建筑围护结构的节能设计

建筑围护结构的节能设计

摘要:建筑外围护结构的能耗占建筑总能耗的比例很大,如果能将外围护结构所耗能量降低,则对建筑节能有很大帮助。因此,对建筑外围护结构的研究与材料的创新是很有必要的。

关键词:外围护结构;U值;保温;节能

1建筑围护结构发展概况

建筑围护结构就像人类的衣服一样,保护着它们不受极端温度和气候变化的影响。它起的作用越大,采暖或空调的能耗就越小。因此技术手段和构造方法必须在每一个细节上都与功能和气候所决定的要求相协调。

建筑的采暖要求很大程度上取决于建筑围护结构的热量损失,建筑构件的热量传递损失是和它的面积和导热能力相对应的。首先要把建筑变得更加紧凑,其次是要采取优质均匀的材料。对于那些面积比较大的元素来说,保温性能的好坏显得尤为重要。

建筑围护结构通常包括透明和不透明两个部分。由于玻璃的U值(室内外温差时热传递的参数,用于描述通过物体时的热损失,它表示室内外温差相差每1华氏度,每1个小时每平方英寸玻璃通过的热量)比较高,所以它的热损失要比其它不透明的建筑围护结构大得多。窗户必须满足自然通风和采光与外界的视觉联系和建筑表现等一系列功能要求。同时,这些围护结构如果是经过正确的规划和设计的话,还可以作为被动式利用太阳能的基础。

对于玻璃区的构造来说,窗框和玻璃的质量有着至关重要的意义。近年来,玻璃工业有了

很大的进步。三层中空玻璃和特殊的表面处理可能实现很低的U值。这种玻璃的造价只比传统的隔热玻璃贵了不到25%,而且随着它们的大规模推广,价格还会大幅下降。即使对于传统的隔热玻璃来说,窗框的隔热性也比玻璃要差得多。因此在采用三层中空玻璃时,必须对窗框的隔热性有相应的提高,有保温层的窗框应运而生。这些窗框要昂贵得多。而且,由于三层中空玻璃的厚度比较大,所以就要求窗框的截面也比以前更宽,这对设计和美观来说是一个美中不足的地方。在这种情况下,大型整体窗户可以降低窗框的用量,固定扇和开启扇开启的合理划分也可以减少厚窗框的用量。几乎没有可开启扇的梁柱式里面与三层中空玻璃的结合会更加经济,受力面也会少得多。

对于提高窗户标准来说,与立面其他部分结合时,避免热桥的产生和保证气密性是非常重要的,建筑维护结构上的渗漏电往往出现在这些地方。

不透明的墙体必须同时满足各种不同的要求,例如,用同一种材料,既要满足保温的要求,又要满足热量储存的要求,这样就会导致两种效果都不是很理想。在这种情况下,正确的方法是采用不同特征的裁量和设计相结合的办法在外墙上添加轻质保温材料,可以提高墙体的U值。这个设计取决于室内建筑围护结构的蓄热能力对温度波动的补充。多个层次的外墙设计为把具有蓄热功能的实体构件放在内侧提供了条件,而保温层则设置在外侧。整个建筑外围护结构外表面均匀的保温层有利于避免在外墙上出现保温的薄弱环节。在建筑节能中,需要对建筑围护结构之间的连接点予以高度的重视,尤其是要避免热桥的产生。

保温材料的发展趋势主要集中在针对性的应用,而不是要实现单个产品或系统的普遍适用。采用高效保温材料后,墙厚得以减薄。但如果采用内保温,主墙体越薄,保温层越厚,热桥的问题就越趋于严重。在寒冷的冬天,热桥不仅会造成额外的热损失,还可能使外墙内表面潮湿、结露,甚至发霉和淌水,而外保温则不存在这种问题。由于外保温避免了热桥,在采用同样厚度的保温材料条件下,外保温要比内保温的热损失减少约20%,从而节约了热能。

