高層建筑的圍護結構墻體節能技術及方法探討

彭 國 運

(河南五建建設集團有限公司，河南 鄭州 450000)

1 工程案例

本文以某工程項目高層住宅樓為模擬對象，高層建筑為坐北朝南的房屋，建筑中具體層高約為2.7 m，整體高度達到28層，戶型均為一梯兩戶，每戶的房屋內部結構均為三室兩廳，電梯兩部。在建立能耗模擬模型的過程中，對實際情況進行了系統化分析，并且結合工程項目的平面圖建立了有效的施工方案，高層建筑圍護結構墻體作為項目重點，對門窗和內熱源進行了分析(見圖1，圖2)。

結合圖表得出相應結論，墻體的熱量在每天的中午時刻最強，早晚熱量有所下降，因此，對高層住宅圍護結構模型進行傳熱處理具有一定的實際價值，要結合能耗數量進行統計，除了要對建筑面積采暖能耗、空調能耗進行分析外，也要對單位建筑面積模型的相似建筑予以對比數據處理[1]。

結合工程項目的實際情況，要建立健全具有實際應用的墻體節能設計機制。本文主要采用的是在模型墻體內增加80 mm的聚氨酯硬泡沫塑料，能有效降低墻體自身的傳導熱系數，圍護整體管理效果和節能水平，保證應用分析和框架整合結構的完整性。在進行相關操作后，對比分析負荷信息，有明顯的降低。除此之外，施工部門外部窗戶改為高透性能的空玻璃窗，將軟件中太陽能系數設置為0.48，整體傳熱效果也發生改變，能保證這樣的相關參數得以實現全面優化。在改變實際參數后，對相關情況進行了數據對比分析，得出相應的能耗結論，整體高層建筑結構墻體的能耗數值已經發生了很大的變化，盡管采暖季熱負荷數量改變較少，但是整體節能效果十分明顯。

2 高層建筑的圍護結構墻體節能技術

在高層建筑圍護結構墻體節能技術運行的過程中，要結合實際情況和具體操作流程有序開展相關操作，確保整體運維體系的完整性和實效性，從而保證節能效果符合預期。

2.1 節能保溫技術

對于高層建筑項目而言，外墻處理技術的應用效果十分關鍵，因此，不同于傳統的磚石結構房屋體系，高層建筑結構主要是鋼筋混凝土結構，無論是框架體系還是剪力墻承重體系，基礎性圍護結構都屬于填充材料。為了有效減少填充材料的荷載數量，在實際應用過程中發揮其保溫隔熱的性能，多數施工部門都會采用輕質高效的保溫材料，能在圍護墻體運維效果的同時，確保管理水平的實效性，也為后續控制體系的完整性優化奠定堅實基礎[2]。目前，在多數寒冷地區，都會選擇頁巖陶粒混凝土空心砌塊結構、粘土空心磚搭配實心磚的復合墻體結構等，能在滿足穩定性以及安全性的同時，滿足施工要求，也有部分地區會采取空心磚巖棉夾心復合墻體的結構。但是，這些技術結構的節能效果并不盡如人意，甚至有些結構的質量數據嚴重超標，對后續施工操作也會造成嚴重的影響。

另外，在圍護結構應用過程中，要對內側材料布置和外側材料布置體系予以分析，全面處理層次效果，就會對保溫水平產生差異化影響，尤其是避免墻體本身產生的冷凝水結構，設置更加有效的隔氣層[3]。

2.2 外側保溫技術

在高層建筑圍護墻體結構節能材料選擇的過程中，要結合實際情況和具體要求，避免選取聚苯乙烯泡沫板等材料，究其原因，主要是由于輕質材料的抗震性能并不好，且結構構件的結合效果較差，整體性能不能滿足實際需求，造成外部裝修和荷載結構受限，無法承受相應的鑿裝和刨裝，甚至會在墻表面形成裂紋，造成整體結構質量受限。除此之外，在外墻保溫管理工作中，高層建筑冷橋損耗的熱量占5%～13%以上，這也引起了相關設計人員的關注，只有有效減少冷橋對整個外墻保溫管理系統產生的影響，就能提高外墻保溫效果。目前，主要利用的是混凝土空心砌塊，其中，美國研制的TB型保溫隔熱復合砌塊結構以及波蘭研制的咬合式保溫砌塊等，都能提高保溫效果，圍護傳熱系數，一定程度上減少了輕質復合外墻材料結構的問題[4]。

