高層建筑的圍護結構墻體節能技術及方法研究

羅 磊，汪 斌

（1.黃山學院，安徽 黃山 245041；2.西安建筑科技大學，陜西 西安 710055）

在建筑工程施工環節中，其能源消耗非常大.我國很多高層建筑施工中，經常采用鋼筋混凝土結構，施工中會涉及熱橋，導致外圍護結構墻體會消耗大量的能源.所以，在高層建筑施工中，應該結合節能減排理念，完善節能技術，從而更好地促進建筑行業的發展.

1 高層建筑和圍護結構

1.1 高層建筑

高層建筑低層建筑相對，在不同的管轄范圍內其高度不同，它被用作住宅，辦公樓或其他功能包括酒店、零售或多種用途的組合建筑.住宅高層建筑也稱為塔樓，代表“多功能住宅單元”隨著電梯的發明和建筑材料的豐富，高層建筑的數量越來越多.用于高層建筑結構系統的材料是鋼筋混凝土和鋼，大多數北美風格的摩天大樓都有鋼架，而住宅區通常由混凝土建造，塔樓和摩天大樓之間沒有明顯的區別.

高層建筑結構對結構和巖土工程提出了特殊的設計挑戰，特別是位于地震活動區域或下層土壤具有巖土風險因素，如高壓縮性或海灣泥漿.在高層建筑如果處于火災等情況下，它們也對消防員構成嚴峻挑戰.新舊建筑設計，建筑立管系統，暖通空調系統，消防水噴淋系統以及樓梯間和電梯疏散等建筑系統都存在嚴重問題，通常需要進行研究以確保解決行人風的舒適性和風險問題.高層建筑在人口密度高的地區具有技術和經濟優勢，并且已成為世界上幾乎所有人口稠密的城市地區住房的獨特特征，與低層建筑相比高層建筑每單位面積的土地可容納更多居民，并降低市政基礎設施的成本.

1.2 圍護結構

建筑圍護結構是外部的所有元件，可保持干燥、保溫和冷卻，維持良好的室內環境并有助于室內溫度控制.建筑圍護結構設計是建筑和工程實踐的一個專業領域，它來自建筑科學和室內氣候控制的所有領域.建筑圍護結構的許多功能可分為三類：支持（抵抗和轉移結構和動態負載），控制（所有類型的物質和能量的流動），完成（以滿足內部和外部所需的美學）.

2 影響建筑節能的因素

2.1 高層建筑外圍護墻體對節能造成的影響

在高等建筑施工環節中，對節能環境理念造成影響的主要因素是外圍護墻體，其消耗的能源非常多.結合相關的數據調查分析，我國很多地區的高層建筑施工中，會出現變形嚴重的問題，導致建筑外漏.所以，在建筑工程施工環節中，應該降低結構的復雜性，減少能源的消耗.在高層建筑施工環節中，相關工作人員應該充分重視外圍墻體節能施工，結合科學的保護措施，對外界環境進行分析的基礎上，完善施工.

2.2 墻體節能在建筑節能中作用重大

在高層建筑外圍護結構設計中，墻體的作用非常大，如果墻體設計不合理，也會產生巨大的能源消耗.我國傳統的墻體基恩設計中，一般是采用混凝土材料增加墻體的厚度，從而提升墻體的自保溫效果.隨著我國科學技術的高速發展，傳統墻體節能技術已經不能滿足高層建筑施工的要求，在施工中，如果還是采用增加混凝土的方式，不僅僅會導致工程成本的提升，而且施工效果也不好.隨著社會經濟的高速發展，建筑施工單位已經非常重視墻體節能方式的改進，結合建筑工程施工特征，結合施工場地的自然環境，選擇合適的保溫材料，采用科學的施工技術，從而使高層建筑圍護結構自身起到節能效果.在高層建筑工程施工中，工作人員應該重視建筑節能效果，建立一套合理的管理體系，對墻體自身節能體系進行嚴格的控制，防止施工過多的受外界環境的影響，使墻體可以充分發揮自身的價值，在高層建筑施工中節省能源.

2.3 高層建筑的圍護結構墻體節能技術

高層建筑在實際的施工環節中，圍護建筑結構墻體節能工程發揮重要作用，在施工中應該結合外部環境，對施工環節進行嚴格管理，確保建筑施工可以達到節能減排的效果.

2.4 高層建筑圍護結構墻體節能方法

結合相關的數據分析，高層建筑工程在實際施工環節中，工作人員應該完善對圍護結構墻體節能技術的重視，要對建筑工程的朝向設計和外立面設計合理分配，提升設計效果，確保高層建筑圍護競購墻體施工中可以充分地利用資源.在這種情況下，相關部門要高度重視，研究圍護結構墻體節能的方法，對外界環境分析的基礎上，進行嚴格控制.

3 高層建筑圍護結構墻體節能及時措施和設計要點

建筑的能耗水平與建筑圍護結構、空調設備和電氣設計息息相關，也與人們使用的各類電氣設備相關.在能耗中大部分都是圍護結構產生，圍護結構產生的能耗占總能耗的三分之二以上.高層建筑圍護結構散失的熱量可以達到整個建筑熱量損失的四分之三，外墻的熱損失占據圍護結構的30%.所以，在高層建筑節能設計中，應該重點進行維護結構設計中.墻體、屋面和門窗等建筑圍護結構，在設計中，應該結合建筑的整體形態，對窗墻比和遮陽系數等進行分析，從而可以有效地控制建筑的能耗水平.