2建筑外墙保温效果分析

对外墙进行保温,无论是外保温、内保温还是夹心保温,都能够使冷天外墙内表面温度提高,使室内气候环境有所改善。然而,采用外保温则效果更良好,其原因主要表现于以下几个方面。 ①外保温可以避免产生热桥。在采用同样厚度的保温材料条件下,外保温要比内保温的热损失减少约1/5,从而节约了能耗。 ②在进行外保温后,由于内部的实体墙热容量大,室内能蓄存更多的热量,使诸如太阳辐射或间歇采暖造成的室内温度变化缓慢,室内温度较为稳定,生活较为舒适;也使太阳辐射热、人体散热、家用电器及炊事散热等因素产生的“自由热”得到较好的利用,有利于节能,而在夏季,外保温层能减少太阳辐射热的进入和室内高气温的综合影响,使外墙内表面温度和室内空气温度得以降低。可见外墙外保温有利于使建筑冬暖夏凉。 ③室内居民实际感受到的温度,既有室内温度又有围护结构内表面温度的影响,这就证明,通过外保温提高外墙内变面温度即使室内的空气温度有所降低,也能得到舒适的热环境,在加强外保温,保持室内热环境质量的前提下,适当降低室温,可以降低釆暖负荷,节约能源。④由于采用了外保温的结果,内部的砖墙或混凝土墙受到保护,室外气候不断变化引起墙体内部较大的温度变化发生在外保温层内,使内部的主体墙冬季温度提高,湿度降低,温度变化较为平缓,热应力减少,因而主体墙产生裂缝、变形、破损的危险大为减轻,使用寿命得以延长。

3节能建筑外墙外保温系统的分类 ①EPS板薄抹面外保温系统。以EPS板为保温材料,玻纤网增强聚合物砂浆抹面层为保护层,采用粘结方式固定,抹面层厚度小于6 mm的外墙外保温系统。②胶粉EPS颗粒保温浆料外保温系统。以矿物胶凝材料和EPS颗粒组成的保温浆料为保温材料并以现场抹灰方式固定在基层上,以抗裂砂浆玻纤网增强抹面层和饰面层为保护层的外墙外保温系统,在此基础上又开发了适合于粘贴面砖饰面层的外墙外保温系统。③现浇混凝土复合无网EPS板外保温系统。用于现浇混凝土剪力墙体系。以EPS板为保温材料,以玻纤网增强抹面层和饰面涂层为保护层,在现场浇筑混凝土时将EPS板置于

外模板内侧,保温材料与混凝土基层一次浇筑成型的外墙外保温系统。④现浇混凝土复合EPS钢丝网架板外保温系统。用于现浇混凝土剪力墙体系,以EPS单面钢丝网架板为保温材料,在现场浇筑混凝土时将EPS单面钢丝网架板置于外模板内侧,保温材料与混凝土基层一次浇筑成型,钢丝网架板表面抹水泥抗裂砂浆并可粘贴面砖材料的外墙外保温系统。⑤硬泡聚氨酯外保温系统。用聚氨酯发泡工艺将聚氨酯保温材料喷涂于基层墙体上,聚氨酯保温材料面层用轻质找平材料进行找平,饰面层可采用涂料或面砖等进行装饰,该工艺保温效果好,可达到国家第三步节能目标,而且施工速度快,能明显缩短工期。⑥保温砌块和预制保温板外保温系统。用轻质砂浆预制成保温砌块或工厂预制的保温挂板与墙体复合形成保温系统,施工速度快,能明显缩短工期。 ⑦XPS板外保温系统。用XPS板代替EPS板形成的保温系统,导热系数低、保温性能好,但XPS板表面的粘结性以及透气性仍需进一步研究。

具有良好保温性能的建筑围护结构和紧凑的建筑形式可以减少建筑的能量消耗。太阳能可以满足剩下的能量要求中的绝大部分。但是,在晴天,尤其是春秋季,收集来的太阳能往往得不到充分的利用。过热的情况常常会出现,剩余的热量必须通过通风或者阻止太阳入射来解决。内部储存能量的蓄热性能越强,热量的损失就越小。热量储存能量还可以对夏天和冬天房间内的温度变化进行调节。这也是最容易造成过热,尤其是加大室内热负荷的原因所在。热量储存体量和夜间通风的结合还能起到“冷储存”的作用。在建筑节能中,要是能做好这些细节的处理,则可以事半功倍。

参考文献:

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[2] 徐占发.建筑节能技术实用手册[M].北京:机械工业出版社, 2005.

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