建筑围护结构与节能

作者简介:刘　程(1968-),男,安徽合肥人,中冶长天

国际工程有限责任公司工程师,大学专科,主要从事建筑设计工作。

文章编号:1671-76(2004)04-0004-03

建筑围护结构与节能

刘　程

(中冶长天国际工程有限责任公司土建分院,湖南长沙410007)

　　摘　要:针对我国夏热冬冷地区的建筑气候特点,对建筑围护结构节能在设计中的要点和意义进行了讨论。

关键词:建筑节能;节能措施;隔热保温

中图分类号:TU 11114+1　　　　文献标识码:A

Building enclosure and energy conservation

L IU Cheng

Abstract :In view of the building climate features of the area which has hot summer and cold winter ,the main points and significance for design of building en 2closure and energy saving are discussed in this paper 1

K ey w ords :building energy conservation ;energy -saving measures ;heat in 2

sulation and preservation

1　节能的意义和紧迫性

早在十多年前第三次浪潮就提出:信息、生命科学、能源是影响二十一世纪生活的三大命题。如今信息早已融入我们日常的生活,生命科学也随着人类基因代码的破译进入了一个新时代,但新能源的开发,能源的发展滞后于社会经济的发展,而且现有能源的利用又是有限的。世界的能源危机提醒人们:节约能源是能源利用的一个重要方面,而且是容易做到的,不产生污染的绿色途径。建筑用能所占的比重很大,建筑用能效率的提高对每个国家的经济发展都具有重要的意义,我国是一个发展中国家,能源供应十分紧张,就我国的人口、

地理情况而言,建筑节能的推广应用就显得更为重要和紧迫。我国建筑采暖用能主要是依靠燃煤,对大气环境污染严重。因此,节约采暖能耗对改善大气环境是一个非常有效的措施。

2　节能的目标

我国人口众多,房屋建筑规模巨大,尤其是居住建筑居多,随着我国经济的高速发展,人民生活水平的提高,舒适的建筑热环境日益成为人们生活的需要,特别如过去夏热冬冷地区(长江中下游及周边地区),居民生活越改善,越不堪忍受寒冬暑夏的折磨。而该地区的传统建筑保温隔热和气密性很差,采暖系统落后,门窗及空气渗透损失的热量占全部热损失的一半以上,外墙保温差,散热量超过总散热量的1/3,造成宝贵能源巨大流失与人们日益迫切需要的一大矛盾。早先这一地区建筑设计主要以热工规范为设计依据,对如今居民的要求和国家所提倡的节能目标有差距。节能标准和热工规

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工程设计与建设

E ngineering design and construction

第36卷　第4期2004年7月

3　节能措施

针对夏热冬冷地区通常就建筑物设计而言,主要从以下方面节能:

(1)从规划设计方面考虑。首先,建筑物的基地应选择在向阳、避风的地段上,合理布置建筑朝向,争取更多的太阳辐射;多层住宅东西向的比南北向的,其耗能指标约增加515%;其次,建筑布局上采用单元组团式布局,建立气候防护单元,形成较封闭的、完整的庭院空间;另外,适当的建筑间距对建筑物日照时间和日照质量颇为重要。再者,利用设置防风墙、板、防风林带之类的挡风设施对建筑避风也很有效果。

(2)就单体建筑而言在建筑物各部分维护结构传热系数和窗墙面积比不变条件下,耗热量指标与建筑物体形系数呈直线上升。低层和少单元住宅对节能不利。一般条式建筑物的体形系数不应超过0135,点式建筑物的体形系数不应超过0140。建筑围护结构的散热是建筑耗能的主要部位,加强围护结构的保温隔热性能,提高门窗的气密性,减少门窗的空气渗透量是建筑节能设计的重点。建筑物的围护结构包括:门窗、外墙、屋顶、地面,室内热量就是通过这些部位和不采暖楼梯间散发到室外,各部位的散热量分别是:外墙25%～28%,门窗散热25%～28%,门窗渗透23%～25%,屋顶8%～10%,楼梯门隔墙10%,地面3%。

综上所述,为有利于节能和改善热环境,同时节约造价,在设计中应尽量避免建造单元少,特别是点式平面的低层住宅;注意门窗的密闭性、控制窗墙面积比,高层宜设带封闭式楼梯间的板式住宅,不宜建凹凸面过多,体形复杂的塔式住宅。就控制围护结构的保温隔热性能,目前在建筑设计中各部位维护结构的常用节能材料非常多,具体运用如下:

