低能耗建筑中的裝飾設(shè)計(jì)與建筑性能優(yōu)化

1引言

隨著建筑節(jié)能要求的不斷提高，裝飾設(shè)計(jì)不僅需要滿足建筑美學(xué)需求，更要在建筑性能優(yōu)化中發(fā)揮積極作用。目前我國(guó)建筑能耗水平較高，其中門(mén)窗等裝飾部位的能耗占比近 50% ，裝飾設(shè)計(jì)的不合理往往導(dǎo)致建筑性能顯著降低。因此，研究裝飾設(shè)計(jì)與建筑性能的協(xié)同優(yōu)化具有重要意義。特別是在嚴(yán)寒地區(qū)，通過(guò)裝飾構(gòu)造的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可有效解決傳統(tǒng)做法中的熱橋、結(jié)露等問(wèn)題，提升建筑整體性能。

2低能耗建筑裝飾設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及發(fā)展

我國(guó)建筑行業(yè)每年完成建筑面積超過(guò)20億平方米，在眾多高能耗建筑中，門(mén)窗等裝飾部位的能耗占比達(dá)到 50% 。嚴(yán)寒地區(qū)的外墻裝飾設(shè)計(jì)多采用內(nèi)保溫形式，面臨保溫層不閉合、窗口四周熱橋嚴(yán)重、易結(jié)露結(jié)霜等問(wèn)題。以哈爾濱果戈里大街31號(hào)超低能耗建筑綜合體示范工程為例，原有 490mm 厚磚墻外立面具有歐式風(fēng)格裝飾，改造中采用外墻涂刷保溫隔熱涂料、內(nèi)墻粘貼真空絕熱板的內(nèi)外保溫復(fù)合方案。門(mén)窗系統(tǒng)作為建筑節(jié)能的薄弱環(huán)節(jié)，原有單框雙玻窗的氣密性和保溫性能已無(wú)法滿足使用要求，需更換為傳熱系數(shù)小于 1.0W/（m²?K） 的高效保溫窗。基于實(shí)際需求，低能耗建筑裝飾設(shè)計(jì)正向節(jié)能與美學(xué)融合的方向發(fā)展。

3裝飾構(gòu)造與節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1門(mén)窗裝飾節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

門(mén)窗裝飾節(jié)點(diǎn)在低能耗建筑中的設(shè)計(jì)采用分級(jí)優(yōu)化策略。主要從窗框材料優(yōu)化和安裝構(gòu)造兩方面人手。窗框采用 80mm 塑料窗7腔設(shè)計(jì)，輔以鋁木復(fù)合材質(zhì)，增加氣凝膠氈做隔熱增強(qiáng)。安裝構(gòu)造上采取三明治式復(fù)合構(gòu)造：外側(cè)設(shè) 120×40 擠塑板保溫基礎(chǔ)層，中間加入100×20 發(fā)泡聚氨酯填充層，內(nèi)側(cè)采用防水密封膠帶封閉。窗框四周采用內(nèi)嵌式安裝，通過(guò)調(diào)整窗框安裝位置建立圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫層連續(xù)性，并在接縫處增設(shè)保溫材料。裝飾節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)還包括導(dǎo)熱系數(shù)控制、防結(jié)露措施、防水密封等內(nèi)容，形成系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)性能優(yōu)化技術(shù)路徑。

3.2外立面裝飾系統(tǒng)設(shè)計(jì)

外立面裝飾系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用\"硬裝軟包\"的思路，在保溫和美觀上實(shí)現(xiàn)雙重目標(biāo)。硬裝部分采用導(dǎo)熱系數(shù)低于 0.04W/（m?K） 的STP保溫裝飾一體板，板材選用珍珠白色，搭配淺灰色裝飾線條。軟包部分使用新型保溫涂料，涂料中添加空心微珠，提升保溫性能。女兒墻、窗套等重點(diǎn)部位采用裝飾一體化模塊，既保證節(jié)能效果又突出建筑風(fēng)格。立面構(gòu)造從外到內(nèi)依次為：裝飾涂料層、保溫裝飾板層、找平層、墻體基層，各層之間采用專(zhuān)用粘結(jié)劑連接，確保整體性能。

