建筑外圍護結構的節能構造技術研究

曹葦 石亮

摘要：建筑外圍護結構對居住建筑節能而言起著重要作用。外圍護結構起到保溫、隔熱、隔聲、防火、防水等多方面的作用。本文將重點放于外墻和屋頂，通過改善建筑外圍護結構構造措施，提高外墻和屋頂的熱物理性能，大力提倡使用當地建材和新型建材，從而改善居住環境，提升居住品質。

關鍵詞:陜南地區 居住建筑 建筑外圍護結構 節能構造技術

1．陜南地區概況

陜南地區位于陜西省的南端，與甘肅、四川、湖北、河南交界，在《節能標準》中被劃定為夏熱冬冷地區，夏熱冬冷地區的氣候特征是夏季悶熱，冬季濕冷，氣溫的日較差小，年降水量大，日照偏少。因此，陜南地區的居住環境狀況并不理想。

2．陜南地區居住建筑節能存在的問題

陜南地區由于經濟發展較為緩慢，節能意識較差，該地區住宅建筑的設計對保溫隔熱無明確要求，建筑材料大都是燒結粘土磚不保溫不環保，屋頂多為平頂不隔熱，門窗縫隙大，既不遮陽又不擋風。

同時，社會缺乏建筑節能意識，對建筑節能標準的重視度不夠，還有一些建設單位認為實施建筑節能投資很大，不愿意做。目前，陜南地區多采用煤、電等能源采暖制冷，能源利用率低，并沒有達到基本的冷暖要求，更談不上舒適要求。

3．建筑外圍護結構節能構造技術方案

要實現《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》(JGJ134-2001)對本地區住宅節能50%的要求，甚至未來65%的目標，提高新建建筑外墻和屋面這些外圍護結構薄弱環節的熱工性能是其中相當的一個環節。

1）建筑外墻的節能技術

目前，在陜南地區，主體墻體材料主要是KPl多孔磚，空心磚(大孔磚)，KF大孔磚，混凝土空心砌塊，加氣硅砌塊，蒸壓灰砂磚，頁巖磚和鋼筋混凝土等。墻體節能技術又分為復合墻體節能與單一墻體節能。

單一墻體節能指通過改善主體結構材料本身的熱工性能來達到墻體節能效果。目前陜南地區常用的墻材中加氣混凝土、空洞率高的多孔磚或空心砌塊可用作單一節能墻體，但必須增加墻體厚度才能滿足《節能標準》要求，這樣相應地增加了建筑結構面積，而減少了建筑使用面積，同時增加了自重，帶來建筑造價的上升。

復合墻體節能是指在墻體主體結構基礎上增加一層或幾層復合的絕熱材料來改善整個墻體的熱工性能。目前運用的組合形式一般為:外墻的構造組成=外墻材料+粘合層+保溫層+保護層+飾面層。

磚墻+保溫砂漿

據調查，漢中市目前新建建筑的非承重墻體中主要使用240mm厚的大孔磚(即空心磚)，在承重墻體主要采用240mm厚的KPl多孔磚，內抹保溫砂漿30mm厚，該構造形式正好能滿足節能標準規定的。

b.高效保溫材料組成的復合墻體

聚苯乙烯泡沫塑料板是目前采用較多，且運用效果較好的一種保溫隔熱材料，運用較多的是膨脹聚苯乙烯(EPS)板和擠塑聚苯乙烯泡沫硬質板材(XPS)。

c.空氣間層的墻體

空氣間層具有較好的保溫隔熱效果，在建筑設計中常利用封閉的空氣間層作為圍護結構的保溫，或者在己有保溫層的情況下再增設空氣間層以加強保溫效果。在新建建筑中使用空氣間層，可以得到較好的節能效果和提高綜合經濟技術指標。

空氣間層在墻體中的位置，對墻體的保溫隔熱也有一定的影響。一般采用外保溫做法，將空氣間層置于保溫層的高溫側，并且將保溫層和墻體承重層緊密相貼。陜南地區多霧，陰雨天多，空氣潮濕，一般最好在墻體內層設置隔氣層。

2) 建筑屋頂的節能技術

目前，在陜南地區，常有屋頂一般有三種形式:平屋頂，坡屋頂，平屋頂和坡屋頂相結合。

提高屋面自身的熱工性能是改善頂層“冬冷夏熱”狀況、減少常規能源消耗的關鍵。在居住建筑的圍護結構中，屋頂所占面積較小，能耗約占總能耗的8%-10%，因此，加強屋頂保溫對建筑造價影響不大，節能效益卻很明顯。

我們通過整體設計原則，將氣候、經濟、資源等外部因素與建筑構件、設備相協同，尋求一種適合在陜南地區發展的具有一定可行性的居住建筑屋面技術。從屋面所用保溫隔熱材料及其構造方式，利用室內外溫差、空氣對流等自然手段來調節室內微氣候的被動式屋面構造作法:利用太陽能設備及屋面植被等方面來探討有助于提高本地區住宅屋面熱工性能的適宜性技術，并滿足舒適、美觀、節能、經濟的要求。

a.平屋頂的構造形式

(1)采用高效保溫隔熱材料的屋面構造形式

與墻體一樣，為了提高屋面的保溫隔熱性能，采用高效屋面保溫材料是一個很有效的途徑。在陜南地區，平屋頂中高效保溫材料一般布置在防水層和結構層之間，隨著屋頂吊頂工程增多，現在也有許多建筑將保溫材料直接鋪設在吊頂層中間。 目前越來越多的屋頂采用倒置式保溫構造形式，它能克服一般屋面防水層使用壽命短、排氣困難等問題，一般選擇憎水性、性能穩定的保溫材料鋪設在防水層上面。

