浅谈建筑围护结构节能

XXX

四川建筑职业技术学院土木系建筑工程技术 建工XXX班 XXXXXXX

【摘要】： 本文笔者从建筑维护结构的概念、我国建筑节能能耗的现状、建筑围护结构节能技术以及未来发展进行了阐述，探讨了我国建筑围护结构节能技术的发展与问题。

【关键词】：概念及功能；现状；技术；发展

[Abstract]: in this paper the author from the building maintenance structure concept, China's building energy consumption situation, building envelope energy-saving technology and future development were described, discussed the development and problems of the enclosure structure energy saving technology in Chinese architecture.

[keyword]: the concept and function; technology; development status

序 言

2009年12月,全球有史以来最大规模和最高规格的环境会议----哥本哈根大会，将全球气候变暖这个世界性的问题摆在世人面前。哥本哈根会议成为一个启蒙会议，是“低碳生活”、“低碳经济”、“低碳社区”等词汇逐渐为社会熟知。建筑节能减排备受关注。有资料显示：若未来10年中国能效曲线达到全球目前平均水平，中国单位GDP能耗的下降空间高达50%,其中30%将来自于节能。传统行业的节能中建筑节能为主要的节能途径之一。

我国的建筑节能起步落后于发达国家，但并不妨碍我们将技术目标瞄准世界前沿，同时，我国特有的广袤地域，不同的气候条件又为建筑节能提供了广阔的实战领域，因此，随着新产品、新材料、新技术、新工艺的不断涌现，一方面关注设计、应用等实际环节的有效性，另一方面要不断调整和整理我们的认识，接受新思维、新意识、新观念，结合我国现在的建筑节能现状和节能实践，毫无疑问，建筑节能特别是建筑围护结构节能在其中扮演着很重要的角色。 

一、建筑维护结构的概念及功能

1、围护结构概念

建筑围护结构是指建筑物及房间各面的围护物，分为不透光和透光两种类型。不透光围护结构有墙、屋面、地板、顶棚等；透光围护结构有侧窗、天窗、阳台门、玻璃幕墙等。按位置是否与室外空气直接及在建筑物中的位置，又分为外围护结构内围护结构。在不需要特别的指明下，围护结构通常是指外围护结构，包括外墙、屋面、窗户、阳台、外门及不采暖楼梯间的隔墙和户门等。

建筑围护结构的耗热量要占建筑采暖空调能耗的1/3以上，其中墙体所占比重最大，约占通过建筑围护结构传热耗热量的75%～80%。因此，墙体是建筑围护结构中传热面积最大的一部分，它对整个建筑能耗有决定性的影响作用。

2、围护结构的具体功能

1)保温

在寒冷地区,保温对房屋的使用质量和能源消耗关系密切。围护结构在冬季应具有保持室内热量，减少热损失的能力。其保温性能用热阻和热稳定性来衡量。保温措施有：增加墙厚；利用保温性能好的材料；设置封闭的空气间层等。

2)隔热

围护结构在夏季应具有抵抗室外热作用的能力。在太阳辐射热和室外高温作用下，围护结构内表面如能保持适应生活需要的温度,则表明隔热性能良好;反之，则表明隔热性能不良。提高围护结构隔热性能的措施有：设隔热层，加大热阻；采用通风夹层构造；外表面采用对太阳辐射热反射率高的材料等。

3)隔声

围护结构对空气声和撞击声的隔绝能力。墙和门窗等构件以隔绝空气声为主；楼板以隔绝撞击声为主（见建筑物隔声）。

4)防水防潮

对于处在不同部位的构件，在防水防潮性能上有不同的要求。屋顶应具有可靠的防水性能，即屋面材料的吸水性要小而抗渗性要高。外墙应具有防潮性能，潮湿的墙体会恶化室内条件，降低保温性能和损坏建筑材料。外墙受潮的原因有：①雨水通过毛细管作用或风压作用向墙内渗透；②地下毛细水或地下潮气上升到墙体内；③墙内水蒸气在冬季形成的凝结水等。为避免墙身受潮，应采用密实的材料作外饰面；设置墙基防潮层以及在适当部位设隔汽层。

