綠色建筑圍護結構節能技術研究

楊 勤 陳云飛

（武漢建工集團股份有限公司，湖北 武漢 430056）

建筑業對能源和資源的需求較大，同時也帶來了日益嚴峻的環境問題，因此，建筑能耗對于實現節能減排目標具有重要意義。根據《2022 中國建筑能耗與碳排放研究報告》中的相關數據[1]，2020 年全國建筑全過程能耗和碳排放總量分別為22.7億tce、50.8億tCO2，占全國能源消費總量和碳排放的比重分別為45.5%、50.9%。以建筑全生命周期來看，節能技術有助于降低建筑能耗、維護成本，能夠在確保建筑預期功能的基礎上實現環保效益，并推動國民經濟可持續發展。

1 綠色建筑節能規劃

綠色建筑節能規劃基本目的在于控制能源消耗。

1.1 建筑布局

（1）改善日照條件

日照條件直接影響著相應的建筑布局，且不同建筑的外觀造型具有一定差異，因此在建筑不同方位上會產生部分陰影，需要基于住宅整體分布來確定建筑實際日照狀態。

（2）改善風環境

我國幅員遼闊，不同地區的風環境差異顯著，所以在建筑節能規劃中應當將風環境納入重點考慮范圍內。以我國北方建筑節能規劃為例，應盡可能減少西北走向，最大化減弱冷空氣影響。

1.2 建筑體型

景觀設計、工藝技術、功能實現等方面的需求都對建筑體型存在顯著影響[2]。從建筑節能規劃方面來看，在相同建筑體積下應盡量保證建筑體積、圍護結構面積接近，以此降低建筑熱能散失。已有研究表明，對于設計高度為18m的住宅，其熱損失來源及比例見圖1。

圖1 建筑熱損失來源及比例

1.3 建筑間距

本文遵循節能原則開展建筑設計，需要充分兼顧建筑間距、日照條件等因素，并以建筑間距為參考確定建筑所受日照。

1.4 建筑朝向

建筑朝向應按照夏天避免直曬、冬天光照充足作為評價標準。

2 綠色建筑圍護結構的節能技術要點分析

2.1 外墻

在建筑圍護結構組成中，外墻面積占比達到了50%以上，因此，針對外墻開展有效保溫處理對于建筑節能具有重大意義。目前，已有部分外墻節能技術發展較為成熟，其主要技術特點如下：

（1）外墻內保溫

由于保溫作業可在同一樓層范圍內進行，無須搭設腳手架等設施，保溫材料可以靈活選擇，如石膏砂漿、紙面石膏板等，適用范圍廣泛，方便根據具體需求來選擇合適的保溫材料。由于保溫材料位于樓板內測，外裝飾面的防水性要求較低，簡化了施工工序，減少了防水層的施工難度。

（2）外墻夾心保溫

相比于在墻內保溫法，外墻夾心保溫可以在保溫層與室外之間形成一層額外的保護，室內熱量難以通過保溫層傳導到室外，從而提高了隔熱性能，保持室內溫度的穩定。通過在外墻表面添加保溫材料，可以有效防止產生開裂、風化等問題，并提高建筑物的保溫性能。中間保溫層常用的保溫材料有巖棉、玻璃棉和聚苯乙烯等，可以根據實際情況選擇合適的原材料[3]。與其他保溫方式相比，外墻夾心保溫的施工要求較低，可以在冬季進行作業，施工過程不需要太高的溫度，給整個施工進程的安排帶來了更大的靈活性。

（3）外墻外保溫

外墻外保溫可以在建筑外墻表面添加保溫層，避免建筑立面因受潮而產生損壞，減少外墻面臨的風化、腐蝕等問題，有效保護主體結構和外觀，從而延長建筑物的使用壽命。同時，外墻外保溫層可以達到較高的隔熱效率，保溫性能優良，有效隔離室內外熱量的交換，使得室內溫度更加穩定，提供舒適的居住環境。由于保溫材料位于建筑外墻表面，不會減少室內使用面積，不影響居住和工作空間，也不會受到室內裝修等活動的影響。外墻外保溫技術更適用于既有建筑的改造，不需要大規模改動室內結構，減少了改造成本和影響。

（4）墻體自保溫

墻體自保溫將圍護結構與保溫材料融合在墻體內部，形成一體化結構，不會出現保溫層與基層之間的脫離問題，墻體自保溫無須額外添加外部保溫層，在設計和施工時，需要充分考慮保溫材料的選用和施工工藝，確保保溫效果的穩定性和持久性。

2.2 屋頂

作為建筑圍護結構關鍵組成內容，屋頂對于建筑能耗起到至關重要的影響。屋頂保溫性能往往主導著建筑節能效率，并同時影響著高層居民的居住體驗。在部分氣候炎熱地區，夏季屋面溫度甚至可以達到60℃~80℃，較建筑低層溫度高約3℃~4℃。屋面節能技術特點為：

（1）正置型屋面

正置型屋面保溫層位于屋面結構的上方，可以根據項目的實際情況，靈活調整保溫層的厚度，這對不同地區的氣候條件和建筑需求很有必要。在寒冷地區，需要更厚的保溫層來提高保溫效果，而在溫暖地區，可以適度減少保溫層厚度。通過調整保溫層厚度可以實現更好的能源效率和舒適性。正置型屋面在施工后仍能保留屋面流水找坡的功能。由于保溫層位于覆蓋材料之下，不會影響屋面結構的坡度設計，屋面依然能夠有效地排水，保持良好的防水性能[4]。

