淺議建筑圍護結構節能技術

葉建陽

摘要：正文對建筑圍護結構的節能技術的架構及發展進行了淺議，可為實現建筑節能提供有價值的參考服務。

關鍵詞：圍護結構；節能技術

建筑從最初開始，就體現隔熱保溫的功能。這一功能不斷發展。現代化的建筑，其圍護結構在更好地完成室內外熱冷流交換控制功能同時，需要最大限度減少其巨大的能源消耗量。圍護結構節能技術已經取得了較大的發展，也清晰地顯示建筑圍護結構對建筑節能的巨大功能。

1建筑圍護結構的節能技術架構

建筑圍護結構的節能技術，存在著功能和節能之間的矛盾，良好的透光性能使建筑可以獲得更好的視野，但同時可能造成冬季隔熱時的困難和夏季室溫的升高，而良好的通風性能同樣可能造成節能困難。建筑圍護結構的節能主要包括從建筑形體的設計，建筑墻體、門窗和屋面的設計和施工來完成。

1.1建筑形體與節能

建筑形體的設計，更多屬于建筑學范疇。長期以來，建筑師多對建筑外觀及使用功能進行精心設計，而從建筑節能角度進行的綜合設計只能說是初步的。建筑形體的變化會改變建筑物與環境的熱交換。相對來說，塔式建筑比板式建筑與環境進行更多的熱交換，在其他條件相同的情況下一般高出10%以上，復雜的體形和較大的表面積帶來更多的熱交換。建筑物的體形系數反映建筑物外表面與體積的比例關系，建筑體形系數每增大1%，能耗指標大約增加2.5%左右，對建筑物節能效果影響很大。

建筑物體形系數的減少，將限制建筑師的設計空間。因此，建筑物的體形系數應該在建筑造型和節能需求之間綜合平衡，一般應該控制在0.3以下。建筑物體形系數的控制，主要通過減少建筑面寬，加大建筑幢深，增加建筑層數，增加建筑組合以及減少建筑外形的過多變化來實現。

建筑形體設計中的節能，可以同時考慮各面平均有效傳熱系數。

1.2建筑墻體與節能技術

建筑墻體的隔熱保溫技術，大體分為墻體自身隔熱保溫和通過復合材料進行隔熱保溫兩種類型。

墻體自保溫技術通過墻體主體結構材料如加氣混凝土墻體、黏土(空心)磚墻體、砌體砌塊墻體、鋼筋混凝土墻體等的隔熱保溫功能實現。為了增加墻體隔熱保溫性能，通常通過隔熱材料與墻體主體材料的復合構成復合墻體實現隔熱保溫功能。復合節能墻體由于采用了高效的絕熱材料，增加了施工難度和成本，但可以實現較好的熱工性能。

復合墻體保溫隔熱技術大多采用外保溫技術或內保溫技術，其他如中間保溫技術應用相對較少。復合墻體所應用的絕熱材料，，主要是聚苯乙烯塑料、巖棉、玻璃棉、礦棉、膨脹珍珠巖和加氣混凝土等。

1.2.1墻體外保溫技術

墻體外保溫技術指絕熱材料復合在建筑物外墻外側的隔熱保溫技術。一般采用導熱系數小于0.05W/(m?K)的高效保溫隔熱材料。

墻體外保溫技術有以下特點:①對消除冷熱橋效果相對較好;②外保溫層受建筑使用造成保溫層破壞的危險相對較小;③減少墻體本身溫度變化，環境溫度的變化對建筑溫度綜合影響較小;④外保溫技術與內保溫技術相比，施工難度相對加大。

1.2.2墻體內保溫技術

墻體內保溫技術絕熱材料復合在建筑物外墻內側，墻體內保溫技術需要在高效的保溫隔熱材料表面應用如石膏板等保護層覆面。

墻體內保溫技術有以下特點:①施工方便，室內連續作業，室外氣候對質量的影響較小，效率較高，但室內結構吊掛的安全要求更高;②室內供熱效果較好，避免熱量冷量為外墻所吸收，但減少外墻冷熱積蓄使室內溫度隨冷熱量的供應變化而產生較大變化;③外墻本身溫度變化較大，增加傳熱系數，而且容易產生冷橋熱橋，形成結露;④占據一定的室內空間，既有建筑節能改造施工也會影響建筑物正常使用。

1.2.3建筑門窗與節能技術

在建筑物墻體、屋面、門窗和地面4大圍護結構部件中，門窗因其通風采光等的功能要求，隔熱保溫性能相對較差，對室內熱環境的影響也最敏感，是建筑節能需要考慮的重要因素。門窗的節能措施主要通過減少窗墻面積比，增加門窗氣密性和提高施工質量解決。