311　墙体节能

31111　单一材料外墙

(1)加气砼外墙。主要用于框架结构的填充墙,双面抹灰200mm厚,加气砼外墙的传热系数k=1102W/(m2・K),一般用作外墙的加气砼厚度常为250mm。

(2)空心砌块外墙。240mm厚双面抹灰的空心砌块外墙,k=1132W/(m2・K),可配合单框双玻的塑料窗户来达到节能要求。

(3)粘土空心砖。240mm厚粘土空心砖内抹30mm厚石膏保温砂浆,k=1112W/(m2・K)。

31112　合外墙

(1)内保温复合外墙。将保温材料放在外墙内侧,主要有板材类和砂浆类。按目前节能50%的要求,内保温是较好的选择。其优点是施工方便、价格便宜;缺点是保温层易受潮、影响房间的内部装修、减少室内使用面积、室内热稳定性差。常用的保温板有聚苯板、GRC 板、岩棉板、加气砼板,做法通常为:结构层+20mm厚空气层+保温板+饰面层(石膏板或饰面石膏),这种结构的k<110,符合节能要求。

保温砂浆类型主要有四种:

①水泥膨胀珍珠岩保温砂浆:传热系数较大,但便宜;

②石膏膨胀珍珠岩保温砂浆:石膏和膨胀珍珠岩为1∶3,抹灰层厚度一般为30mm,价

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2004年7月刘　程　建筑围护结构与节能格适中,施工中常用。240mm厚实心粘土砖内抹30mm厚保温砂浆,k约为1133W/(m2・K),配合单框双玻塑料窗可满足节能要求;

③稀土复合保温砂浆:应防止其放射性对人体的危害;

④硅酸铝复合保温砂浆:抹灰厚度一般为20mm,但价格稍贵。

(2)外保温复合外墙。在主体结构外侧粘贴保温层,再做饰面层。这种外墙保温方式将是今后建筑节能的发展方向,优点是:对主体结构有保护作用;避免水蒸汽在墙体内凝结;防止热桥产生;便于旧建筑加强保温,不影响内部活动;室内装修方便。缺点是:造价高;施工难度大;对材料要求严。

常用做法有:

①纤维增强聚苯板外保温复合外墙。在外墙上粘贴聚苯板,再粘一层玻璃丝网布,外抹聚合物砂浆两遍。为防止外墙产生裂缝,聚苯板应为挤压型,有自熄性,收缩变形小,板厚均匀,规格方正;网布的网孔尽量大,抗伸长性强,并进行抗碱处理。一般240mm厚砖墙+30mm厚聚苯板复合外墙,k=0198 W/(m2・K);

②泰柏板。240mm厚砖墙+泰柏板外保温复合外墙,k=0168W/(m2・K),保温性能比较好,但价格稍高;

③舒乐舍板外保温复合外墙。做法同泰柏板,性能略低于泰柏板;

④加气砼外保温复合外墙。240mm厚砖墙+100mm厚加气砼,k为0197～1114之间,满足节能规范要求;

