民用建筑围护结构节能设计探讨论文

 李淑林

内容摘要：建筑物通过其围护结构(屋面、门窗、外墙)的散热量占到其总能耗量的70%-80％，所以做好建筑物围护结构的建筑节能设计是我国民用建筑节能设计的重中之重。但是现在很多节能建筑在设计过程中只是简单的使建筑物的各项节能指标达到规范标准的要求而已，导致很多根本就不节能的“节能建筑’’的出现。因此，本文建筑设计论文对围护结构节能方面进行了探讨。
关键词
民用建筑、围护结构、节能、设计
论文前言
发展节能建筑，首先应该解决建筑的高能耗问题。发达国家的建筑能耗，即居民(Residential)和商业(Commercial)能耗一般占全国总能耗的三分之一以上，但由于我国的工业产业结构还没有得到根本的调整，人民的生活水平还不高，因此建筑能耗在总能耗中的比例一直维持在30％左右。其中建筑围护结构节能设计问题，是在可持续发展的大背景下的一项具有实际意义的研究课题，随着全球气候变暖、城市热岛的影响，这一地区的空调普及率急剧增加，空调能耗逐年上升。如何遵循节能建筑思想，从建筑设计开始，全方位寻求居住建筑节约能耗的问题亟待解决。而围护结构节能指通过改善建筑物围护结构的热工性能，达到夏季隔绝室外热量进入室内，冬季防止室内热量泄出室外，使建筑物室内温度尽可能接近舒适温度，以减少通过辅助设备(如采暖、制冷设备)来达到合理舒适室温的负荷，最终达到节能的目的。

一、根据地区气候合理设计
建筑物围护结构包括：屋顶、门窗、外墙三大部分。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：外墙占25—28％，门窗散热25～28％，门窗渗透23～25％，屋顶10％，楼梯间隔墙及地面10％。可见外围护结构的保温直接影响到建筑的耗能水平，保温越好，建筑的能耗就越低，建筑的节能效果就越好。
在寒冷地区，居住建筑冬季要充分利用太阳能，夏季要避免太阳辐射的影响。这种矛盾具体表现在对围护结构性能的选择上。在冬季太阳能利用方面，我们应尽量保证窗户为“净得热单元”。这里的“净得热”并非指窗户单纯的得热大于失热，而是建立在与墙体比较的基础上。也就是说，有一片墙，如果采用实体墙，它的失热为w，而采用了窗户后的净失热(因温差传热而失去的热量与获得的太阳辐射得热之差)为Y。如果Y<W，那么，我们就认为窗户为“净得热单元’。这样的要求并不难达到。我们可以通过提高窗户本身的保温性能或加强夜间保温的措施来实现。
在夏季太阳辐射控制方面，我们一方面要尽量避免太阳辐射直接进入室内，另一方面还要尽量减弱太阳辐射的间接影响。太阳辐射热的间接影响主要指太阳辐射通过围护结构实体部分传入室内的热量。它与窗户的性能没有关系。太阳辐射问接影响所产生的制冷能耗要普遍高于室内外气温差所产生的能耗。因此，在夏季除需避免太阳辐射的直接影响外，还应采取有效措施来降低太阳辐射的间接影响，这些都需要通过对围护结构的节能设计来实现。

二、建筑体形系数设计研究
建筑物的外表面正是由墙体、门窗，屋顶组成的，所以在建筑节能设计过程中的控制点—建筑体形系数(BuildingShape Coefficient)即建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值。建筑体型系数对建筑物围护结构设计有着密切的关系。

1、建筑体形系数(Building Shape Coefficient)，在《民用建筑节能设计标准》(JGJ26．95)中已有明确的定义，即建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值：
S=Fo／Vo
式中S为建筑体形系数(m-1)；E为建筑的外表面积(m2)；Fo为建筑体积(m3)；

2、外墙和屋面的单位面积热损失
冬季建筑物采暖热负荷包括围护结构的耗热量和冷风渗透的耗热量，其中冷风渗透的耗热量不直接影响围护结构的热阻，在计算保温层经济厚度时只考虑外墙和屋面耗热量的影响[50-51]。
单位面积热损失可用下式计算：
Q=K．DT
式中a为单位面积的耗热量，W／m2；K为传热系数，w(m2•K)； DT为冬
季室内外温差。

三、具体结构节能设计探讨
1墙体结构节能设计
在建筑中，外围护结构中墙体占了很大比例，所以建筑墙体节能技术的发展是建筑节能技术的一个最重要的环节，节能保温墙体施工技术主要分为外墙内保温和外墙外保温两大类：
1）内保温技术及其特点
外墙内保温施工，是在外墙结构的内部加做保温层，内保温施工速度快，操作方便灵活，可以保证施工进度，被大面积推广的内保温技术有，增强石膏复合聚苯保温板，聚合物砂浆复合聚苯保温板，增强水泥复合聚苯保温板，内墙贴聚苯板抹粉刷石膏及抹聚苯颗粒保温料浆加抗裂砂浆压入网格布的做法，但内保温层会多占用房间的使用面积，热桥问题不易解决，容易引起开裂，还会影响施工速度影响居民的二次装修，且内墙悬挂和固定物件也容易破坏内保温结构，内保温在技术上的不合理性决定了其必然要被外保温所替代。

