木材在建筑節(jié)能和優(yōu)化社會材料結(jié)構(gòu)中的作用
1 節(jié)能降耗是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然選擇
2005年國務(wù)院下達(dá)了關(guān)于建設(shè)節(jié)約型社會的通知，將節(jié)能降耗提到了重要位置。這是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、實(shí)現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的必然要求，也是針對我國目前所處的發(fā)展階段、生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及所面臨的發(fā)展機(jī)遇而做出的戰(zhàn)略決策。
由于我國經(jīng)濟(jì)粗放型增長的方式尚未根本改變，造成經(jīng)濟(jì)的快速增長，在很大程度上是靠大量消耗物質(zhì)資源實(shí)現(xiàn)的。我國萬元GDP的能源、原材料和水資源消耗，大大高于世界平均水平，萬元GDP的能耗是發(fā)達(dá)國家的4倍多。
另一方面，我國各種資源均相對不足，耕地、水資源、森林、石油、天然氣等的人均占有量，分別只有世界平均水平的1/3、1/4、1/5、1/10和1/22，資源對經(jīng)濟(jì)的制約作用也越來越大。石油和鐵、銅、鋁等礦產(chǎn)的國內(nèi)保障程度很低，對國際市場的依存度很高。2006年我國的石油對外依存度為47%，鐵礦石對外依存度已達(dá)51.1%。因此，黨中央、國務(wù)院高度重視節(jié)能降耗，在“十一五”計(jì)劃中提出了，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗下降20%的約束性目標(biāo)。
2 木材是具有節(jié)能降耗功能的優(yōu)良建材
隨著石油、煤炭、電力等能源供應(yīng)的日趨緊張、價(jià)格上漲，社會節(jié)約能源的問題擺在了每一個(gè)行業(yè)的面前，而能源消耗大戶的建筑業(yè)，理當(dāng)成為節(jié)能挖潛的重點(diǎn)行業(yè)。
在各項(xiàng)能源消耗中，建筑能源所占的比例呈逐年增高趨勢。據(jù)初步測算：我國建筑物的使用能耗，已從上世紀(jì)的10%上升到了30%左右；在開采、生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中，建筑材料的制造能耗約占16.7%，因而與建筑相關(guān)的能耗已占總能耗的46.7%左右，單位建筑面積的能耗，為發(fā)達(dá)國家的2~3倍，其重要原因之一是不重視建材的合理利用。
木材作為優(yōu)良的建筑材料，具有吸音、隔熱和強(qiáng)重比大等優(yōu)點(diǎn)，其熱導(dǎo)率僅為0.15~0.30W/（m k）,而鋁、鋼分別為174和50W/（m k），相差數(shù)百倍。有資料介紹：要達(dá)到想太多保溫效果，使用木材的厚度僅是水泥1/16、磚的1/30、鋼的1/400、鋁的1/1600。
充分利用木材優(yōu)異的保溫性能，可以大大減少建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的能力損失，而且，與礦物原材料相比，木材是可以再生的材料，在生長、開采和加工過程中排出的CO少，造成的環(huán)境污染少。如果將木材加工的制造能耗設(shè)為1，則水泥的制造能耗為5，塑料為34，鋼鐵為191，鋁為791。
推廣和實(shí)現(xiàn)建筑的節(jié)能，木材的特殊作用不可忽視。盡管不可能照搬發(fā)達(dá)國家草原木結(jié)構(gòu)住在的模式，但是完全可以根據(jù)中國的國情和建筑特點(diǎn)，把木質(zhì)建材用在節(jié)能降耗的關(guān)鍵部位。這方面，林產(chǎn)工藝發(fā)達(dá)國家有許多成熟的木質(zhì)建材和木制建筑部件的生產(chǎn)及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，制得我國研究和借鑒。
