寒地綠色建筑外墻保溫節(jié)能技術(shù)分析

王婧瑤

綠色建筑外墻的節(jié)能保溫技術(shù)對(duì)建筑周邊自然環(huán)境的影響較小，能夠提升居民的體驗(yàn)感和生活質(zhì)量。目前，我國(guó)當(dāng)下既有建筑物的能耗約占全國(guó)總能耗的30%，尤其在寒地特殊的氣候環(huán)境下，冬天寒冷漫長(zhǎng)，夏天炎熱，建筑物必須消耗大量能源才能維持建筑空間環(huán)境的熱舒適性。基于此，本文以寒地綠色建筑外墻作為研究對(duì)象，選取東北大學(xué)渾南校區(qū)的部分建筑進(jìn)行實(shí)地調(diào)研。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)不同的設(shè)計(jì)變量對(duì)室內(nèi)熱舒適的影響程度及作用規(guī)律。

1 寒地建筑的特點(diǎn)

調(diào)研地點(diǎn)位于東北嚴(yán)寒地區(qū)，冬季寒冷且漫長(zhǎng)，全年施工周期短，冬歇期一般從11 月中旬至次年3 月末，冬季供暖周期長(zhǎng)，建筑能耗以冬季采暖為主[1]。隨著社會(huì)的發(fā)展，東北地區(qū)的建筑總量持續(xù)上升，但是綠色節(jié)能建筑的占比很小，與建筑氣候條件相同的其他發(fā)達(dá)國(guó)家相比，單位建筑能耗大。造成此現(xiàn)象的主要原因是東北地區(qū)大部分建筑外墻的熱工性能較差，熱損失較多。

2 綠色建筑外墻保溫節(jié)能技術(shù)概述

2.1 綠色建筑外墻保溫節(jié)能技術(shù)的重要意義

建筑節(jié)能是綠色建筑發(fā)展理念中的一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容，而墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)是整個(gè)建筑節(jié)能體系中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，也是綠色建筑節(jié)能減排的重要目標(biāo)。通過(guò)選擇節(jié)能型的新型綠色建筑墻體材料、技術(shù)與裝置，在保證建筑的室內(nèi)熱舒適度基本要求和功能要求的同時(shí)，能夠降低建筑能耗，達(dá)到綠色建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)[2]。

2.2 綠色建筑外墻保溫節(jié)能技術(shù)的分類

外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)既是建筑施工過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，也決定了整體建筑的外形和保溫性能[3]。

綠色建筑外墻保溫節(jié)能技術(shù)是當(dāng)前我國(guó)建筑行業(yè)倡導(dǎo)的節(jié)能技術(shù)，其節(jié)能的主要方式是降低熱損失。綠色建筑外墻保溫節(jié)能技術(shù)分為外墻外保溫隔熱技術(shù)、外墻內(nèi)保溫隔熱技術(shù)和外墻夾芯保溫隔熱技術(shù)，其優(yōu)缺點(diǎn)如表1 所示。

表1 綠色建筑外墻保溫節(jié)能技術(shù)的分類及優(yōu)缺點(diǎn)

3 寒地綠色建筑外墻熱舒適度調(diào)研——以渾南校區(qū)的部分建筑為例

3.1 調(diào)研地點(diǎn)及時(shí)間選擇

首先，調(diào)查渾南校區(qū)的現(xiàn)有建筑情況，選出建筑專業(yè)學(xué)生使用頻率較高的代表性建筑。其次，測(cè)量建筑北側(cè)墻體室內(nèi)外距離墻角不同距離點(diǎn)位的溫度、相對(duì)濕度、空氣流速。最后，對(duì)于實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出不同建筑墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)帶來(lái)的人體熱舒適度感受及保溫效果。通過(guò)調(diào)研為探索寒地綠色建筑墻體保溫節(jié)能技術(shù)提供依據(jù)。

3.1.1 建筑地點(diǎn)選擇

為了能夠更好地分析寒地建筑不同類型墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)帶來(lái)的熱舒適度感受及保溫效果變化規(guī)律，選擇具有代表性的東北大學(xué)渾南校區(qū)作為研究對(duì)象，選取使用頻率普遍較高的宿舍、建筑館、圖書(shū)館、食堂作為調(diào)研的地點(diǎn)。

3.1.2 調(diào)研時(shí)間選擇

調(diào)研時(shí)間的選取要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣鳑Q定，在冬季應(yīng)選取當(dāng)月晴朗、微風(fēng)及太陽(yáng)光充足的時(shí)段（2021 年12 月7 ～10日），測(cè)量時(shí)間為10:00 ～14:00。