3 高層建筑的圍護結構墻體節能策略

為了從根本上提高高層建筑圍護結構墻體的節能效果，就要踐行有效的設計機制和策略，從而圍護墻體能耗的管理水平，避免能量的過度浪費。

第一，要整合建筑朝向的設計水平。在建筑結構管理工作中，只有保證光環境和風環境處理效果符合預期，才能有效減少采暖和照明面的實際需求，一定程度上縮小能耗對其管理效果產生的影響。在高層建筑中，朝向和外窗的位置往往決定了整個建筑結構具體的采光能力，因此，朝向為南面的外窗接受太陽輻射的能力更強，而朝向為北面的外窗結構接受太陽輻射能力較弱，朝向為東西向的窗戶沒有較大的差距，就使得朝向和耗能之間聯系不大。基于此，在實際設計過程中，以朝向南北30°為最佳。除此之外，相關設計人員也可以結合地區實際情況和當地日照條件進行差異化處理，只要是保證陽光充足即可。

第二，要整合建筑外立面。在建筑結構管理工作開展過程中，影響整體建筑外立面的因素較多，其中，開窗效果、選材水平以及立面整體遮陽效果等都是非常關鍵的問題，因此，只有在滿足自然采光以及良好通風的基礎上，建立有效的建筑管理機制，才能為后續建筑結構升級奠定堅實基礎。并且，在建筑設計過程中，也要結合制冷需求對高層建筑住宅和商業住宅予以監督，有效利用百葉窗、窗簾以及雨篷等遮擋物對陽光、雨水等予以處理，減少制冷負荷。另外，立面遮陽體系也分為垂直遮陽結構和水平遮陽結構，前者主要應用在東北向或者是西北向外窗結構中，后者主要應用在南向或者是接近南向外窗結構中。除此之外，外窗的開啟面積要在房屋面積的5%以上，才能保證整體導熱處理效果[5]。外墻的導熱系數要小，利用內保溫和自保溫墻體結構能減少外墻儲熱的能量。值得一提的是，目前我國多數城市在外墻涂料選擇方面也有很多要求，對于常年屬于寒冷天氣的地區，外墻多采用深色系，而對于常年屬于炎熱氣候的地區，則選擇淺色系為最佳。

第三，對屋頂進行設計，對于高層建筑圍護結構墻體管理工作中，屋頂設計也十分關鍵，要保證其保溫隔熱性能的穩定性，才能有效處理室內和室外結構之間的導熱能力。目前，應用范圍較廣的屋頂設計體系主要分為四類：

1)通風屋頂面，更加適宜在較為炎熱的地區，在實際設計過程中，要對出風口和間層橫截面面積予以處理，保證其面積比能在標準化參數范圍內。

2)反照屋頂面，這種結構更加適宜在陽光十分充足的地區，尤其是一些溫度較高的炎熱地帶。

3)蓄水屋頂面，這種方式在南方陰雨綿綿的城市較為常見，屋頂面能有效蓄水，且深度會控制在50 mm～100 mm之間。

4)植被屋頂面，是順應生態環保建筑結構設計要求的屋頂框架結構，要著重分析植被類型、植被種植高度以及土壤層厚度等參數[6]。

4 結語

在高層建筑圍護結構墻體節能設計工作中，要秉持建筑節能的理念，有效整合建筑處理措施，圍護高層建筑框架體系，確保建筑節能效果能滿足實際需求，實現高層建筑節能的可持續發展。

[1] 王玉卓,韓 煜.高層建筑的圍護結構墻體節能技術及方法[J].建筑技術,2016,47(11):987-989.

[2] 劉勁松.幕墻建筑墻體節能保溫常見弊病與改進措施[J].建筑工程技術與設計,2016(30):1474.

[3] 高陽洋.高層建筑外墻的保溫與節能分析[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學,2015.

[4] 贠 浩,蘆 寧.高層建筑設計中的節能措施研究[J].科技信息(科學·教研),2014(13):304.

[5] 張玉媛,周廣尖.淺談北方地區節能與高層建筑設計[J].黑龍江科技信息,2015(10):318.

[6] 高 宇.高層建筑節能設計要點及實例論述[J].建材與裝飾,2015(16):32-33.