圍護結構的保溫與隔熱

韓瑩

摘要本文簡述了建筑傳熱原理、圍護結構的保溫與隔熱的構造要求和工程問題

關鍵詞節能、傳熱、建筑保溫、建筑隔熱

中圖分類號：TE08 文獻標識碼： A

引言

在我國一次能源消耗中，建筑能耗占有較大比重。隨著我國能源消耗的飛速增長，尤其在當前我國電力、煤炭等能源供應日趨緊張的情況下，如何降低建筑能耗對于國民經濟的可持續發展十分重要。通過加強建筑物的保溫隔熱能力，可以有效降低建筑物的能耗；達到節能的目的。因此國家對建筑節能工作也十分重視，相繼出臺了《民用建筑節能設計標準(采暖居住建筑部分)》、《公共建筑節能設計標準》等標準，并制定了建筑節能50％的目標。同時指出由于過去夏熱冬冷地區不采暖、不空調，居住建筑的設計對保溫隔熱問題重視不夠，圍護結構的熱工性能普遍很差，使得該地區的采暖、空調能源消耗非常大，從而造成自然資源的浪費，還污染了自然環境，影響國家的可持續發展步伐。因此建筑節能工作除了提高采暖和空調的能源利用效率，還必須改善建筑物圍護結構的保溫和隔熱性能。現建筑節能工作越來越受到人們的重視，我國不少的城市居住建筑已制定節能65%的目標。

1建筑傳熱原理

凡是一個物體的各個部分或者物體與物體之間存在著溫度差，就必然有熱能的傳遞、轉移現象的發生。圍護結構傳熱就是由于室內外存在溫差導致的。

1.1影響建筑傳熱的因素

傳熱的基本方式分為三種：導熱、對流和輻射。圍護結構的傳熱過程是一個綜合的過程，做好節能工作則需要了解每一個傳熱方式的形成原因及影響因素，這對于選擇保溫或隔熱材料起到關鍵性的指導作用。

1.1.1影響導熱的因素

導熱是由溫度不同的質點（分子、原子、自由電子）在熱運動中引起的熱能傳遞現象。其受到以下因素影響：

1）材料材質的影響：由于不同材料的組成成分或者結構不同，其導熱性能也就各不相同，甚至相差懸殊，工程上常把導熱系數小于0.3W/(m.k)的材料稱為絕熱材料，做保溫隔熱之用。

2）材料干密度的影響：材料的干密度反映材料的密實的程度，材料愈密實干密度愈大，材料內部的空隙愈少，其導熱性能也就愈強。因此，在同一類材料中，干密度是影響其導熱性能的重要因素。

3）材料的含濕量的影響：在自然條件下，一般非金屬材料常常并非絕對干燥，而是在不同程度上含有水分，表明在材料中水分占據了一定體積的孔隙。含濕量愈大，水分所占有的體積愈多。水的導熱性能約比空氣高20倍，因此，材料含濕量的增大必然使導熱系數值增大。因此，在工程設計，材料的生產、運輸、堆放、保管及施工過程對濕度的影響都必須予與重視。常用的保溫材料中，聚氨酯泡沫板由于其泡沫均為封閉體，水不宜浸透，所以可使用于潮濕環境，如地下保溫。

1.1.2影響對流的因素

對流是由于溫度不同的各部分流體之間發生相對運動、互相摻合而傳遞熱能。對流換熱分為自然對流換熱與受迫對流受熱。自然對流是普通的對流，而受迫對流是當流體與緊鄰的固體表面之間存在溫度差，但同時流體又受到其他氣流的擾動而產生的現象。建筑圍護結構中，風是受迫對流的主要影響因素。

而建筑圍護結構中，主要考慮氣流狀況是自然對流還是受迫對流；構件是處于垂直、水平或者傾斜；壁面是有利于氣流流動還是不利于流動；傳熱方向是由下而上或是由上而下等主要影響因素。在建筑工程中，墻體的空氣夾層的構造及屋頂設置空氣夾層隔熱構造，對流是主要影響因素。