2.1 現(xiàn)代高性能木窗
無論是采暖還是制冷，都是建筑能耗的主要方面，且全社會的總量很大。而現(xiàn)代高性能木窗在降低建筑能耗、減少環(huán)境污染、提高居住質(zhì)量方面，有明顯的優(yōu)勢。
建筑物的熱量傳遞有傳導(dǎo)、對流和輻射3種形式：對流發(fā)生在門窗的密封處和縫隙；輻射主要發(fā)生在玻璃表面；傳導(dǎo)主要發(fā)生在窗框、窗扇和玻璃。因此，窗戶是建筑物散發(fā)熱量最多的部位，因?yàn)槭菄o(hù)結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)。據(jù)建筑部門測定，一般的建筑物，通過窗戶散發(fā)的能耗約占30%。
由于木材的尺寸穩(wěn)定性變異大，導(dǎo)致了傳統(tǒng)木窗的密封性差、使用壽命短。加之傳統(tǒng)木窗的結(jié)構(gòu)形式陳舊、性能落后，在一段時(shí)間內(nèi)，鋼材、鋁材、塑料相繼成為替代木窗的窗材主材，木窗幾乎被鋼窗、鋁窗、塑料窗擠出市場。隨著市場的競爭和淘汰，特別是當(dāng)今木材加工技術(shù)的進(jìn)步，鋼材、鋁材逐步淡出市場，而木材作為環(huán)保的窗戶材料重新得到重視。現(xiàn)代化的木窗已成為高檔的建筑部件，在歐洲窗戶市場，木窗的份額已達(dá)1/3。
我國由于木材供應(yīng)緊張，在過去的幾十年里，對木窗結(jié)構(gòu)和加工技術(shù)的研究基本停滯。近年來，我國的木材加工工業(yè)和建筑業(yè)，已開始重新認(rèn)識木窗的優(yōu)良性能，通過學(xué)習(xí)和引進(jìn)國外先進(jìn)的加工設(shè)備和技術(shù)，運(yùn)用科技手段，完全可以克服和限制木材的缺點(diǎn)，使木材成為最佳的窗用材料。
木制窗戶最大的優(yōu)點(diǎn)是保溫性能好，現(xiàn)代高性能木窗的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效地保證了氣密性和防雨水滲漏性，能減少15%的建筑熱能損耗；而在夏季，同樣可以減少室外熱量的傳入，降低空調(diào)能耗。
和其他類型的窗戶一樣，木窗的基本性能，也必須符合門窗基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)要求。對于建筑外用窗，主要的性能標(biāo)準(zhǔn)有：
1）抗風(fēng)壓性能；2）空氣滲透性能；3）防雨水滲透性能；4）保溫性能；5）空氣隔聲性能；6）采光性能。在正常加工條件下，高性能木窗的抗風(fēng)壓性能、空氣滲透性、雨水滲透性、保溫性能，均可以達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的I 、II級指標(biāo)，同時(shí)，還有裝飾性好、隔音性能好的優(yōu)點(diǎn)。在合理的制造工藝和適當(dāng)?shù)木S護(hù)下，木窗的使用壽命遠(yuǎn)比塑料窗長久。
木窗用材宜選用強(qiáng)度、彈性模量和握釘力較高的樹種，一般使用針葉材。我國北方地區(qū)多用落葉松作為窗戶原料，一是因?yàn)槁淙~松是我國北方主要造林樹種，有一定的資源蓄積量，且目前尚未開發(fā)其高效利用的途徑；二是落葉松木材強(qiáng)度較好，握釘力較高，有一定的天然耐腐性。其缺點(diǎn)是節(jié)子、松脂囊多及易翹曲，但可以通過加工制成集成材來克服。另外，用于窗戶的木材必須經(jīng)過干燥處理，最好經(jīng)過防腐處理。
2.2 坡頂結(jié)構(gòu)用木質(zhì)復(fù)合工程材料
我國傳統(tǒng)的建筑物也曾是以坡屋面為主，后因木材供應(yīng)緊張，改為混凝土的平屋面。鑒于平屋面的諸多缺點(diǎn)，也曾提出要適當(dāng)發(fā)展坡屋面，但因屋架的材料問題而發(fā)展緩慢。近幾年來開始實(shí)施的平改坡工程，基本上都是在混凝土屋面的基礎(chǔ)上，搭建 一個(gè)鋼帽子，耗費(fèi)了大量鋼材。