2）外保温技术及其特点
外保温是目前大力推广的一种建筑保温节能技术，外保温与内保温相比，技术合理，有其明显的优越性，使用同样规格、同样尺寸和性能的保温材料外保温比内保温的效果好，外保温包在主体结构的外侧，能够保护主体结构，延长建筑物的寿命，有效减少了建筑结构的热桥，增加建筑的有效空间，同时消除了冷凝 提高了居住的舒适度。
比较成熟的做法是外挂的保温材料有岩（矿）、棉、玻璃棉毡、聚苯乙烯泡沫板（简称聚苯板 EPS）、陶粒混凝土复合聚苯仿石装饰保温板、钢丝网架夹芯墙板等，有一种做法是用专用的固定件将不易吸水的各种保温板固定在外墙上，然后将铝板、天然石材、彩色玻璃等外挂在预先制作的龙骨上， 直接形成装饰面。
2、 门窗的节能设计
我国很多地区尤其是夏热冬冷地区住宅建筑多采用单玻金属窗，由于单玻璃的保温性能很差，内外表面的温差只有0．4℃，同时金属窗的传热系数也较大。资料显示门窗是围护结构传热耗热的大户，约占总体传热耗热量的25％～28％，加上空气渗透耗热量，总耗热量高达40％～50％。在这样的环境里，采用单玻金属窗对于保障居室夏季温度26℃～28℃，冬季16℃～18℃是很困难的。山东建筑科学研究院的研究证明，用单框双玻塑料窗的热阻值比单层塑料窗提高80％，单位热阻值价格降低30％左右。采用节能窗之后，墙体只需抹少量隔热砂浆就可以满足传热系数的要求。所以，与其花太多精力在墙体外保温上面，不如注意窗户的节能改造，控制住耗热量最大的部位，然后适当做好墙体隔热。因此，极力推荐内隔热节能法，因为它满足传热系数的要求，这种隔热砂浆层可以取代原内抹灰层，不占室内空间，是建筑节能的好方法。内隔热材料对防火性能的要求更高，燃烧性能要达到A级。

一般的有机材料难以过关，必须使用无机轻质集料制成的材料。玻化微珠是一种经高温工艺生产出的球状玻璃质矿物质，容重轻，导热系数小，具有防火、保温、吸音等优良性能。由玻化微珠为骨料和改性干粉粘结剂混合的单组分干混砂浆，涂在墙体基层上，防水、不空鼓、不开裂、强度高、粘结性能好，可大大提高干粉保温砂浆的综合性能和施工效率。在玻化微珠保温层外刮一层2mm厚的抗裂干混砂浆，可达到防渗、抗裂、耐水、耐候性能。它和玻化微珠隔热层共同形成保温、抗裂、防火、耐水的体系，具有明显的节能、环保综合效益。在窗户型材上，建议采用热导率较低的产品，聚氯乙烯(PVC)的导热系数仅为钢材的1／357，铝材的1／1 250。在隔热能力上，单玻塑窗比单玻铝窗高40％，双玻高
50％。此外，PVC窗的密封性也很好，塑窗框扇结合采用搭接和嵌接结构，接合处有弹性密封条，不仅节能效果好，防水、防尘效果也非常好。新型的断热型铝合金窗，窗、框侧断面为三腔双密封结构，里外腔由铝材构成，中间腔由聚酰胺隔板断热材料组成，具有良好的受力、隔热、隔音、防尘、减震性能。由于密封性能良好，接缝每小时每延米渗透空气体积小于0．1 m3，可达到良好的节能效果。

3、屋顶结构节能设计
保温层不宜选用容重较大，导热系数较高的保温材料，以防止屋面重量，厚度过大，屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料，以防止屋面保温作业时， 保温层大量吸水，降低保温效果。现在，一些建筑的屋面保温，采用岩棉板保温层代替常规的沥青珍珠岩或水泥沫聚苯板，上铺防水层的正铺法为多，有的单位研究采用倒铺法，使防水层不直接接受日光暴晒以延缓老化，但聚苯板应采用挤出法生产的闭孔型不与屋面粘结，上用压块(卵石或混凝土薄板)固定近年来坡顶屋面发展较快，这种屋面较便于设置保温层，可顺坡顶内铺钉玻璃棉毡或岩棉花毡，也可在天棚上铺设上述绝热材料，还可喷、吹或直接铺设玻璃棉、岩棉、膨胀珍珠岩等松散材料作为屋面保温层。

论文结束语
总之，围护结构节能设计对建筑住宅的节能是至关重要的，也是最具挖掘潜力的设计途径，人们对民用建筑的节能设计必须加以足够重视，墙体、门窗、屋顶等部位均须满足各自的节能技术要求，并尽可能延长建筑物的使用寿命，改善居住建筑的室内舒适性，降低能耗，创造出更大的社会效益和经济效益。
参考文献
[1]王立雄.建筑节能[M].北京:中国建筑工业出版社，2004.
[2]朱盈豹.保温材料在建筑墙体节能的应用[M].北京：中国建材工业出版社