3.3室內(nèi)裝飾構(gòu)造優(yōu)化

室內(nèi)裝飾構(gòu)造優(yōu)化基于以下傳熱計(jì)算：

式中： q 為傳熱量（W），K為傳熱系數(shù) W/（m²?K）]，A 為傳熱面積 （m²），t₁，t₂ 為內(nèi)外表面溫差 （K） 。

式中：Q為蓄熱量（J）， m_i 為各材料質(zhì)量（kg）， c_i 為比熱容[J /（kg?K）] ， Δt_i 為溫度變化值 （K）

基于計(jì)算結(jié)果，采用輕質(zhì)裝飾材料搭配反射隔熱涂層，墻面設(shè)置通風(fēng)層，增加蓄熱構(gòu)件。采用雙層石膏板吊頂，內(nèi)置超細(xì)玻璃棉，頂面采用礦棉吸聲板，有效調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕環(huán)境。地面采用復(fù)合地板配防潮墊層，提升整體舒適度。

3.4材料界面處理技術(shù)

材料界面處理采用\"點(diǎn)-線－面\"的技術(shù)體系。關(guān)鍵點(diǎn)部位如陰陽(yáng)角、穿墻管線等采用專(zhuān)用密封膠填充，提升氣密性。接縫線條處理采用防水密封膠帶加防銹膨脹螺絲固定，形成可靠連接。界面大面積處理采用聚合物砂漿 + 玻纖網(wǎng)格布的復(fù)合構(gòu)造，網(wǎng)格布搭接寬度不小于 100mm 。室內(nèi)裝飾面層選用環(huán)保型乳膠漆，具備透氣調(diào)濕功能。接縫處采用耐候密封膠嵌縫，外部采用柔性裝飾涂料收口，確保整體性能和美觀性統(tǒng)一。

4裝飾設(shè)計(jì)性能評(píng)價(jià)與測(cè)試

4.1熱工性能測(cè)試方法

基于WINDOW和THERM軟件進(jìn)行熱工性能模擬計(jì)算，測(cè)試方法和計(jì)算公式如下：

界面線傳熱系數(shù)計(jì)算：

Lf₂D=q_w?b_f?b_p/（Tn_in-Tn_out）

式中： Lf₂D 為窗框截面整體的線傳熱系數(shù) [W/（m²?K） 1； q_w 為通過(guò)窗框截面的熱流 （W/m²）;b_f 為窗框的投影寬度（m）：b_p 為板材可見(jiàn)部分的寬度 τ（m） ;Tn_in，Tn_out 為室內(nèi)外環(huán)境溫度 （^°C） 。

窗戶(hù)安裝節(jié)點(diǎn)的線性傳熱系數(shù)：

Ψ=Q₂D/（1?ΔT）-K?C-Lf₂D

式中： Q₂D 為整體熱流（W;1為計(jì)算長(zhǎng)度 τ（m） ： Δ T為溫差（K）;K為傳熱系數(shù) W/（m²?K）] ;C為計(jì)算寬度 （m）

邊界條件設(shè)置：室內(nèi)空氣溫度 20% ，室外溫度-20% ，室內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù) 3.6W/（m²?K） ，室外對(duì)流換熱系數(shù) 16W/（m²?K） 。實(shí)地測(cè)試采用熱流計(jì)法和紅外熱成像，測(cè)點(diǎn)布置在門(mén)窗四周、墻體裝飾線條、保溫層等關(guān)鍵部位。在室內(nèi)相對(duì)濕度 30%.40%.50%.60% 條件下，驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)表面溫度是否高于露點(diǎn)溫度 2.0%6.0%9.3%12 0^°C ，評(píng)估防結(jié)露效果。