1.1.3影響輻射的因素

凡是溫度高于絕對零度的物體，由于物體原子的中子振動或激動，就會從表面向外界輻射電磁波，其中波長在0.4~40um范圍內的電磁波為熱射線。通過熱射線傳播熱能就稱為輻射傳熱。建筑圍護結構中，主要受到材料界面色彩，光滑度，反射度等因素影響。

1.2圍護結構傳熱過程

在建筑物理中，建筑圍護結構的傳熱過程分為穩定傳熱過程和周期性傳熱過程。穩定傳熱是假設圍護結構的內、外熱作用都不隨時間而變。但實際上，室內外熱環境都在變化，圍護結構受到的熱作用也會不同程度地隨時間而變化。

2建筑保溫隔熱

對于室內熱環境條件有要求的房屋建筑，為了使室內熱環境滿足人們正常工作和生活的需要，常常需要在室內設置采暖設備或制冷設備，如果圍護結構沒有采取合理的保溫與隔熱措施，勢必增加建筑的能耗，也可能帶來相應的隱患或造成損失

2.1圍護結構的保溫構造

常見圍護結構的保溫構造類型

1）保溫、承重合二為一

指的是承重材料或構件除具有足夠的力學性能外，同時還具有足夠的熱阻值。例如粘土磚，加氣混凝土砌塊、混凝土空心砌塊等。常用于對保溫要求不高的建筑。

2）單設保溫層

承重材料僅具有足夠的力學性能，而導熱系數很大，在結構要求厚度內，熱阻遠不能滿足保溫要求，采用導熱系數較小的材料作保溫層，鋪設或粘貼在承重層上。

3）復合構造

當單獨用某一種方式已不能滿足功能要求時，由于技術經濟方面不合理，或者施工甚為困難時往往采用復合構造。常用的復合構造是采用墻體加設單層或多層封閉空氣間層與帶反射材料的封閉空氣間層。

此種構造既能有效增大熱阻，滿足保溫性能的要求，也可以減輕圍護結構自重，使承重結構更經濟合理。

在建筑工程中，設置保溫層的位置對圍護結構的使用質量、造價、施工等都有很大影響。保溫層設置的位置要求我們根據建筑物的實際實用功能來選用。如對于影戲劇院、體育場館等一些人集中使用的場所，要求供熱或制冷速度快，應該優先選用內保溫材料。而對于居室、辦公樓

等場所，熱穩定要求較高，不宜選用內保溫，應選用外保溫的做法。外保溫有如下優點：1）可利用承重墻體如磚砌體、鋼筋混凝土等材料熱容量高的特性，提高房間熱穩定性；2）對防止或減少保溫層內部產生凝結水和防止圍護結構的熱橋部位內表面局部結露都有利；3）可有效保護主體結構，降低主體結構內部溫度應力的起伏，提高結構耐久性。 當布置保溫層在兩個結構層中央，這種方式對保溫材料的強度要求不高，但不宜在兩邊均為非透氣材料的結構層內使用；因為一旦施工沒有嚴格控制保溫材料的濕度，可能使保溫層長期處于潮濕狀況，使圍護結構達不到應有的保溫性能。

公共建筑常見外保溫構造節點

在房屋建筑的圍護結構中，有一些異常部位，包括門窗洞口、外墻體轉角、圍護結構的嵌入體、地面等。對于這些部位，我們稱之為‘熱橋或‘冷橋；在設計上需要采取一些措施來減少這些部位對圍護結構保溫隔熱性能的影響，如下：