3.1 高層建筑墻體節能技術

墻體在圍護結構中的能耗占25%-40%，外墻占墻體消耗的絕大部分.因此，高層建筑施工環節中，應該著力改善墻體的性能，提升墻體的保溫性和隔熱性能.

3.1.1 外墻自保溫系統

外墻自保溫系統指的是采用多孔隙并且質量輕的自保溫材料，從而提升維護結構的熱陰值，從而節省保溫結構的成本，使外墻自保溫系統的保溫隔熱性能得到提升，從而減少建筑物與環境之間的熱交換次數，提升保溫隔熱的效果.通過熱絕緣材料的使用，如聚苯乙烯泡沫塑料和新型墻體材料的應用，提升建筑外墻的隔熱效果.外墻自保溫系統在高層建筑中應用可以發揮很好的效果，保溫墻體可以延長建筑物的使用年限，可以與各類墻面裝飾材料結合使用，使外墻飾面裝飾可以有更多的選擇.其成本較低，可以提升建筑施工企業的經濟效益.保溫材料可以復合使用，產品的種類更加廣泛，具有更多的選擇性.隨著各類新型墻體材料的研發，保溫材料推陳出新，各類新型材料朝著經濟性發展.在外墻中間采用保溫和隔熱措施，可以使墻體與外界發揮更好的防護效果.

在實際的應用中，外墻自保溫系統可以采用正壓加氣混凝土砌塊和頁巖燒結保溫空心砌塊的方式.前者使用的材料主要有水泥和石灰等，將原材料經過打磨和攪拌后，形成輕質的混凝土材料.其密度和熱導率都非常小，強度很高，可以提升建筑的整體質量.后者主要是采用空心磚制成，通過高壓擠塑的方式，采用1000攝氏度以上的高溫燒結，最終形成材料.這種材料的物理性能非常好，起到很好的抗壓強度，干收縮率小.

3.2 外墻復合保溫系統的應用

在外墻外保溫系統應用中，保溫層和保護層采用膠黏劑等材料合成，外墻結構以結構復合體的方式，提升了外墻保溫隔熱的效果.采用這種方式消除了“熱橋”的影響，外保溫系統對墻角等部位進行處理，可以有效地防止“熱橋”產生.外墻外保溫系統可以確保室內溫度處于恒定，起到很好的隔熱效果.外墻復合保溫系統可以保持室內溫度，還能改善室內熱環境，圍護結構一般是由大量的砌體構成，所以其儲熱能力非常好，當室內的氣溫出現不穩定的情況后，墻體結構可以通過吸收或者釋放熱量的方式，確保室內溫度保持恒定.針對主體結構來說，保溫系統起到外側的保護屏障效果，使建筑物的使用年限增加.磚墻或者混凝土墻體受到覆蓋在外側的保溫層的保護，盡管室外的環境處于動態的變化中，但是主體結構溫度在保溫層的保護下不會產生太大的變化，不會產生太大的熱應力.所以，當外墻主體生裂縫情況的概率會降低.通過外墻復合保溫系統的應用，可以對建筑物進行節能改造.傳統的建筑節能改造一般是通過增加外保溫的方式，這種方式施工便捷，而且可以在短期內完成施工.

3.3 墻體保溫系統設計中應該注意的問題

3.3.1 熱效應

保溫墻體會很大程度上受到極端天氣的影響，無論使氣溫的變化還是天氣情況的變化，都會對整個保溫系統產生一定的影響.建筑在長期的太陽暴曬后，突然經受暴雨的襲擊，就會導致外墻表面產生一定的損壞.為了有效地防止在溫度急劇變化下導致的裂縫問題，在墻體施工中應該合理的設計伸縮縫.在進行墻體門窗洞口、邊角處設計環節中，應該采取措施，防止裂縫產生.

3.3.2 水密性

由于氣候變化無常，施工材料在長時間的儲存中會出現變質，材料中水分的含量會逐漸降低，導致墻體的熱島系數發生很大的變化.在靜態控制導熱系數分析中，當保溫材料受潮后，材料的孔隙中會含有大量的水分.保溫材料在冬季或者寒冷的天氣中，材料的孔隙中會出現結冰現象，這時導熱系數會增加.因此，導熱系數會對材料的絕緣性能產生很大的影響，很多材料的絕緣性能與保溫性能成反比，所以，在進行墻與墻連接縫的設計中，應該采取保護措施，材料盡量具備較好的防水心梗，防止水分滲入到墻體中.

3.3.3 防火安全

墻體保溫體系的防火安全性能主要從以下幾個方面考慮，其一要分析點活性，保溫體系在存在火源的情況下，體系自身是否會被點燃.其二要考慮傳播性，在出現火災時，保溫體系是否具有較好的火焰傳播能力，分析材料單額扛活性能和低于外部火源攻擊的性能.

3.3.4 抗風壓

建筑物的風荷載指的是在空氣流動的環節中，建筑物表面產生壓力或者吸力，二者與建筑物的高度和周圍環境相關.建筑物越高，風荷載作用就越強.

4 結語

如今，我國社會經濟發展非常迅速，人們的生活水平在提升，節能環保理念深入人心.在建筑行業發展的同時，高層建筑施工應該完善圍護結構的節能技術.高層建筑設計和施工中，應該落實好節能環保的理念，促進建筑行業進一步發展.