綠色建筑理念下外墻保溫結構的節能設計探究*

白建強

(中鐵十二局集團建筑安裝工程有限公司 太原 030000)

隨著人們對可持續發展和環境保護意識的增強,綠色建筑作為一種可持續發展的建筑理念受到了越來越多的關注。在綠色建筑中,外墻保溫結構作為節能的重要手段之一,對建筑能耗和室內舒適度有著重要影響。因此,研究綠色建筑理念下外墻保溫結構的節能設計具有重要意義。

1 綠色建筑概述

綠色建筑是指在設計、施工、運行等全生命周期中充分考慮節能、環保、可再生資源利用等方面,旨在降低對環境和資源的消耗,提高人類生活質量的建筑。綠色建筑是一種新興的建筑理念,它以節能性、環保性、可持續性和舒適性為特點,逐漸受到廣泛的關注和認可[1]。

1.1 節能性

綠色建筑采用了先進的節能技術和設備,使得建筑的能源利用效率得到了顯著提高。通過合理的設計和規劃,綠色建筑能夠有效地利用太陽能、地熱能等可再生能源,減少了對傳統能源的依賴。同時,綠色建筑還采用了節能門窗、保溫墻體等節能設備,進一步降低了能源消耗。這些措施不僅有助于減少能源浪費,還有助于降低碳排放,緩解全球氣候變化。

1.2 環保性

綠色建筑強調對環境的保護和資源的循環利用。在設計上,綠色建筑盡量減少對自然環境的破壞,保留原有的生態環境和植被。同時,綠色建筑還采用了多種可再生材料和循環材料,如廢紙纖維、再生玻璃等,減少了廢棄物的產生和排放。這些措施不僅有助于保護環境,還有助于資源的可持續利用,實現經濟發展與環境保護的雙贏。

1.3 可持續性

綠色建筑注重對自然資源的合理利用,遵循可持續發展的原則。在建筑設計中,綠色建筑充分考慮了當地的氣候條件、地理環境等因素,充分利用自然通風、自然采光等自然資源,減少了人工能源的消耗。同時,綠色建筑還注重對雨水的收集和利用、廢水的處理和再利用等,實現了水資源的循環利用。這些措施不僅有助于降低能源消耗和環境污染,還有助于實現可持續發展,為未來的世代創造更好的生活環境[2]。

1.4 舒適性

綠色建筑以提高人類生活質量為目標,創造舒適、健康的生活環境。通過采用無害的建筑材料和室內空氣凈化系統等措施,綠色建筑能夠有效地減少室內空氣污染和噪音污染等不利于人體健康的因素。同時,綠色建筑還注重室內環境的舒適性和功能性設計,如智能家居系統、多功能空間等,滿足了人們對于生活品質的需求。這些措施不僅有助于提高人們的生活質量,還有助于促進身心健康和社交互動。

2 綠色建筑理念對外墻保溫結構設計的影響

外墻保溫結構是綠色建筑的重要組成部分之一,其節能設計對于提高建筑的能源效率和降低能源消耗具有重要意義。綠色建筑理念對外墻保溫結構設計的影響主要體現在以下幾個方面:

2.1 環保性和可持續性要求

在綠色建筑理念下,外墻保溫結構的設計應注重環保性和可持續性。這要求材料的選擇上應優先選擇可再生、可循環利用的材料,同時要考慮到材料在整個生命周期內的環境影響。此外,還應考慮到材料的耐久性和可維護性,以確保外墻保溫結構的使用壽命和性能[3]。

2.2 節能性要求

綠色建筑理念強調提高能源利用效率,降低能源消耗。因此,在外墻保溫結構的設計中應注重提高其保溫性能和隔熱性能。例如,可以采用多層復合結構、使用高效保溫材料等措施來提高外墻的保溫性能。此外,還可以通過優化窗框結構和玻璃厚度等措施來提高窗戶的隔熱性能。