5)耐火

围护结构要有抵抗火灾的能力，常以构件的燃烧性能和耐火极限来衡量。构件按燃烧性能可分为燃烧体、难燃烧体、非燃烧体。构件材料经过处理可改变燃烧性能,例如木构件为燃烧体,如果在外表设保护层可成为难燃烧体。构件的耐火极限，取决于材料种类、截面尺寸和保护层厚度等，以小时计，在建筑防火规范中有详细规定（见建筑防火）。

6)耐久

围护结构在长期使用和正常维修条件下，仍能保持所要求的使用质量的性能。影响围护结构耐久性的因素有：冻融作用、盐类结晶作用、雨水冲淋和受潮、老化、大气污染、化学腐蚀、生物侵袭、磨损和撞击等。不同材料的围护结构受这些因素影响的程度是不同的。例如粘土砖墙耐久性容易受到冻融作用、环境湿度变化、盐类结晶作用、酸碱腐蚀等的影响；混凝土或钢筋混凝土类围护结构则有较强的抵抗不利影响的能力。为了提高耐久性，对于木围护结构，主要应防止干湿交替和生物侵袭；对于钢板或铝合金板，主要应作表面保护和合理的构造处理，防止化学腐蚀；对于沥青、橡胶、塑料等有机材料制作的外围护结构，在阳光、风雨、冷热、氧气等的长期作用下会老化变质，可设置保护层。

二、我国建筑维护结构能耗的现状

1、建筑能耗包括建筑全生命周期内发生的建造能耗和使用能耗两个方面，占能源消耗的很大份额，而在建筑中建筑围护结构的能量损耗又是最大的。我国建筑围护结构与发达国家相比，有很大的差距。与气候相近的发达国家相比，我国建筑围护结构的保温隔热性能差距很大，其中外墙差4～5倍，屋面差2.5～5.5倍，外窗差1.5～2.2倍，门窗的空气渗透量差3～6倍，总能耗是发达国家的3～4倍。因此，建筑围护结构在建筑节能中起着重要的作用。

2、由于我国地域辽阔，各地的自然气候条件、经济发展水平有很大差异，因此在建筑节能方面的发展也很不平衡。这种状况在今后的发展中仍然会长期存在。我们一方面要引进先进国家成熟的技术和产品，另一方面要坚持走自己的技术发展之路，研究适合我国国情的建筑围护结构节能技术和产品。我们今后的发展重点主要在一下几个方面：

1）北方地区进一步开发和完善提高围护结构保温性能的技术和产品，使之接近和达到欧洲先进国家的发展水平。

2)中部和南方地区研究和开发兼顾保温和隔热的技术和产品，这是中国建筑节能技术的特点。

3）鉴于透明围护结构的大规模应用，注重研究和开发高性能的玻璃幕墙、窗户及遮阳技术和产品。

4)通风对减低建筑能耗，改善室内环境作用明显，注重研究各种主动和被动的通风方式，开发相应的技术和产品。

3、此外要密切关注建筑用光伏技术的发展和应用。光电模块技术的使用并不是新技术，在20世纪90年代初，德国就已经采用了这项技术，并应用到实际项目中。但是这一技术一直没有被成功突破，一个原因是光电模块比较昂贵，分期贷款的偿还期较长，所以，只有少数客户愿意在此技术上投资。如今，市场需求日益增加，越来越多的光电模块将被整合进建筑物的外表，最终这种高技术产品将普及在众多建筑物的外围护结构上，成为建筑节能中的重要内容。

三、建筑围护结构的节能技术

建筑围护结构的节能技术，存在着功能和节能之间的矛盾，良好的透光性能使建筑可以获得更好的视野，但同时可能造成冬季隔热时的困难和夏季室温的升高，而良好的通风性能同样可能造成节能困难。建筑围护结构的节能主要包括从建筑形体的设计，建筑墙体、门窗和屋面的设计和施工来完成。

