗得到迅速推广，市场已初具规模，市场前景十分广阔。尽管如此，我们也要看到目前玻璃钢门窗的市场占有率还很低，玻璃钢门窗行业的发展还任重道远。
2.3 其它应用
目前国外新推出一种玻璃钢地板，可用作停车场地板和平台地坂等，节能环保，是陶瓷地板优良的替代产品。在采暖通风工程中，玻璃钢也是很好节能环保材料，目前已用于制造冷却塔、通风厨、送风管、排气管、栅板、防腐风机罩等。另外，玻璃钢也在冷库、活动房屋、岗亭、仿古建筑、移动剧院、透微波塔楼、屏蔽房、水箱、井盖、电缆桥架等领域得以广泛应用，在建筑节能中发挥了重要作用。
3 发展趋势及对策
3.1 节能形势和发展趋势[-page-]
到目前为止，尽管我国人均资源占有量为平均值的40%，但能源消费总量已达第二。其中建筑用能源成为我国能源消费的大户，因此，建筑节能势在必行。笔者认为玻璃钢以其优异的节能性能必将成为未来新建节能建筑选材和既有建筑节能改造的选材料，以代替统的非节能建材。从国外的应用情况来看，玻璃钢是国际市场上产量大、用途广的产品。在美国、日本、德国等工业发达，玻璃钢已经进入大规模使用阶段。在新铺设的自来水管道中，玻璃钢管所占比例：美国为30%，中东为100%，我国台湾省为70%，目前我国玻璃钢在建筑中的应用已达到40%，但是在建筑节能中的应用还不高，其在建筑节能中发展还有很大潜力。
3.2 建筑节能对策
(1)建立配套完善的建筑法律法规，规范建筑节能市场，加强建筑节能工作的行政监督。多渠道树立人们的建筑节能意识，引起社会各界的高度重视，促进高效建筑节能市场的建立，从而实现建筑节能的目标。
(2)利用宏观调控规范建筑市场，利用市场推进人们对节能工作的重视，逐步提高人们的节能意识。据有关部门2001年估算，如果把我国非节能门窗的40%改造为节能门窗，可节省煤炭1.56亿t，同时也少向大气层排放7000万t灰尘和大量的有毒气体。
(3)加大科技创新力度。我国是一个人口众多的，能源危机将不可避免，应加大创新力度，大力发展适合我国国情的节能型新材料。同时，玻璃钢产业应立足我国的现实情况，努力与国际接轨，引进新理论、新材料、新设备和新工艺，向科技要能源，推动我国建筑节能工作全面、快速健康的发展。
4 结语
随着我国城镇化进程的加快，建筑业投资越来越多，我国“十一五”规划中明确指出，从2005年起新建采暖居住建筑应在此前节能要求的基础上再节能30%，建设部在节能专项规划中指出，“十一五”期间25%既有建筑要进行改造。建筑节能越来越受到人们重视，既有建筑的节能改造和供热系统的改造工作量巨大，所以玻璃钢的市场前景广阔，绿色环保、阻燃、节能型的新型建筑材料必将大有作为。