3.1.3 調(diào)研設(shè)備選擇

調(diào)研設(shè)備采用溫濕度計(jì)、熱敏風(fēng)速儀、機(jī)械風(fēng)速儀，可以測(cè)量溫度、濕度以及室內(nèi)外的空氣流速。測(cè)量數(shù)據(jù)綜合考慮了人體活動(dòng)程度、空氣溫度、空氣流動(dòng)速度和空氣濕度等因素，可以作為確定絕大多數(shù)人冷暖感覺(jué)的依據(jù)。

3.2 調(diào)研方法

第一，選擇渾南校區(qū)不同建筑（宿舍、建筑館、圖書(shū)館、食堂）的一層北向迎風(fēng)墻面。第二，使用溫濕度計(jì)測(cè)量室外溫度，將機(jī)械風(fēng)速儀放置在室外陰面開(kāi)闊距地面1 m高處迎風(fēng)測(cè)量并讀數(shù)。第三，使用溫濕度計(jì)和熱敏風(fēng)速儀測(cè)量墻內(nèi)表面的溫度及風(fēng)速，將熱敏風(fēng)速儀放置在墻內(nèi)對(duì)應(yīng)點(diǎn)測(cè)量并讀數(shù)。第四，運(yùn)用溫濕度計(jì)、機(jī)械風(fēng)速儀分別在室外北向墻距離墻腳0 m、1 m、2 m、3 m 處測(cè)量，待其穩(wěn)定后讀數(shù)。第五，運(yùn)用溫濕度計(jì)、熱敏風(fēng)速儀分別在室內(nèi)北向墻內(nèi)對(duì)應(yīng)點(diǎn)距離墻腳0 m、1 m、2 m、3 m 處測(cè)量，待其穩(wěn)定后讀數(shù)。第六，整理數(shù)據(jù)，繪制表面溫度數(shù)據(jù)表、表面濕度數(shù)據(jù)表及風(fēng)速數(shù)據(jù)表。第七，進(jìn)行對(duì)比分析。

3.3 調(diào)研實(shí)例總結(jié)分析

3.3.1 測(cè)試墻體布點(diǎn)方式以及測(cè)量結(jié)果整理

測(cè)試點(diǎn)的布置不僅要對(duì)水平空間進(jìn)行布置，還要考慮豎向空間的情況，同時(shí)測(cè)試點(diǎn)應(yīng)有效避開(kāi)空調(diào)的出風(fēng)口，與幕墻等會(huì)產(chǎn)生冷輻射的地方留有一定的距離[4]。各項(xiàng)數(shù)據(jù)均在測(cè)量點(diǎn)測(cè)量3 次后取平均值，確保相關(guān)數(shù)據(jù)的科學(xué)性、合理性。

（1）宿舍。宿舍北向迎風(fēng)墻面測(cè)試點(diǎn)分布如圖1 所示，宿舍北向迎風(fēng)墻面室內(nèi)測(cè)量數(shù)據(jù)如表2 所示，宿舍北向迎風(fēng)墻面室外測(cè)量數(shù)據(jù)如表3 所示。

圖1 宿舍北向迎風(fēng)墻面測(cè)試點(diǎn)分布（來(lái)源：作者自制）

表2 宿舍北向迎風(fēng)墻面室內(nèi)測(cè)量數(shù)據(jù)

表3 宿舍北向迎風(fēng)墻面室外測(cè)量數(shù)據(jù)

根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，宿舍室內(nèi)溫度明顯高于室外，但平均溫度偏低，室內(nèi)平均濕度在32.5%左右，人體舒適感較差。同時(shí)，測(cè)量發(fā)現(xiàn)受風(fēng)瞬時(shí)性影響，室外風(fēng)速變化較大。

（2）建筑館。建筑館北向迎風(fēng)墻面測(cè)試點(diǎn)分布如圖2 所示，建筑館北向迎風(fēng)墻面室內(nèi)測(cè)量數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表4，建筑館北向迎風(fēng)墻面室外測(cè)量數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表5。

圖2 建筑館北向迎風(fēng)墻面測(cè)試點(diǎn)分布（來(lái)源：作者自制）

表4 建筑館北向迎風(fēng)墻面室內(nèi)測(cè)量數(shù)據(jù)

表5 建筑館北向迎風(fēng)墻面室外測(cè)量數(shù)據(jù)

根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)溫度濕度普遍高于室外，但由于建筑館墻體構(gòu)造影響導(dǎo)致3 m 處的溫度驟減，風(fēng)速驟升。