4.2節(jié)能效果評(píng)估體系

節(jié)能效果評(píng)估通過(guò)計(jì)算外窗界面線傳熱系數(shù) Lf₂D 和窗戶(hù)安裝節(jié)點(diǎn)的線性傳熱系數(shù) Ψ 進(jìn)行量化分析，如圖1所示。測(cè)試范圍涵蓋門(mén)窗安裝節(jié)點(diǎn)、外墻裝飾線條、室內(nèi)裝飾層等重點(diǎn)部位。窗框安裝節(jié)點(diǎn)溫度必須高于設(shè)計(jì)工況下的露點(diǎn)溫度，裝飾構(gòu)造整體熱阻需滿足節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，且高于基準(zhǔn)值 15% 。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，優(yōu)化后的裝飾節(jié)點(diǎn)線性傳熱系數(shù)較傳統(tǒng)做法降低 29.4%～45.3% ，節(jié)點(diǎn)溫度提高 1.3%～2.6% ，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.3裝飾美學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

采用分級(jí)評(píng)價(jià)方法對(duì)裝飾設(shè)計(jì)進(jìn)行美學(xué)評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)內(nèi)容包括原有建筑特色保護(hù)、裝飾材料選擇、色彩搭配、細(xì)部處理等方面。以哈爾濱果戈里大街31號(hào)項(xiàng)目為例，保留原有外墻歐式風(fēng)格裝飾，采用內(nèi)外復(fù)合保溫技術(shù)，既滿足保護(hù)要求又提升節(jié)能效果。室內(nèi)裝飾構(gòu)造注重材料質(zhì)感和施工工藝，門(mén)窗裝飾強(qiáng)調(diào)與墻體的協(xié)調(diào)性。外立面重點(diǎn)評(píng)價(jià)歐式構(gòu)件與新型材料的結(jié)合效果，裝飾線條與墻面的過(guò)渡處理，門(mén)窗與外墻的協(xié)調(diào)性等。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為造型美觀性、色彩和諧性、材料適用性、細(xì)部完整性四個(gè)等級(jí)，每項(xiàng)25分，總分100分，達(dá)到80分以上方可通過(guò)驗(yàn)收。

4.4經(jīng)濟(jì)性分析方法

經(jīng)濟(jì)性分析采用建筑物全壽命周期成本核算，包括裝飾材料費(fèi)用、施工安裝費(fèi)用、日常維護(hù)費(fèi)用和50年使用期內(nèi)的能源費(fèi)用。其中材料費(fèi)用包含保溫裝飾板、高性能門(mén)窗、裝飾涂料等；施工費(fèi)用涵蓋節(jié)點(diǎn)構(gòu)造處理、保溫層施工、裝飾面層施工等；維護(hù)費(fèi)用考慮日常保養(yǎng)、局部修補(bǔ)、定期更新等內(nèi)容；能源費(fèi)用統(tǒng)計(jì)供暖制冷耗能。數(shù)據(jù)分析表明，高性能裝飾材料雖前期投資較大，但通過(guò)節(jié)能效果帶來(lái)的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用節(jié)約，在8-10年內(nèi)可收回增量成本。優(yōu)化后的裝飾設(shè)計(jì)方案較傳統(tǒng)方案節(jié)約采暖制冷能耗 30% ，體現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)效益，如圖2所示。

5工程應(yīng)用與優(yōu)化策略

5.1典型工程案例分析

哈爾濱果戈里大街31號(hào)超低能耗建筑綜合體改造項(xiàng)目中，原有建筑外立面為 490mm 厚磚墻，具有歐式風(fēng)格裝飾特點(diǎn)。改造設(shè)計(jì)采用內(nèi)外保溫復(fù)合方案，外墻涂刷保溫隔熱涂料，內(nèi)墻粘貼真空絕熱板。門(mén)窗系統(tǒng)更換為傳熱系數(shù)小于 1.0W/（m²?K） 的高效保溫窗，窗型選用80mm，7 腔塑料窗和改進(jìn)型鋁木復(fù)合窗。窗框安裝采用向內(nèi)側(cè)移動(dòng) 70mm 的優(yōu)化策略，縫隙填充選用擠塑板與發(fā)泡聚氨酯復(fù)合設(shè)計(jì)。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，該方案使窗框安裝節(jié)點(diǎn)線性傳熱系數(shù)降低 45.3% ，節(jié)點(diǎn)溫度提高 2.6% ，室內(nèi)壁面溫度始終高于 12.0% 的露點(diǎn)溫度，有效解決了結(jié)露問(wèn)題。

