談建筑節能

唐洪樂

1 建筑節能的必要性

1)能源為經濟發展提供動力,經濟發展離不開能源的發展。而我國能源發展存在的問題是：人均能源擁有量低、儲量低;能源結構依然以煤為主,燃煤效率低,形式單一;能源分布不均;能源利用率低。這需要進行節能設計,以實現國民經濟的可持續發展。2)建筑耗能非常驚人,在建造和使用過程中直接消耗的能源占社會總耗能的30%。建筑能耗不僅比例高,而且利用率低。譬如北京的采暖建筑,一個采暖期的平均能耗為20.6 W/m2,而相同氣候條件的瑞典、丹麥等國家僅為11 W/m2。建筑節能設計勢在必行。3)礦物燃料燃燒所排放的二氧化硫、氮氧化合物以及煙塵等顆粒物會危害人體健康;還會形成酸雨破壞森林、損壞建筑物;產生的二氧化碳會造成地球溫室效應。因此,為了改善大氣環境,也必須抓緊建筑節能工作。4)開展建筑節能,室內熱環境可以得到改善,使其穩定、舒適,進而大大提高居住環境的水平。

2 建筑節能技術理念

2.1 外墻外保溫的主要優點

1)適用范圍廣。既可用于新建建筑,又可用于舊房改造。2)保護主體結構、延長建筑物的壽命。外保溫的特點就是使主體結構處于同一個溫度環境,其溫度形變主要受室內溫度影響,避免室外年溫差引起的主體結構不同部位形變不同的現象;另一方面,外保溫緩沖了因溫度變化導致結構變形產生的應力,避免了雨、雪、凍、融、干濕循環造成的結構破壞,減少了空氣中有害氣體和紫外線對圍護結構的侵蝕。因而使主體結構安定下來,建筑壽命得以延長。3)基本消除了“熱橋”的影響。室內熱量散失與熱橋的多少、大小相關。而外保溫使建筑物的外部構件如同穿上了“棉襖”,使內外墻交界處、外墻圈梁、構造柱、框梁柱、門窗洞口以及頂層女兒墻與屋面板交界處所產生的“熱橋”導致的熱量損失降到最低,計算表明,在厚度為240 mm磚墻內保溫條件下,周邊“熱橋”使平均傳熱系數比主體部位傳熱系數約增加51%～59%,而在厚度為240 mm磚墻外保溫條件下,這種影響僅為2%～5%。4)使墻體潮濕情況得到改善。由于水蒸氣滲透性高的主體結構材料處于保溫層的內側,用穩態傳濕理論進行冷凝分析,只要保溫材料選材得當,在墻體內部一般不會發生冷凝現象,同時,由于采用外保溫措施,結構層的整個墻身溫度提高,降低了它的含濕量,因而進一步改善了墻體的保溫性能。5)外保溫做法的其他優點。有利于室溫保持穩定;有利于改善室內熱環境質量;有利于提高墻體的防水和氣密性;減少保溫材料用量;便于舊建筑物進行節能改造。

2.2 柔性漸變抗裂原理的應用

在以往外保溫的構造方案中,對溫度應力的產生及釋放考慮不充分,缺少能夠合理解釋釋放溫度應力的材料及構造做法,因而最終導致外保溫墻體面層產生裂縫。如果材料所處的環境沒有對其產生約束力或者變形得到滿足,就不會產生裂縫;否則材料應有足夠的抗拉強度和極限拉伸,則不會產生開裂現象。柔性漸變抗裂原理就是兩者的結合,在保溫系統各構造層的設計中,要采用“柔性漸變逐層釋放應力”的抗裂技術路線,即要求各層材料的性能要逐層漸變,各層材料之間的性能指標要有一定的聯系,不允許相鄰層材料的性能發生突變。