⑤水泥聚苯板外保温复合外墙。这种构造在工程中采用较多,240mm砖墙+60mm厚水泥聚苯板的k=0181W/(m2・K),效果较好。

312　门窗节能

(1)控制不同朝向的窗墙面积比,北向窗小于或等于0125,东西向小于或等于013,南向小于或等于0135。

(2)减少渗透量。门窗密封是经济效益最好的节能措施,可节能15%以上,措施是:提高窗户的制作安装精度;设置密封条或密封膏。

(3)减少窗框的传热量。选用导热系数小的窗框材料,如塑料的导热系数比钢铝要小得多,采用双层窗或单框双玻窗,提高玻璃的保温性能,空气间层的厚度为6～20mm。

(4)户门一般采用金属门板和15mm厚玻璃棉板或18mm厚岩棉板,k≤27W/(m2・K),要有防盗、保温、隔声功能。

(5)阳台门上部透明部分采用单玻或双玻, k≤417W/(m2・K);下部的芯板采用聚苯板加芯型代替钢质门心板,k≤1172W/(m2・K)。313　屋面节能

(1)高效保温材料─聚苯板保温屋面。聚苯板厚度M≥60mm,k≤0172W/(m2・K),造价为38～44元/m。

(2)架空型岩棉板保温屋面。岩棉板厚度M≥45mm,总厚度及重量较大,k=0165左右,效果较好。

(3)保温找坡结合型保温屋面。将找坡层加厚,起到一定的保温效果,常用的有树脂珍珠岩块(最薄处S≥80mm),水泥膨胀珍珠岩块(最薄处S=260mm)。

(4)倒置式层面。将保温层放在防水层上,此时保温层应为防水型,一般聚苯板的k≈017 W/(m2・K)时,节能效果较好。这种形式将是今后的发展方向。

314　地面节能

因地面散热约占总散热量的3%,地面节能比较简单,一般用60mm厚1∶8水泥膨胀珍珠岩或30mm厚聚苯板作保温层。需要注意的是带有过街楼的建筑物,过街楼地面应按节能屋面考虑,侧墙应按外墙保温来考虑。

以上的材料选择运用是简单的、局部的,随着国家、的重视,经济的发展,新材料、新工艺不断涌现,为工程设计,施工提供给更多选择,同时各专业工程人员大家共同努力,是完全能够满足现行标准的。

(下转第10页)适,同时又节能环保的教学用房。

另外,在教学建筑设计中也渐趋于应用精确性和科学化的设计方法,从而达到可预期性和实用性的结果。精确设计方法的重点在于设计的合理性和科学性,并贯穿于整个设计过程中,所有重要的建筑定位和功能构成,都经过实地调查和研究,反复比较、论证,用数据和指标来支持某个判断和创意,而不是个人的感觉。“技术学院”在项目开始设计之前,针对该建筑的功能要求和用地现状,首先进行建筑容量和交通容量的计量,从而确定建筑规模、功能组成及交通流线的组织。此后,通过对现有校内教学建筑使用效果和设计数据对比分析,确定建筑各个功能分区的合理比例和内容,其后,才开始建筑方案的构思和设计。例

如“技术学院”综合楼的立面设计(图4)就是结合学校人文气息、周围环境、基地地形,经过反复推敲、比较而确定的。由于基地呈长“L”形,主立面设计不适合于采用对称形式,为此,我们顺应地形运用多体量组合,利用弧形墙体来整合,一气呵成,颇有气势。实体弧墙、斜墙和幕墙相结合,虚实对比强烈,并且在视觉上形成动态平衡,隐喻了湖南交通技术学院继往开来,永攀高峰的精神气质和学术风范,深受师生好评。

综上所述,高校教学建筑是随教育的发展而发展,随建筑的进步而进步,任何一种建筑形式只要它跟上了时代的脉搏,就能取得好的效果,从这栋综合楼的设计实例就能深深体会到这一点。□

(上接第3页)

设时期,土建工程特别是重大基础设施工程出现事故所造成的风险损失后果将愈益严重。因此,我们设计的建筑物须在今后几十年、上百年的生产和生活中满足发展的需要,建造的工程应该具有更大的安全储备,能够提供更长的使用年限,可以承受更大的灾害风险。要达到这一点一定要转变结构设计思路,把精力集中到方案设计、概念设计上来。□

参考文献:

[1]　陈肇元1土建结构工程的安全性与耐久性[M]1北京:

中国建筑工业出版社,20031

[2]　结构概念和体系(第二版)[Z]1北京:中国建筑工业出版

社,19991

[3]　张元坤,李盛勇1建筑结构设计实用指南[M]1北京:中

国建筑工业出版社,20011

(上接第6页)

4　节能建筑施工

围护结构保温隔热的设计对建筑的节能是至关重要的,但节能建筑施工的好坏关系到是否能真正实现节能目的。因此,在施工中一定要严格按照规范、规程操作,严把材料质量关,竣工后按照验收规范分部分项验收,以达到节约能源的目的,提高经济效益和社会效益。

建筑节能对建筑师绝不是一种负担而是一种新动力,同时也是一种历史责任和义务。在国内目前市场经济十分活跃的情况下,根据国家可持续发展的战略,每个设计师应把项目按建筑节能要求认真做好,顺应世界建筑发展这一大潮流。□

参考文献:

[1]　J G J26-86,民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)

[S]1

[2]　J G J134-2001,夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准[S]1