建筑圍護結構節能設計淺析

摘要：本文通過對建筑外圍結構能耗的分析，從外墻、門窗及屋頂等幾個方面入手，提出了進行節能設計的策略，以充分促進我國建筑業節能設計的可持續性發展。

關鍵詞：外圍結構 建筑節能 設計

從實際中我們可以得知，建筑物的能耗通常是由冷風滲透，以及圍護結構這兩方面造成的。大量試驗結構表明，住宅圍護結構的能耗量要占到整個采暖熱耗的1/3以上，其保溫隔熱性能直接關系到室內環境的熱穩定性和舒適性，對降低建筑能耗起著至關重要的作用。因此，如果建筑圍護結構本身就具有良好的保溫隔熱性能，那么就可以減少夏季室外傳入室內的熱量以及冬季室內傳出室外的熱量，從而減少建筑物的能耗損失。

1 外墻節能設計

外墻在整個建筑外圍護結構中所占的比例最大，對建筑能耗的影響也最大，50%的建筑節能中就有25%是通過建筑維護結構外墻的保溫隔熱性能來實現的。在嚴寒地區，冬季室內外溫差甚至可達30℃～60℃以上，墻面傳熱造成的熱損失非常可觀。因此，外墻的保溫隔熱設計是建筑節能的一個非常重要的部分。

現階段，我國常用的建筑外墻保溫材料有聚苯板、保溫砂漿、聚氨酯（EPS，XPS）及墻體自保溫四大體系。其中，聚苯板和保溫砂漿的市場占有率較大，但保溫性能相對較差，阻燃性能較差，且聚苯板的施工工藝也較為繁瑣。聚氨酯保溫性能較好，但傳統的聚氨酯硬泡板材不適用于復雜立面的墻體保溫。市場上新出現的聚氨酯現場發泡噴涂保溫材料具有良好的保溫性和憎水性，施工方便，可適用于各種復雜的外墻體保溫設計和無接縫施工。

由于建筑節能的需要，傳統的單一材料的墻體已經漸漸淡出市場，而新型的復合墻體應運而生。目前，我國正提倡使用新型復合墻體自保溫系統和外隔熱保溫技術。新型復合墻體的主要原理為：用磚或鋼筋砼做承重墻，并與聚苯板、礦棉、膨脹珍珠巖、加氣砼等絕緣保溫材料復合，以達到改善整個墻體的保溫隔熱性能。目前，復合墻體有三種做法：①內保溫，即將絕緣材料復合在承重墻內側。這種方法施工工藝簡單，是目前最為廣泛的。②夾心保溫，即將絕緣材料設在外墻與內墻中間，取得良好的保溫性能，缺點是若無填充密實，則內部會出現空氣對流現象。③外保溫，即將絕緣材料復合在承重墻外側。此種方法熱穩定性好，但外保溫材料要經得起日曬雨淋和冰凍的侵襲，從而對外保溫材料的耐久性提出了很高的要求。復合墻體良好地結合了兩種材料的優點，既不會使墻體過厚，又能承重，而且保溫效果良好，因此，發達國家新建建筑已基本采用此種方法。我國要達到節能設計50%的設計要求，除部分需采用加厚的加氣砼單一墻體外，使用新型復合墻體將是大勢所趨。

墻體的節能設計除了保溫材料，新型墻體的使用外，還可以通過增加特殊構造來達到節能的效果。如巴格達地區為了適應當地干燥氣候條件在墻體中的風口設計，馬來西亞檳榔嶼州大廈的外墻則增加了一種“捕風墻”的特殊構造設計，從而有效地控制室內的通風。或采用雙層復合外皮等等這種措施，起到一個環境過濾器的作用。

2 外窗節能設計

窗戶為薄壁的輕質構體，在建筑外圍護結構中，是耗能的薄弱環節。據統計，普通單層玻璃窗的能量損耗約占建筑物夏季降溫或冬季保溫能耗的50%以上。因此，解決好門窗節能的問題相當嚴峻。