（2）倒置型屋面

倒置型屋面保溫層位于防水層之上，能夠很好地起到保護防水層、解決防潮問題，且對屋面溫度具有一定調節作用。由于找坡層具有較高強度，可以有效避免空鼓開裂現象，且找平層與找坡層間粘結性能較好。

（3）通風屋面

在自然通風環境下，屋面通風效果良好，能夠快速散熱。通風屋面結構簡單，施工便捷，可用于坡屋頂、平屋頂等多種屋面型式。可不設專人管理，屋面荷載幾乎不發生變化。

（4）坡屋面

坡屋面有助于雨水快速排泄，降低屋面滲漏風險，同時起到美化建筑造型和城市景觀的作用。帶閣樓的坡屋頂能夠進一步提升保溫隔熱性能，同時也可用作儲藏空間。

（5）種植屋面

種植屋面能夠吸收、反射部分光輻射，顯著降低屋頂面溫度，綠化設計能夠發揮美化環境的作用，調節氣候、凈化空氣，營造良好的居住環境。屋面土體、植被可以起到隔絕噪聲的作用。

（6）蓄水屋面

水層起到隔熱和隔絕屋面材料、空氣的作用，提升屋面隔熱性能，延緩建材氧化速度，并降低防水層開裂的風險。另外，水中種植制備或養殖水生生物，能夠提升項目經濟效益并改善環境條件。

2.3 樓板

地面傳遞的熱量直接影響著室內溫度，為了確保樓板和地板之間的溫度平衡，譬如可以在室內鋪設木地板，木地板不僅美觀，還具有調節室內溫度的優勢。在炎熱的天氣，木地板有助于保持室內的涼爽；在冬季，木地板又可以保持溫暖，減少冷氣流進入室內。低溫熱水地板采暖技術主要是將塑料管或金屬管嵌入混凝土樓板中，利用鍋爐進行低溫采暖，可以實現整個房間的均勻采暖，創造舒適的室內環境，同時，結合太陽能熱水器，大大降低用戶的經濟負擔，也有益于減少對傳統能源的依賴。

對樓房地板進行規劃時，充分發揮地板的蓄熱功能，以確保室內溫度和樓房地面溫度的平衡性。相變蓄熱地板可以在晚上溫度下降之后將白天存儲的熱量釋放出來，在一定程度上，能夠平衡室內溫度的差異。

2.4 遮陽系統

在實際建筑節能設計中，遮陽系統往往并非單一型式存在，而是多型式并用。充分結合各類型式，使其能夠相互協作、補足，達到全面化遮陽效果[5]。

外遮陽主要是借助外部遮陽構件來遮擋陽光照射，維持室內熱平衡狀態；而內遮陽則需要在室內設置遮陽構件來遮擋陽光照射，但由于在遮擋前陽光已穿透玻璃進入室內空間，在傳輸、反射過程中會產生一定熱能耗，所以內部遮陽效果一般可通過陽光反射率進行體現，且其效率大多低于外遮陽。實踐表明，開窗面積大的位置采用外遮陽具有較好遮陽效果，特別是在夏季及氣候炎熱地區。對于相同外部環境條件，采用內遮陽設計可以降低4℃~5℃室內溫度，節省約30%~40%制冷能耗；采用外遮陽設計則可降低7℃~8℃室內溫度，節省約40%~60%制冷能耗。所以，單考慮節能需求時采用外遮陽具有更好效果，最大空調制冷功率可以下降約17%，制冷能耗最高可下降83%~88%。

內遮陽的主要優勢在于可供選擇的材料類型多，且兼具良好裝飾性，此外，還具有施工便捷、維護簡單等優勢，因此在實際工程中的應用較為廣泛。由于內遮陽有助于增加內部空間私密性，因此無法完全被外遮陽替代。在具體建筑遮陽設計中，應考慮到遮陽效率、經濟性、施工便利性等多因素，充分結合外遮陽、內遮陽型式，在滿足預期遮陽節能要求的基礎上，改善使用體驗及多維功能性。不同遮陽方式下的設施類別及其遮陽系數見表1。

表1 不同遮陽方式對比

3 實例分析

3.1 工程概況

某大型公共建筑，為A 類框架結構，建筑總面積25599m2，占地總面積是16223m2，其中地下占地面積是4914m2，地上占地面積是20685m2。環境綠化率達到33.6%，建筑密度是19.4%，容積率是1.33，建筑層高為8層，總高度約為28.5m。

3.2 圍護結構節能計算分析

該建筑圍護結構外墻材料采用240mm 厚空心磚，屋面采用正置式卷材防水保溫平屋面和坡屋面，外窗采用斷熱鋁合金單框中空玻璃窗。選取外墻傳熱系數、窗戶傳熱系數、樓板傳熱系數和屋頂傳熱系數為影響因素，計算結果見表2。

表2 圍護結構節能計算

由表2 可知，該建筑圍護結構中，外墻和窗戶對建筑能耗的影響最大。

4 結語

本文基于綠色建筑發展需求，分別結合布局、體型、間距等影響因素探究了建筑節能的主要維度，并進一步對外墻、屋面、樓板/遮陽系統的各類節能技術展開對比分析。各類節能技術具有不同的技術特點、適用范圍，需要密切聯系項目需求、條件做出篩選及組合，確保建筑功能性、經濟性都能夠達到預期要求。