1）提高門窗本身的保溫性能，在門窗洞口周邊設置保溫層。門窗不宜內側平齊；

2）在窗的內側或雙層窗的中間掛窗簾是提高窗戶保溫能力的一種靈活、簡單的方法；

3）設計中避免貫通式‘熱橋；

4）校核外墻與屋面的熱橋部位的內表面溫度不應低于室內空氣露點溫度而導致結露；

5）熱橋部位加設保溫，控制熱橋。

2.2圍護結構的隔熱構造

對于炎熱地區，夏季時間長，需要采取必要的隔熱措施，防止室內過熱，減少對人們的生活與工作的影響。設計中，建筑隔熱主要考慮屋頂隔熱與圍護結構的西曬。

常見圍護結構的隔熱措施：

1）采用淺色外飾面，減少當量溫度；

由于太陽輻射熱直接作用于圍護結構，采用淺色飾面可以增大表面輻射能力，減少輻射得熱。設計中常常忽視屋面表面材料的輻射換熱。采取此類隔熱方法要求合理選用材料，注意周邊建筑環境，減少對周邊環境的影響，杜絕光污染。

2）西墻開設窗口時，增設遮陽措施；

通過遮陽措施，遮擋太陽直射輻射通過窗口進入室內，減少對人體與室內的直接熱輻射。

3）增加圍護結構的熱阻與熱惰性；

這種構造方式不僅具有隔熱的性能，冬季也能起到保溫的作用，常用于辦公、學校或空調建筑。

4）通風隔熱、水隔熱、植被隔熱

通風隔熱屋面是通過屋頂內部的通風帶走面層傳下的熱量而達到隔熱目的，構造方式較多，常用于南方沿海地區民居。水隔熱屋頂是通過水蒸發吸收大量汽化熱的原理，有蓄水、淋水和噴水等形式，隔熱效果顯著，但需要經常補水維護。植被隔熱屋面是利用植物光合作用蒸發散熱量，同時利用植物培植材料的熱阻與熱惰性來綜合隔熱。植被隔熱有很好的環境效益，被廣泛使用于大型公建。

現在設置空調的房間已非常普遍，建筑設計中必須綜合考慮保溫及隔熱效果，來降低建筑物采暖及空調能耗。

3保溫材料的工程應用

在工程設計中，常常由于某些原因遺漏一些細節，如考慮計算墻體及屋面的保溫設計，常忽略冷橋部位的處理，有可能導致墻體內表面結露的危害。

右圖是女兒墻上部保溫施工照片，墻體采用的是圖1的構造方式。此類構造很容易遺漏女兒墻的內側與屋面保溫處的處理，使女兒墻內側成為熱橋，有可能導致室內冷凝的出現。此類構造還需注意外飾面的密封，要求避免雨水進入夾層，導致保溫材料潮濕，直接影響材料的保溫性能。金屬固定件處的熱橋，由于采用的是點式固定，觸點較少及不會引起房間室內表面結露，設計中可不處理。

右圖是門洞口處施工未完成的照片，此類是圖3的構造方式，保溫板與墻體之間有150的空氣夾層，在門窗洞口等各處收口處理要求較高，夾層空氣層必需封閉，如果封閉不嚴，可能導致內部空氣與外部空氣進行直接對流熱交換，直接降低了保溫的效果，其次，如果門窗收邊處沒有保溫收邊，那么收邊就會與夾層空氣進行熱交換，保溫性能也會有所降低。

除了存在工程設計缺陷外，在一些現場的施工當中，也存在很多由于施工問題導致的保溫失效的問題。隨著建筑保溫及隔熱技術的廣泛使用，設計和施工技術都將慢慢走向成熟。

4結語

房屋建筑設計過程中不應僅僅考慮建筑圍護結構自身的構造措施，還應結合建筑物的周邊環境，合理地進行場地設計，建筑選型在考慮美觀、經濟的條件下盡量規整，這對圍護結構的保溫隔熱都有重要的意義。

參 考 文 獻

[1] 西安冶金建筑學院主編. 建筑物理.北京：中國建筑工業出版社，1987。

[2] 中華人民共和國標準. 公共建筑節能設計標準 GB 50189-2005。