首先，我們要合理控制窗墻比，根據不同地區的氣候特征來進行窗墻比的合理控制。比如，在炎熱干燥地區，由于白天太陽輻射強度大，夜間溫度低，且建筑外墻體比較封閉，可采取較小的窗墻比，這樣就可以減少白天透過窗戶的太陽輻射熱和夜間室內熱量的流失，同時還可以保持室內空氣的濕潤。而相反地，在溫熱濕潤的地區，建筑的窗墻比可適當設計大一些，則夏季可利用較大的南向窗戶進行自然通風，冬季則可以獲得較多的太陽輻射熱。

為了進一步減少窗戶熱能耗，除控制窗墻比外，還需要增加玻璃門窗的熱工性能。如設計時選用單層或多層中空或低輻射玻璃和經熱斷橋處理的門窗型材，同時加強窗墻間、框扇間的接縫氣密性設計。窗框部分還可以采用“熱斷橋”型材，像鋼塑窗框、木塑窗框、塑料窗框等，節能效果都比較好。

當然，除了選用節能性能良好的窗和窗框外，增加外墻玻璃窗的遮陽設計，如在玻璃間層中設百葉或格柵，或設水平式外遮陽，垂直式外遮陽等措施，都可使窗戶具有良好的遮陽隔熱功能。此外，退凹式開窗設計，設置窗簾等也可以提高遮陽的效果。

3 屋頂節能設計

大量研究表明，屋頂耗熱量約占整個建筑物耗熱量的7%～8%。有關數據表明，夏季頂層室內的溫度要比其他層高3℃左右。因此，在不斷改進建筑外墻，外窗的保溫性能后，還必須進一步加強屋面保溫隔熱的研究。

節能屋面設計考慮因素較多，通常采用以下幾種做法：

3.1 高效保溫材料保溫屋面：是通過提高圍護結構本身的熱惰性和熱阻指標來提高隔熱能力，一般選用聚苯板或再生聚苯板作為保溫層。據統計，設計有隔熱層的屋面比未設置隔熱層的屋面表面溫度要低7℃左右。

3.2 種植隔熱屋面：種植屋面是在鋼筋砼屋面板上鋪土，然后種植作物，利用植物的蒸騰作用，光合作用以及對太陽輻射的遮擋作用，來減少太陽輻射對屋面的影響。同時，土層能保持一定的水份，也有一定的蓄熱能力，通過水分的蒸發吸熱也能提高一定的隔熱效果。但是，種植屋面的植土不能太厚，植物扎根遠不如地面，因此只適用與弱風環境。如果屋頂不種植，也可設置花架，種植攀援植物等來進行遮陽。雖然效果不如種植屋面，但也有一定的隔熱效果。

3.3 蓄水屋面：利用水的比熱大，在平屋頂上蓄一定厚度的水層（一般為3～5cm），這樣不僅在白天多風，在氣候干燥的地區能有效進行隔熱，在濕熱地區效果也同樣明顯。

3.4 架空型保溫屋面：屋頂的最外層是遮陽板，下帶通風空氣間層，遮陽板攔截了直接照射在屋頂的太陽輻射熱，并通過遮陽板與空氣接觸的上下兩表面把所吸收的太陽輻射轉移到空氣中并隨風帶走，且風速越大，帶走的熱量越多，隔熱的效果也就越好。

3.5 倒置式屋面：采用倒鋪法，將吸水性小的保溫材料放置在防水層的上方，使防水層不直接受日光暴曬，使其延緩衰老，使之耐久，遮陽對節能和建筑防水都有好處。

另外，還可以采用坡屋頂，利用閣樓層來進行通風散熱，從而進一步達到節能設計的規范要求。

4 結束語

節能設計作為一項系統工程，除了外圍護結構外，還涉及到其他方方面面的問題。因此，今后我們在進行節能設計的過程中，不能僅限于滿足熱工規范的層次，我們應該樹立全方位的節能意識，在滿足節能規范的條件下，降低建筑能耗，為緩解我國能源瓶頸出一份綿薄之力。

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