2.3 舒適性要求

綠色建筑注重提高人類生活質量,因此在外墻保溫結構的設計中應考慮到舒適性要求。例如,可以采用低輻射玻璃、使用遮陽設施等措施來提高室內光照舒適度;同時還可以通過優化外墻材料和顏色等措施來提高建筑的外觀舒適度[4]。

3 綠色建筑理念下外墻保溫結構的節能設計

3.1 工程概況

某建筑工程總建筑面積為145 325.21 m2,地上建筑總面積為96 541.58 m2,共有11棟樓組成,主要用于辦公;地下建筑總面積為48 783.63 m2,主要用于停車場和設備房。建筑結構為框架—剪力墻結構。

3.2 外墻保溫結構的節能設計要點

為保證EPS外墻保溫的效果,對其外墻保溫結構進行節能設計,具體包括以下幾個方面:

3.2.1 能耗評估能耗評估是綠色建筑設計的重要一環,通過對建筑的能耗進行評估,可以了解建筑的能源利用情況,為優化設計提供依據。

在進行能耗評估時,首先需要考慮建筑的功能和使用情況。不同類型的建筑有不同的能耗需求,比如住宅、商業建筑、辦公樓等。根據建筑的功能和使用情況,可以確定建筑的熱負荷,即建筑在不同季節和不同氣候條件下所需要的供熱和供冷能力。其次,需要考慮建筑的能耗需求。能耗需求包括建筑的照明、空調、暖通等系統的能耗需求。對于照明系統,可以根據建筑的面積、使用功能和照明要求,計算出建筑所需的照明能耗。對于空調和暖通系統,可以通過建筑的熱負荷和氣候條件,計算出建筑所需的供冷和供暖能耗。經能耗評估,該案例項目的原設計外墻結構熱阻值為1.85(m2·K)/W,外墻結構傳熱系數為0.65 W/(m2·K),外墻耗熱量為8.75 m2·K。

3.2.2 能耗分析

能耗分析是綠色建筑設計中的關鍵步驟之一,通過對建筑能耗的詳細分析,可以確定能耗病因,找出能源浪費的問題,為后續的節能設計提供依據。

在進行能耗分析時,首先需要收集建筑的能耗數據,包括建筑的用電量、用水量、供暖和供冷能耗等。這些數據可以通過建筑的能耗監測系統、能源管理系統或業主提供的數據來獲取。其次,需要對能耗數據進行分析。通過對能耗數據的統計和比對,可以找出能源浪費的問題,比如能耗高峰期、能耗異常等。同時,還可以對不同系統和設備的能耗進行比較,找出能源利用效率較低的設備或系統。

在能耗分析的過程中,還可以考慮與建筑使用相關的因素,比如建筑的使用時間、人員密度等。這些因素可能會對能耗產生影響,通過考慮這些因素,可以更準確地分析能耗問題。

3.3 設計目標確定

根據能耗評估和能耗分析的結果,確定外墻保溫結構的節能設計目標,在確定外墻保溫結構的節能設計目標時,應考慮以下幾個方面:

(1)節能比例。根據能耗評估和能耗分析的結果,確定預期的節能比例。節能比例可以通過計算建筑的能耗差異來確定,即將預期的節能后的能耗值與原始能耗值進行比較,計算節能比例。

(2)節能效果。根據能耗評估和能耗分析的結果,確定預期的節能效果。節能效果可以通過計算建筑的能耗減少量來確定,即預期的節能后的能耗值與原始能耗值的差值。

(3)節能標準。參考國家和地區的節能標準,確定外墻保溫結構的節能設計目標。節能標準可以包括建筑的能耗限值、能源利用率等指標。

(4)經濟可行性。考慮外墻保溫結構的節能設計目標的經濟可行性。節能設計應該在滿足節能要求的前提下,盡量降低投資成本,提高投資回報率[5]。

3.4 材料選擇

選擇符合綠色建筑標準的保溫材料,如膨脹聚苯板(EPS板)、擠塑聚苯板(XPS板)、聚氨酯、膠粉聚苯顆粒、膨脹珍珠巖等,不同的保溫材料有著不同的特點,在選擇符合綠色建筑標準的保溫材料時,可以考慮以下幾個因素:

(1)導熱系數。保溫材料的導熱系數越低,其保溫性能越好。因此,在選擇保溫材料時,應該選擇導熱系數較低的材料,以提高外墻保溫結構的隔熱效果。

(2)耐久性。保溫材料應該具有較好的耐久性,能夠經受長期使用和外部環境的影響而不容易老化、脫落或變形。耐久性強的保溫材料可以延長外墻保溫結構的使用壽命。

(3)環境友好性。保溫材料應該符合環保要求,不含有有害物質,對人體健康和環境沒有負面影響。可以選擇符合環保認證標準的材料,如綠色建筑認證、環境產品聲明等。

(4)可再生性。優先選擇可再生材料,如巖棉、木纖維等。這些材料可以通過可持續的生產方式獲取,減少對非可再生資源的依賴。

(5)施工便利性。保溫材料應該具有較好的施工便利性,便于安裝和施工,減少施工過程中的浪費和時間成本。

為滿足綠色建筑要求,該案例項目的外墻保溫確定選用XPS板(擠塑聚苯板)進行保溫。EPS外墻保溫結構示意,如圖1所示。

圖1 EPS外墻保溫結構示意圖

3.5 結構設計

在設計外墻保溫結構時,可以考慮以下幾個方面:

(1)外墻保溫層厚度。根據建筑的使用環境和節能要求,確定外墻保溫層的厚度。一般來說,保溫層的厚度越大,保溫效果越好,但也要考慮到施工難度和成本因素。

(2)保溫材料的布置方式。根據保溫材料的特性和建筑的結構形式,確定保溫材料的布置方式。常見的布置方式包括全包圍式、局部保溫式和內外保溫式等。選擇合適的布置方式可以提高保溫效果并滿足建筑的結構要求。

(3)防潮措施。外墻保溫結構應該考慮防潮措施,以防止水汽從外部滲透到保溫層內部,導致保溫材料的性能下降和墻體的損壞。可以采用防水層、防潮層等措施來保護保溫層。

(4)墻體的結構強度。在設計外墻保溫結構時,要考慮墻體的結構強度,確保保溫層的施工不會對墻體的承載能力產生負面影響。可以通過加強墻體的結構設計和使用合適的連接件來提高墻體的承載能力。

3.6 節能效果評估

節能效果評估是外墻保溫結構設計中的重要環節,通過建筑能耗模擬軟件,對外墻保溫結構進行能耗模擬計算。模擬計算通常基于建筑的幾何形狀、材料性能、室內外環境條件等輸入參數,以及建筑使用情況和能源消耗數據等。通過模擬計算,可以評估外墻保溫結構在不同條件下的能耗情況,以及與其他系統的協同效應。

以案例項目為例,通過Revit軟件建立能耗模型模擬計算出節能設計后,其保溫效果會有明顯提升,具體變化如表1所示。

表1 節能設計前后保溫效果對比

從表1可以看出,通過對EPS外墻保溫結構進行節能設計后,外墻的熱阻值、傳熱系數及耗熱量均有明顯下降,這說明節能設計后,降低了EPS外墻保溫的耗熱,提高了外墻的節能保溫效果。

4 結語

綜上所述,綠色建筑理念下外墻保溫結構的節能設計對于實現建筑的節能目標和可持續發展具有重要意義。

通過合理選擇材料、設計結構和處理熱橋,可以有效提高外墻保溫結構的節能性能。隨著科技的進步和綠色建筑理念的推廣,外墻保溫結構的節能設計將得到更大的關注和應用。