    1 、建筑形体与节能

　　建筑形体的设计，更多属于建筑学范畴。长期以来，建筑师多对建筑外观及使用功能进行精心设计，而从建筑节能角度进行的综合设计只能说是初步的。建筑形体的变化会改变建筑物与环境的热交换。相对来说，塔式建筑比板式建筑与环境进行更多的热交换，在其他条件相同的情况下一般高出10%以上，复杂的体形和较大的表面积带来更多的热交换。建筑物的体形系数(shape coefficient of building) 反映建筑物外表面与体积的比例关系，建筑体形系数每增大1%，能耗指标大约增加2.5%左右，对建筑物节能效果影响很大。

　　建筑物体形系数的减少，将建筑师的设计空间。因此，建筑物的体形系数应该在建筑造型和节能需求之间综合平衡，一般应该控制在0.3以下。建筑物体形系数的控制，主要通过减少建筑面宽，加大建筑幢深，增加建筑层数，增加建筑组合以及减少建筑外形的过多变化来实现。

    2 、建筑墙体与节能技术

　　建筑墙体的隔热保温技术，大体分为墙体自身隔热保温和通过复合材料进行隔热保温两种类型。

　　墙体自保温技术通过墙体主体结构材料如加气混凝土墙体、黏土(空心) 砖墙体、砌体砌块墙体、钢筋混凝土墙体等的隔热保温功能实现。为了增加墙体隔热保温性能，通常通过隔热材料与墙体主体材料的复合构成复合墙体实现隔热保温功能。复合节能墙体由于采用了高效的绝热材料，增加了施工难度和成本，但可以实现较好的热工性能。

　　复合墙体保温隔热技术大多采用外保温技术或内保温技术，其他如中间保温技术应用相对较少。复合墙体所应用的绝热材料，主要是聚苯乙烯塑料、岩棉、玻璃棉、矿棉、膨胀珍珠岩和加气混凝土等。

　　⑴ 墙体外保温技术

　　墙体外保温技术指绝热材料复合在建筑物外墙外侧的隔热保温技术。一般采用导热系数小于0.05W/(m·K)的高效保温隔热材料。

　　墙体外保温技术有以下特点:①对消除冷热桥效果相对较好；②外保温层受建筑使用造成保温层破坏的危险相对较小；③减少墙体本身温度变化，环境温度的变化对建筑温度综合影响较小；④外保温技术与内保温技术相比，施工难度相对加大。

　　⑵ 墙体内保温技术

　　墙体内保温技术绝热材料复合在建筑物外墙内侧，墙体内保温技术需要在高效的保温隔热材料表面应用如石膏板等保护层覆面。

　　墙体内保温技术有以下特点:①施工方便，室内连续作业，室外气候对质量的影响较小，效率较高，但室内结构吊挂的安全要求更高;②室内供热效果较好，避免热量冷量为外墙所吸收，但减少外墙冷热积蓄使室内温度随冷热量的供应变化而产生较大变化；③外墙本身温度变化较大，增加传热系数，而且容易产生冷桥热桥，形成结露；④占据一定的室内空间，既有建筑节能改造施工也会影响建筑物正常使用。

　  3 、建筑门窗与节能技术

　　在建筑物墙体、屋面、门窗和地面4大围护结构部件中，门窗因其通风采光等的功能要求，隔热保温性能相对较差，对室内热环境的影响也最敏感，是建筑节能需要考虑的重要因素。门窗的节能措施主要通过减少窗墙面积比，增加门窗气密性和提高施工质量解决。

　　节能标准对建筑的窗墙面积比作了具体规定，如表1所示。

                           节能标准对窗墙面积比的规定

　　建筑节能窗户的使用，对建筑节能效果增加较大，可以节省采暖费用，其经济性能较好。

　　4、建筑屋面与节能技术

　　建筑屋面保温大多数属外保温屋面，有混凝土保温屋面、乳化沥青珍珠岩保温屋面、憎水型珍珠岩保温屋面、聚苯板保温屋面、岩棉保温屋面、玻璃棉板保温屋面、浮石砂保温屋面、彩色钢板聚苯乙烯泡沫夹芯保温屋面、彩色钢板聚氨酯硬光夹芯保温屋面等。