國外的輕型木結(jié)構(gòu)住宅，大多采用木質(zhì)復(fù)合工程材料作為屋面材料，北美稱為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料（Structral Composite Lumber,SCL）。其種類有：單板層積材、平行單板條層積材、定向刨花成材、還有預(yù)制木質(zhì)工字梁、膠合木或集成材、指接結(jié)構(gòu)材（Finger Joint,FL）等。
木質(zhì)復(fù)合工程材料用作屋面的坡頂材料，其重量大大輕于鋼筋混凝土的平屋面，而且保溫性能好，還可美化和改善建筑物的外觀造型，增加有效使用面積，是非常優(yōu)秀的屋面材料。
木質(zhì)復(fù)合工程材料也是一種綜合利用率高、附加值高的人造板制品，其原料幾乎全部可以采用人工林木材、小徑材，為小徑材、間伐材的增值利用開辟了重要途徑。
經(jīng)多年的研究和試產(chǎn)，對上述木質(zhì)復(fù)合工程材料中的大部分產(chǎn)品，我國已具備成熟的生產(chǎn)工藝和一定的加工能力，并已接受國外的訂貨合同，但在國內(nèi)的推廣應(yīng)用卻和遲緩。究其原因，主要是上述產(chǎn)品還需要根據(jù)中國建筑的特點(diǎn)，進(jìn)一步開展應(yīng)用研究、工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的研究與規(guī)范的制定。
2.3 節(jié)能墻材用無機(jī)人造板
墻體是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中散發(fā)熱量最集中的部位之一，其散發(fā)的熱量占整個(gè)建筑物能耗損失的40%。我國絕大多數(shù)采暖地區(qū)的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其熱工性能均比氣候條件相近的發(fā)達(dá)國家差，外墻的傳熱系數(shù)是其3.5~4.5倍，差距主要體現(xiàn)在墻體材料和結(jié)構(gòu)上。
另外，我國的墻材以磚為主，每年取土燒磚，損失大量農(nóng)田，而且還消耗大量的能源。因此，墻材改革一直是我國建材行業(yè)的努力目標(biāo)。
石膏刨花板、石膏纖維板、水泥刨花板、水泥纖維板等，均是以木刨花板或木纖維為骨料，以水泥、天然石膏、電廠脫硫石膏、磷石膏等無機(jī)材料為粘結(jié)劑而制成的幾種人造板，板材具有良好的力學(xué)性能、加工性能和熱工性能好，熱導(dǎo)率可以降到0.22W（m k），保溫性能優(yōu)于磚和混凝土，還可以制成復(fù)合墻體。其次，由于其隔熱、隔音性能良好，因而可大大減少建筑物墻體的厚度，同等的建筑面積下，房屋的使用面積可增加10%。
此外，脫硫石膏和磷石膏是電廠脫硫和磷酸廠生產(chǎn)排出的廢物，而石膏鍛煉出來的耗能，僅為水泥生產(chǎn)耗能的1/4。利用這些原材料，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念。
2.4 地面保溫用木質(zhì)地材
木質(zhì)地面材料有實(shí)木地板、實(shí)木復(fù)合地板、強(qiáng)化木地板、軟木地板、竹地板等。室內(nèi)鋪設(shè)木地板，不僅改善居住條件，更有利于地面的保溫。其中強(qiáng)化木地板是以小徑材、木材加工剩余物為原料，經(jīng)加工后成為性能優(yōu)良、美觀的木地板，值得推廣。
3 木材對優(yōu)化社會材料結(jié)構(gòu)的作用
社會材料結(jié)構(gòu)，指一個(gè)社會所采用的主要原材料的格局和比例關(guān)系。不同的歷史時(shí)期，人類對社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和自然的關(guān)系的認(rèn)識不同。