保溫系統能滿足隨時分散應力和釋放應力的需要,從主體結構層、保溫層一直到飾面層各層材料的變形均未受到約束,各層材料的變形都可得到滿足,同時,在構造設計中還利用軟配筋和多種纖維來改變應力傳遞方向,充分分散各層材料所產生的應力,防止了各種變形應力集中發生的可能。采用了這樣的設計后,保證了各層材料的溫度應力曲線始終位于抗拉強度曲線之下,同時,各構造層的設計又能滿足逐層漸變、柔性釋放應力的原則,外層材料的變形能力高于內層材料的變形能力,從而保證整個保溫系統不會出現開裂現象。

這就是柔性漸變抗裂原理的體現,以“放”為主,在“放”的基礎上適當加入“抗”的思路。在建筑構造上防止外墻外保溫開裂。

2.3 無空腔構造的優越性

高層建筑采用外墻外保溫方案的抗風壓值應不小于風荷載設計值,外墻外保溫系統的抗風荷載安全系數不應小于1.5。在高層建筑工程做外墻外保溫時,應充分重視風荷載對外墻外保溫的破壞作用,應盡可能的增大粘結面積,采用無空腔做法或減小空腔,并在此基礎上做補充的機械固定防護措施,以滿足上述要求。

對有空腔的外墻外保溫系統來說,當保溫墻面局部所受負風壓較大時,空腔內與外表面的壓力差必然會增大,從而向外產生一個推力,加大風荷載作用于保溫墻面向外的吸力,由于內外壓力差造成的對保溫層向外的推力,往往是造成有空腔保溫墻面破壞的主要因素之一。一般的說,風荷載作用隨建筑物高度的增加而增加,在高層建筑結構中,要特別重視風荷載對外墻外保溫層的影響。

膠粉聚苯顆粒貼砌聚苯板外墻外保溫系統為滿粘無空腔系統,粘結面積大,聚苯板各點受力平均,抗風壓能力強,使用壽命顯著高于有空腔的保溫構造系統。

3 建筑節能技術將來的發展趨勢

1)優化建筑設計。建筑造型及圍護結構形式對建筑物性能有決定性影響。直接的影響包括建筑物與外環境的換熱量、自然通風狀況和自然采光水平等。而這三方面涉及的內容將構成70%以上的建筑采暖通風空調能耗。不同的建筑設計形式會造成能耗的巨大差別,需要利用動態熱模擬技術對不同的方案進行詳細的模擬預測和比較,在方案設計階段就進行詳細的模擬動態比較,可以最大限度的進行優化設計,獲得最高的節能目標。2)新型建筑圍護結構材料和產品。開發新的建筑圍護結構部件,以更好的滿足保溫、隔熱、透光、通風等各種要求,主要涉及的產品有：外墻保溫與隔熱、屋頂保溫與隔熱、熱物理性能優異的外墻和玻璃幕墻、智能外遮陽裝置以及基于鑲邊材料的蓄熱性圍護結構和基于高分子吸濕材料的調濕型飾面材料。3)通風裝置與排風熱回收裝置。當圍護結構保溫隔熱做到一定水平后,室內外通風形成的熱量或冷量損失,成為建筑能耗的主要組成部分,此時,通過專門裝置有組織的進行通風換氣,同時在需要的時候有效的回收排風中的能源,對降低建筑能耗具有重要意義。4)各種熱泵技術。通過熱泵技術提升低品位熱能的溫度,為建筑物提供熱量,是建筑能源供應系統提高效率降低能耗的重要途徑,也是建筑設備節能技術發展的重點之一。目前主要有：熱泵型家庭熱水機組、空氣源熱泵、地下水水源熱泵、污水水源熱泵、地埋管式土壤源熱泵。5)空調干濕分離等新技術的出現會使我們以后的建筑能耗能夠不斷降低,最終實現“零能耗”的目標,這將有利于社會節約能源,有利于實現可持續發展的目標。

[1] 王景環.淺談建筑節能的緊迫性及途徑[J].山西建筑,2008,34(24)：234-235.