節能標準對建筑的窗墻面積比作了具體規定，如表1所示。

表1窗墻面積比規定

建筑窗戶的氣密性是指空氣通過關閉狀態窗戶的性能指標，由于窗戶結構在窗框、窗扇以及在施工中的鑲嵌縫隙，空氣流通產生能量流失。普通單層鋼窗空氣滲透量q0<6.0m3/h，屬1級，普通雙層鋼窗空氣滲透量q0<3.5m3/h，屬2級，都不能達到節能標準要求。

建筑節能窗戶的使用，對建筑節能效果增加較大，可以節省采暖費用，其經濟性能較好。

1.2.4建筑屋面與節能技術

建筑屋面保溫大多數屬外保溫屋面，有混凝土保溫屋面、乳化瀝青珍珠巖保溫屋面、憎水型珍珠巖保溫屋面、聚苯板保溫屋面、巖棉保溫屋面、玻璃棉板保溫屋面、浮石砂保溫屋面、彩色鋼板聚苯乙烯泡沫夾芯保溫屋面、彩色鋼板聚氨酯硬光夾芯保溫屋面等。

實體材料層的保溫隔熱屋面，需要考慮屋面保溫層的負荷，不宜選擇密度過大的材料。

倒置式屋面是將保溫層設于防水層之上的保溫方法，與傳統屋面構造中保溫層與防水層位置相反。由于屋面蓄能量較小，室內的熱交換相對較小，是一種較好的節能屋面形式。

通風屋面是建筑屋面節能的另外一種屋面節能方式，在我國夏熱冬冷地區和夏熱冬暖地區被廣泛采用。這是一種將屋面實體結構變為帶有空氣間隔層的結構形式，通風屋面內表面溫度變化比一般實體屋面延滯3～4h，具有通風好，散熱快的特點。

種植屋面利用屋頂種植花草形成屋頂花園，具有較好節能和生態效果。分為覆土種植和無土種植兩類，由于花草本身的光合作用、蒸騰作用和植物本身的呼吸作用，產生很強的熱吸收效果，溫度的調節能力優于通風屋頂。

蓄水屋面是在屋面上貯存水層進行屋面隔熱的一種節能技術，水在蒸發時吸收大量熱量，阻斷夏季屋面熱量的傳導，起到隔熱效果。蓄水屋頂的屋面水層增加的屋面負荷量，是在設計中需要考慮的因素。

2我國建筑圍護結構節能技術發展

我國建筑節能工作近30年來取得了巨大的發展，先后發布實施了《民用建筑熱工設計規范》GB50176-93、《民用建筑節能設計標準(采暖居住建筑部分)》JGJ26-95、《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》JGJ134-2001、《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》JGJ75-2003、《公共建筑節能設計標準》GB50189-2005、《既有采暖居住建筑節能改造技術規程》JGJ129-2000、《建筑節能工程施工質量驗收規范》GB50411-2007以及《外墻外保溫工程技術規程》JGJ144-2004等系列標準。近年來，我國對建筑節能工作猶為重視，建筑節能技術發展迅速，國外先進的建筑節能技術也紛紛傳入中國并開始積極應用建筑圍護結構節能技術已經逐步形成體系。近年來，在國家建筑節能技術政策和節能標準的推動下，建筑圍護結構節能技術取得了令人矚目的成績，但與國外發達國家的差距依然巨大，我國建筑圍護結構的實踐也反映出許多問題，主要表現在以下幾方面。

1)我國對建筑節能體系的研究和實踐仍顯不足，政策標準體系尚缺乏系統性，標準規范體系還不配套;建筑設計規劃中對建筑整體節能的整合能力較差，設計能力良莠不齊，建筑節能總體設計采用面不足，也沒有形成專業化建筑節能相關的施工能力;建筑節能效果的檢測驗收方法仍未形成系統等。

2)建筑圍護結構保溫材料品種不多，產量和質量均不能滿足當前建筑節能急劇發展的要求。大多數建筑節能產品和材料供應商也沒有形成規模，技術含量相對較低，質量不穩定，配套能力差。

3)自主創新能力薄弱，獨立研發的建筑節能新技術、新材料、新產品較少，進入市場也相對滯后。目前在我國建筑節能中大量應用了國外材料和國外的建筑節能技術。

4)建筑節能的設計方法和技術措施的應用，尚缺乏系統評價，應該從建筑生命周期的技術性能，經濟性能，環境性能進行系統分析。

3結語

建筑圍護結構的節能技術，包括了墻體、門窗、屋面等節能技術，對建筑節能起到至為關鍵的作用。但節能技術更需要考慮整合應用，考察其綜合節能效果，提高我國總體建筑節能水平。

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。