工業(yè)革命以來，社會材料結(jié)構(gòu)變化的大趨勢，先是礦物資源的開采利用迅猛發(fā)展，但由于礦物資源不可再生、能耗大、污染嚴(yán)重，人類的材料利用，轉(zhuǎn)向可持續(xù)利用、對環(huán)境更友好的可再生資源。評價(jià)社會的材料結(jié)構(gòu)，不僅要看本國本地區(qū)的資源現(xiàn)狀和當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)效益，還需要著眼全局和長遠(yuǎn)的發(fā)展，盡可能多的利用可再生、節(jié)能、污染少的經(jīng)濟(jì)適用材料。
從社會材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化的觀點(diǎn)來看，四大材料（鋼鐵、水泥、木材、塑料）中，木材的利用最有利于社會材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。工業(yè)發(fā)達(dá)國家均把木材利用防在十分重要的位置，木材一直是其建筑業(yè)優(yōu)先考慮使用的材料，這也是這些國家的建筑能耗較低的重要原因之一。
根據(jù)國家林業(yè)局公布的資料：森林每生長1m3木材，吸收CO2 達(dá)1.83t，釋放O2 達(dá)1.62t最新的研究也表明，在加工過程中，木材的能耗亦低少，并可替代不可再生的高能耗材料和化石能源：木制品在使用周期中還要貯碳作用。充分顯示了增加木材的合理利用，是減緩氣候變暖的有效途徑。
與發(fā)達(dá)國家相比，我國木材利用存在的問題主要體現(xiàn)在：
1）消費(fèi)量低。我國人均木材消費(fèi)量僅為世界人均消費(fèi)量的60%；2）利用范圍狹小，木材制品的生命周期短，木材綜合利用率低。許多可以使用木材或木制品的地方，卻在消耗水泥、鋼材、鋁材等高能耗的材料，木材的利用被取代或逐步收縮；3）應(yīng)用形式不合理，木材的利用檔次偏低，短周期的消耗性利用占據(jù)主導(dǎo)。
按照木材利用的生命周期，其利用形式可分為：1）長周期的保存性利用，如工程木結(jié)構(gòu)、輕型木制住宅、建筑部件、門窗、家具、藝術(shù)品等；2）短周期的消耗性利用，如能源、紙制品、一次性木制品以及模板、支撐、腳手架等建筑施工用材。我國建筑業(yè)中，長周期、保存性的木材利用較少，即用于結(jié)構(gòu)材很少，而消耗性的施工用木材的比例卻在不斷提高。據(jù)估計(jì)：民用建筑中，門窗、裝修用材與施工用材各占40%：而工業(yè)建筑中，門窗和裝修用材僅占20%，施工用材卻占到了80%。把具有獨(dú)特節(jié)能優(yōu)勢、且在使用周期中又有貯碳作用的可再生材料，僅僅作為短周期的消耗性利用。這種不合理的社會材料結(jié)構(gòu)，直接影響到我國的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，也是導(dǎo)致我國萬元GDP能耗和建筑能耗居高不降的重要原因，必須轉(zhuǎn)變。
4 實(shí)現(xiàn)社會材料結(jié)構(gòu)合理化的可行性
表面上看，在森林資源本已不足的情況下，增加木材利用的數(shù)量和擴(kuò)展木材利用的范圍，似乎會給短缺的森林資源再增加壓力，事實(shí)上，在市場機(jī)制的引導(dǎo)下，充分?jǐn)U大木材合理利用的范圍哦價(jià)值，反而可以通過林業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，刺激和拉到林業(yè)的發(fā)展，形成良性循環(huán)。
4.1 加快造林和實(shí)施科學(xué)的營林措施
對于不可再生的資源，需求擴(kuò)大，只能意味著加速資源的消耗。而木材是可以再生的資源，只要政策穩(wěn)定、措施得當(dāng)，擴(kuò)大的需求可產(chǎn)生推動林業(yè)發(fā)展的巨大動力。我國改革開發(fā)初期，開發(fā)對糧食、棉布、食油等農(nóng)產(chǎn)品市場的成功經(jīng)驗(yàn)，已為正確認(rèn)識我國木材利用和木材供應(yīng)問題，提供了借鑒。