　　实体材料层的保温隔热屋面，需要考虑屋面保温层的负荷，不宜选择密度过大的材料。

　　倒置式屋面是将保温层设于防水层之上的保温方法，与传统屋面构造中保温层与防水层位置相反。由于屋面蓄能量较小，室内的热交换相对较小，是一种较好的节能屋面形式。

　　通风屋面是建筑屋面节能的另外一种屋面节能方式，在我国夏热冬冷地区和夏热冬暖地区被广泛采用。这是一种将屋面实体结构变为带有空气间隔层的结构形式，通风屋面内表面温度变化比一般实体屋面延滞3～4h，具有通风好，散热快的特点。

　　种植屋面利用屋顶种植花草形成屋顶花园，具有较好节能和生态效果。分为覆土种植和无土种植两类，由于花草本身的光合作用、蒸腾作用和植物本身的呼吸作用，产生很强的热吸收效果，温度的调节能力优于通风屋顶。

　　蓄水屋面是在屋面上贮存水层进行屋面隔热的一种节能技术，水在蒸发时吸收大量热量，阻断夏季屋面热量的传导，起到隔热效果。蓄水屋顶的屋面水层增加的屋面负荷量，是在设计中需要考虑的因素。

四、我国建筑围护结构节能技术发展

　　我国建筑节能工作近30年来取得了巨大的发展，先后发布实施了《民用建筑热工设计规范》GB50176-93、《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》JGJ26-95、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134-2001、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ75-2003、《公共建筑节能设计标准》GB501-2005、《既有采暖居住建筑节能改造技术规程》JGJ129-2000、《建筑节能工程施工质量验收规范》GB50411-2007 以及《外墙外保温工程技术规程》JGJ144-2004 等系列标准。近年来，我国对建筑节能工作犹为重视，建筑节能技术发展迅速，国外先进的建筑节能技术也纷纷传入中国并开始积极应用建筑围护结构节能技术已经逐步形成体系。近年来，在国家建筑节能技术和节能标准的推动下，建筑围护结构节能技术取得了令人瞩目的成绩，但与国外发达国家的差距依然巨大，我国建筑围护结构的实践也反映出许多问题，主要表现在以下几方面。

　  1、我国对建筑节能体系的研究和实践仍显不足，标准体系尚缺乏系统性，标准规范体系还不配套;建筑设计规划中对建筑整体节能的整合能力较差，设计能力良莠不齐，建筑节能总体设计采用面不足，也没有形成专业化建筑节能相关的施工能力;建筑节能效果的检测验收方法仍未形成系统等。

　　2、 建筑围护结构保温材料品种不多，产量和质量均不能满足当前建筑节能急剧发展的要求。大多数建筑节能产品和材料供应商也没有形成规模，技术含量相对较低，质量不稳定，配套能力差。

　　3 、自主创新能力薄弱，研发的建筑节能新技术、新材料、新产品较少，进入市场也相对滞后。目前在我国建筑节能中大量应用了国外材料和国外的建筑节能技术。

　　4 、建筑节能的设计方法和技术措施的应用，尚缺乏系统评价，应该从建筑生命周期的技术性能，经济性能，环境性能进行系统分析。

五、总结

环境保护是21世纪永恒的主题，积极推进建筑节能，有利于改善人民的生活和工作环境质量，保证国民经济持续稳定的发展。为实现我国建筑节能的目标，要从建筑节能技术应用和节能技术保障两方面推进建筑节能工作的展开。建筑围护结构是建筑结构中能源消耗的主要部分，应加强建筑围护结构的建筑节能技术研究，在选择建筑节能技术时应结合我国社会经济发展和环境保护的需要，结合工程项目的资源、环境和人力条件，针对结构的不同特点和节能要求，选择合理、实用、经济的节能技术。

参考文献：

[1]  中国建筑协会建筑节能专业委员会.建筑节能技术[M].北京：中国计划出版社，1996.

[2]  班广生.建筑围护结构节能设计与实践[M].北京：中国建筑工业出版社,2010.

[3]  王比君，王寿华.节能门窗的设计与施工.建筑技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[4]  徐峰，周爱东，刘兰.建筑围护结构保温隔热应用技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[5]  朱德宣.节能建筑技术与设计[M].上海：同济大学出版社，2003.