（3）圖書(shū)館。圖書(shū)館北向迎風(fēng)墻面測(cè)試點(diǎn)分布如圖3 所示，圖書(shū)館北向迎風(fēng)墻面室內(nèi)測(cè)量數(shù)據(jù)如表6 所示，圖書(shū)館北向迎風(fēng)墻面室外測(cè)量數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表7。

圖3 圖書(shū)館北向迎風(fēng)墻面測(cè)試點(diǎn)分布（來(lái)源：作者自制）

表6 圖書(shū)館北向迎風(fēng)墻面室內(nèi)測(cè)量數(shù)據(jù)

表7 圖書(shū)館北向迎風(fēng)墻面室外測(cè)量數(shù)據(jù)

根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，由于受圖書(shū)館北側(cè)墻面挑檐以及內(nèi)部中央空調(diào)等因素的影響，其室內(nèi)外的溫度、濕度變化平緩，但總體室內(nèi)溫度遠(yuǎn)高于室外，室內(nèi)平均濕度遠(yuǎn)低于室外，影響人體的舒適感。

（4）食堂。食堂北向迎風(fēng)墻面測(cè)試點(diǎn)分布如圖4 所示，食堂北向迎風(fēng)墻面室內(nèi)測(cè)量數(shù)據(jù)如表8 所示，食堂北向迎風(fēng)墻面室外測(cè)量數(shù)據(jù)如表9 所示。

表8 食堂北向迎風(fēng)墻面室內(nèi)測(cè)量數(shù)據(jù)

表9 食堂北向迎風(fēng)墻面室外測(cè)量數(shù)據(jù)

圖4 食堂北向迎風(fēng)墻面測(cè)試點(diǎn)分布（來(lái)源：作者自制）

受人流行走影響因素較大，測(cè)量數(shù)據(jù)有一定的誤差，但總體呈現(xiàn)趨勢(shì)跟其他建筑相似。從測(cè)量結(jié)果來(lái)看，室內(nèi)溫度普遍高于室外溫度，室內(nèi)濕度低于室外濕度，室內(nèi)風(fēng)速幾乎為0 m/s，室外風(fēng)速遠(yuǎn)離墻面時(shí)驟升。

3.3.2 客觀測(cè)量結(jié)果整理與分析

根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)節(jié)能建筑室內(nèi)溫濕度的要求，實(shí)驗(yàn)測(cè)定的最合適的室內(nèi)溫濕度如下：冬天采暖溫度為16 ～24 ℃，濕度為30%～60%；夏季在有空調(diào)的室內(nèi)，當(dāng)室溫為22 ～28 ℃、濕度為40%～80%時(shí)，人會(huì)感到最舒適。以下對(duì)不同種類建筑的相同變量進(jìn)行比較。

（1）溫度。建筑館、食堂、圖書(shū)館以及宿舍隨著與墻體距離的增加，溫度逐漸上升，圖書(shū)館的溫度與室外溫差整體保持為6 ℃左右，墻體保溫性能在距離墻體0 ～2 m 時(shí)明顯優(yōu)于其他功能建筑，但是在與墻體距離3 m 后無(wú)明顯的差別，如圖5 所示。

圖5 不同建筑北向迎風(fēng)墻體室內(nèi)外測(cè)試點(diǎn)溫度差值對(duì)比（來(lái)源：作者自繪）

（2）濕度。建筑館、食堂、宿舍的內(nèi)部濕度皆高于外部濕度5%～15%，而圖書(shū)館的內(nèi)部濕度在0 ～2 m 處小于外部濕度，在3 m 處內(nèi)部濕度急劇上升，高于外部濕度，與其他功能建筑的濕度百分比大致相同，如圖6 所示。

圖6 不同建筑北向迎風(fēng)墻體室內(nèi)外測(cè)試點(diǎn)濕度差值對(duì)比（來(lái)源：作者自繪）

（3）空氣流速。建筑館、食堂、圖書(shū)館及宿舍的內(nèi)部風(fēng)速明顯小于外部風(fēng)速，且折線明顯呈下降趨勢(shì)，表示隨著與墻體距離的增加，風(fēng)速逐漸減小，如圖7 所示。