一些林業(yè)發(fā)達(dá)國家，以幾代人的努力，已建立起以現(xiàn)代科技支持的林業(yè)和林產(chǎn)工業(yè)，實(shí)現(xiàn)了良性循環(huán)，為解決林業(yè)發(fā)展和木材生產(chǎn)問題，提供了很好的經(jīng)驗(yàn)。在可持續(xù)發(fā)展的前提下，大量生產(chǎn)木材，大量使用木材，完全可以實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的改善和社會材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化的統(tǒng)一。
以我國江蘇省為例，20世紀(jì)80年代的森林覆蓋率只有2%，自90年代開始發(fā)展人造板工業(yè)以來，對楊木的大量需求，刺激了造林的發(fā)展，現(xiàn)在全省森林覆蓋率達(dá)到14%，其中蘇北地區(qū)超過了30%。
另一方面，改革開放以來，我國的林業(yè)建設(shè)成績顯著，人工林面積已有5330多萬hm2 ，相當(dāng)于我國森林總面積的32%，占世界人工林面積的38%。但是，我國人工林的平均蓄積量只有34.6m3/hm2，年生長量僅3.36m3/hm2。與林業(yè)發(fā)達(dá)國家相差2~6倍。這些數(shù)字表明，只要實(shí)施科學(xué)的經(jīng)營管理，提高單位面積木材產(chǎn)量的潛力巨大。
4.2 適度進(jìn)口木材以緩解內(nèi)需
如前所述，我國的能源和重要礦產(chǎn)資源的緊缺已是不爭的事實(shí)，而這些資源、能源既是國際市場上激烈爭奪的對象，也是大國封鎖和制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要手段。最近幾年，圍繞著鐵礦砂的進(jìn)口貿(mào)易，國外的鐵礦業(yè)聯(lián)手打壓中國鋼鐵業(yè)，大幅度漲價(jià)的事例，充分說明了對不可再生的礦產(chǎn)資源的爭奪，已經(jīng)到了白熱化的程度。
而對于木材這以可再生的資源（除了產(chǎn)自天然林的木材以外），許多林業(yè)發(fā)達(dá)國家，其森林均已達(dá)到年生長量高于年采伐量的水平，希望在國際市場上找到買主。因此，在一段時(shí)間內(nèi)，適當(dāng)擴(kuò)大木材進(jìn)口，充分合理利用木材，減少石油和金屬礦產(chǎn)資源的消耗和對外的依賴，對我國的國家安全非常有利。特別是我國目前處在林業(yè)生態(tài)建設(shè)的大局。要滿足我國旺盛的木材需求，在一段時(shí)期之內(nèi)，木材進(jìn)口是必需的，也有利于我國的生態(tài)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
4.3 提高利用率和拓展木材長周期保存性利用
較大幅度地提高木材綜合利用率，相當(dāng)于增加了木材的產(chǎn)量。我國現(xiàn)有的木材利用方式，還存在嚴(yán)重的浪費(fèi)現(xiàn)象，木材節(jié)約的潛力很大。主要表現(xiàn)在：
1）木材利用范圍狹窄；2）木材利用的檔次偏低，木材加工的附加值低；3）通過加工利用賺取的利潤，來反哺林業(yè)發(fā)展的作用很小，林業(yè)惡化木材加工之間缺乏良性的、互動的機(jī)制；4）用于短生命周期的施工耗材比例高，長周期的保存性利用比例低；5）木材干燥、木材保護(hù)、木材防腐及木材改性處理的比例低。
4.4 拓展可再生的生物質(zhì)資源利用途徑
我國還有大量的竹資源、農(nóng)作物秸稈等植物纖維原料資源，通過合理利用，均可補(bǔ)充木材供應(yīng)的不足。只要真正做到“開源節(jié)流”，充分合理利用木材，木材完全可以在節(jié)能降耗中發(fā)揮重要作用。