(2)空氣間層屋面構造形式

空氣間層可分為封閉型和開放型兩類。開放型空氣間層通常是為了利用氣流帶走多余熱量；而封閉型則是指采用雙層構造形成密閉空間，在住宅屋面和外部環境之間形成一個緩沖區域，利用空氣的熱阻減少外部不良氣候條件對室內環境的影響。

在陜南地區，許多新建建筑的屋頂直接做成通風間層屋頂，通過架空面層阻隔太陽輻射熱，并利用間層內流動的空氣帶走部分熱量。

封閉空氣間層有助于加強材料的熱阻，與普通保溫材料相結合，有助于提高屋面的保溫隔熱性能。

(3)生態屋面

①反射屋面

在屋面上噴涂或涂刷一層白色的涂層，依靠涂層對太陽輻射熱的高反射性來遏制涂層下面的基層對太陽輻射熱的吸收，從而降低屋頂表層溫度和減少晝夜的波動溫差，達到改善頂層方面熱舒適環境和避免保溫層失效的技術目的。

②種植屋面

采用輕質合成土，草坪的覆土厚度為20^25cm，荷載約100kg/m2，增加熱阻，從而達到了節能標準要求。此種隔熱層能使室內空氣溫度下降2-3℃，室內溫度基本恒定在29℃左右，而且屋頂花園比傳統屋面結構壽命長。總之，利用屋頂花園隔熱，集美化環境、節能、經濟、環保、改善城市熱島效應于一體，有著明顯的社會效益和經濟效益，是值得推廣的一種隔熱層形式。

③吸濕散熱屋面

蓄水屋面荷載太大，我們也可用CaC12.6H20等鹽分介質做成吸濕散熱屋面，以液、汽兩相的轉換來達到散熱目的。

b.坡屋頂的構造形式

近年來，坡屋頂在民用建筑，尤其是住宅建筑中的應用越來越普遍。坡屋頂之所以發展迅速，主要是因為它具有以下多方面的優點:

①美化住宅造型，改善城市景觀形象。

②提高住宅屋頂的防水性能，增強住宅商品的耐久性。

③有較好的保溫隔熱能力，利于建筑節能。據資料介紹，同地區同層數的住宅建筑，坡屋頂與平屋頂的頂層房間，室內溫度可相差5℃左右。這就表明:在相同的供熱或制冷條件下，坡屋頂頂層房間的室內熱環境比平屋頂要好得多；在室內熱環境相同時，坡屋頂建筑的使用能耗要比平屋頂節省。

③帶動新型建材產業的發展。在坡屋頂中，目前正在大力推廣使用新型屋面材料，如多彩復合玻纖瓦、彩色水泥瓦以及彩鋼夾芯屋面板等。

(1)一般坡屋面的保溫隔熱構造形式

在陜南地區，目前采用最為普遍的屋頂形式就是平屋頂十坡屋面組成的復合構造形式。

(2)通風坡屋面的保溫隔熱構造形式

在陜南地區，新建建筑中大多采用坡屋頂形式，其坡屋頂是在保溫隔熱的基礎上再采用通風形式，以達到更好地保溫隔熱效果。

4．陜南地區可利用發展的新型建筑材料

新型建筑圍護結構的材料應充分利用當地資源，陜南的主要城市(這里指安康和漢中)位于漢江上游，地勢平坦，人口密度較大，這里可利用的資源就有粉煤灰，漢江淤泥，建筑垃圾，工業廢渣。

利用沿江河淤泥可生產輕質、高強、節能、保溫、高性能的多孔、空心、微孔燒結磚。

利用電廠排放的粉煤灰，可生產輕質、承重和高性能加氣混凝土砌塊，充分發揮承重加氣混凝土砌塊容重輕、隔熱保溫性能好、強度高的特點。

建筑垃圾的再利用。目前我國正處于建筑高潮期，大量的混凝土廢塊、廢棄磚瓦、建筑部件殘渣及拆除舊房的碎磚瓦屑，也可作為生產新型墻體材料很好的原材料。

5．陜南地區可利用的清潔能源—太陽能

陜南地區的太陽能資源較為豐富，全年日照時數1400^2200小時，全年總輻射能100-120萬kcal/mz。目前，陜南地區太陽能熱水器利用率較高，平均90%住戶都使用了太陽能熱水器。

隨著太陽能熱水器的普及使用，太陽能熱水器在屋頂上的隨意擱置，有損整個城市的面貌。如果能將太陽能熱水器和屋頂綜合考慮后進行設計，做成太陽能熱水中心一體化建筑，既有利于充分利用太陽能資源，也可以節約屋頂材料，美化城市環境。

太陽能熱水中心一體化建筑就是集熱器與儲熱器分離，集熱器可以成為建筑構件的一部分“長”在平樓頂、坡屋面、立面墻上，杜絕視覺污染。這種系統還可以集中供熱水，每戶按熱水表收費，不但進一步降低了費用，也使住在底層的用戶能分享太陽能之熱。

6．結語

隨著社會的進步、經濟的發展，在建筑圍護結構的主體材料中，將更多的使用廉價的、環保利廢性的當地資源，為了達到舒適、節能、健康的室內住居環境，高效保溫隔熱材料和生態型的構造形式將成為陜南地區建筑圍護結構的發展趨勢。