5.2施工工藝與質(zhì)量控制

裝飾施工工藝從內(nèi)保溫層、外裝飾涂料層、門(mén)窗安 裝三個(gè)部分展開(kāi)。內(nèi)保溫層采用真空絕熱板滿鋪，板縫 采用發(fā)泡膠嵌縫處理。外墻涂料施工前基層處理必須干 燥、平整，涂料分兩遍涂刮。窗框安裝采用定位標(biāo)線、固 定、填充、密封四步工序，安裝縫隙必須達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸， 采用擠塑板和發(fā)泡聚氨酯復(fù)合填充。質(zhì)量控制重點(diǎn)監(jiān)測(cè) 保溫層厚度偏差小于 5mm ，門(mén)窗安裝偏差小于 3mm ，涂 料厚度偏差小于 2mm 。每道工序完工后進(jìn)行驗(yàn)收，重點(diǎn) 檢查節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的保溫連續(xù)性和密封性。

5.3性能優(yōu)化實(shí)施路徑

性能優(yōu)化采用分步實(shí)施策略，先對(duì)門(mén)窗系統(tǒng)進(jìn)行更 換，選用高性能保溫窗，并優(yōu)化安裝節(jié)點(diǎn)。實(shí)測(cè)門(mén)窗四周 溫度，確認(rèn)無(wú)冷橋和結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)后進(jìn)行墻體保溫施工。內(nèi) 保溫層施工時(shí)重點(diǎn)做好管線穿越部位的處理，采用定位 鋼架固定，避免破壞保溫層。外立面裝飾涂料施工前進(jìn) 行基層修補(bǔ)和找平，確保墻面平整度。線條、雕塑等裝飾 構(gòu)件采用輕質(zhì)材料制作，并在其背側(cè)增加保溫層。施工 過(guò)程中采用紅外測(cè)溫，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理保溫薄弱部位， 確保整體性能達(dá)標(biāo)。

5.4推廣應(yīng)用建議

基于工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建議在嚴(yán)寒地區(qū)低能耗建筑裝飾設(shè)計(jì)中采用內(nèi)外保溫復(fù)合體系。門(mén)窗選用高性能保溫窗，鋁木復(fù)合窗應(yīng)在外圈采用氣凝膠氈替換木材。窗框安裝采用內(nèi)移策略，增大安裝縫隙并采用復(fù)合填充。外立面裝飾涂料選用導(dǎo)熱系數(shù)低于 0.5W/（m?K） 的產(chǎn)品，內(nèi)保溫層選用真空絕熱板等高效材料。裝飾構(gòu)件應(yīng)采用整體式設(shè)計(jì)，減少接縫，并確保保溫層連續(xù)性。在工程實(shí)施中建立質(zhì)量控制體系，重點(diǎn)監(jiān)控施工工藝和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和施工，推動(dòng)低能耗建筑裝飾技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用。

6結(jié)語(yǔ)

通過(guò)系統(tǒng)研究裝飾設(shè)計(jì)對(duì)建筑性能的影響，建立了裝飾設(shè)計(jì)與建筑性能優(yōu)化的技術(shù)體系。實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，優(yōu)化門(mén)窗裝飾節(jié)點(diǎn)可顯著提升建筑性能，同時(shí)通過(guò)外立面裝飾系統(tǒng)和室內(nèi)裝飾的協(xié)同設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)建筑整體性能的進(jìn)一步提升。研究成果不僅可指導(dǎo)低能耗建筑的裝飾設(shè)計(jì)實(shí)踐，也為既有建筑節(jié)能改造提供了新的技術(shù)路徑。未來(lái)研究將進(jìn)一步探索新型裝飾材料的應(yīng)用效果，深化裝飾設(shè)計(jì)在建筑性能優(yōu)化中的作用。

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