圖7 不同建筑北向迎風(fēng)墻體室內(nèi)外測(cè)試點(diǎn)空氣流速差值對(duì)比（來(lái)源：作者自繪）

3.4 調(diào)研結(jié)論

第一，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，綜合各方面因素可知室內(nèi)熱舒適度關(guān)系：食堂＜圖書(shū)館＜一舍＜建筑館。在建筑內(nèi)環(huán)境中，各建筑的熱舒適效果差異不大。第二，建筑外墻體保溫性能受外墻形式影響較大，墻體出檐可以有效降低風(fēng)速，同時(shí)使溫度變化較慢，從而提高墻體保溫效果。第三，綜合室內(nèi)外各測(cè)量點(diǎn)處的3種因素，可知因不同建筑墻體的構(gòu)造形式不同，各建筑的保溫效果如下：食堂＜一舍＜建筑館＜圖書(shū)館。

4 完善寒地綠色建筑外墻保溫節(jié)能技術(shù)的有效措施

4.1 合理采用外墻的內(nèi)外保溫技術(shù)

為有效提升建筑外墻的保溫節(jié)能效果，需要積極優(yōu)化傳統(tǒng)的保溫方式，合理應(yīng)用建筑外墻內(nèi)外保溫與夾芯保溫方式，整體提升墻體的保溫成效。為整體優(yōu)化綠色建筑墻體的保溫節(jié)能效果，在使用外保溫節(jié)能技術(shù)的同時(shí)，還可以適當(dāng)采用外墻內(nèi)保溫節(jié)能技術(shù)[5]。在實(shí)踐過(guò)程中，可以在墻體內(nèi)部填充石膏板等保溫材料，有效防止建筑物內(nèi)部熱量的流失及外部冷空氣的侵襲。

4.2 科學(xué)處理保溫材料接縫

在寒地綠色建筑墻體保溫節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐中，科學(xué)處理接縫是保溫節(jié)能的關(guān)鍵步驟。若運(yùn)用錯(cuò)誤方式進(jìn)行接縫處理或者接縫之間存在較大的裂縫，勢(shì)必會(huì)影響建筑墻體的整體保溫效果。

因此，在綠色建筑外墻保溫節(jié)能技術(shù)改良過(guò)程中，應(yīng)該選擇科學(xué)的接縫處理工藝。寒地綠色建筑在實(shí)踐過(guò)程中的接縫處理方式主要采用企口縫的鋪貼方式。在板塊保溫材料接縫設(shè)置中采取企口縫的形式，可以有效避免保溫材料由于受多種因素的影響而出現(xiàn)熱橋問(wèn)題，從而保證建筑物保溫效果，降低建筑的能源消耗。

4.3 優(yōu)化墻體與窗洞之間的關(guān)系

窗戶是建筑墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，也是建筑保溫節(jié)能設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)。窗戶形式對(duì)保溫節(jié)能效果有著十分顯著的影響。多數(shù)情況下，人們誤認(rèn)為窗洞越大越好，窗洞越大，室內(nèi)的陽(yáng)光照射面積越大，室內(nèi)的陽(yáng)光照射時(shí)長(zhǎng)越長(zhǎng)。很多用戶為了提升建筑的美觀性，將普通窗戶私自改成了落地窗。但事實(shí)上，在窗洞位置以及大小的設(shè)計(jì)過(guò)程中，若缺乏對(duì)建筑物所在區(qū)域陽(yáng)光直射方向的考量，反而會(huì)讓窗口位置成為室內(nèi)熱量流失的主要區(qū)域。實(shí)踐證明，與密封性比較好的墻體相比，即使采用雙層中空玻璃，也會(huì)讓室外的冷空氣進(jìn)入室內(nèi)，導(dǎo)致室內(nèi)熱量流失。

因此，為整體提升建筑物的保溫效果，應(yīng)該科學(xué)設(shè)計(jì)窗洞的位置，按照太陽(yáng)直射的方向優(yōu)選窗洞大小。若陽(yáng)臺(tái)為南向，則可以將南向位置的窗口位置調(diào)低，或者將其改造成為陽(yáng)光房。落地窗在冬季能夠高效利用太陽(yáng)能，保證房間內(nèi)的熱量進(jìn)入。若陽(yáng)臺(tái)為北向，盲目追求“落地窗”等設(shè)計(jì)，會(huì)使室內(nèi)的熱量隨玻璃和窗框的縫隙外流，難以提升建筑物的整體保溫效果。

5 結(jié)語(yǔ)

在全球能源日益嚴(yán)峻的背景下，節(jié)能和環(huán)保是大勢(shì)所趨。隨著技術(shù)的發(fā)展，綠色建筑的出現(xiàn)為建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展指明了方向。建筑外墻作為環(huán)境交互的主要場(chǎng)所，通過(guò)優(yōu)化綠色建筑外墻的保溫節(jié)能技術(shù)，完善技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中的有效措施，可有效提高建筑的生態(tài)效益。