鄭州大學建筑學院 李文倩

中原工學院 張淑潤

建筑外維護節(jié)能策略研究

鄭州大學建筑學院 李文倩

中原工學院 張淑潤

我國每年新增建筑面積達18億～20億m2，是世界上最大的建筑市場，而每年的能源消耗則高達27.5%，外維護部分的節(jié)能系統(tǒng)占其總能耗的絕大部分。外維護結構的保溫隔熱性能是改善室內外熱環(huán)境及提高建筑節(jié)能技術的關鍵。無論是嚴寒地區(qū)、寒冷地區(qū)還是夏熱冬冷地區(qū)等，外維護結構的設計都與其氣候特征有明顯關聯(lián)，夏季應阻擋室外熱輻射，并通過遮陽技術和自然通風來為建筑降溫，冬季則應加強保溫隔熱和提高氣密性來防止室內熱量流失，另外太陽能技術的利用也是其重要方面。

一、建筑外維護系統(tǒng)節(jié)能構造設計原則及要求

要實現(xiàn)建筑外維護的節(jié)能構造系統(tǒng)，首先應按照氣候分區(qū)的節(jié)能設計標準來執(zhí)行。應充分利用冬季日照并避開冬季主導風向，利用夏季自然通風，在建筑總體布局、外環(huán)境設計和建筑體型設計等方面提供有效條件。對外維護部分所涉及的墻體、門窗、屋面以及樓地面等，通過節(jié)能型的材料選擇和合理的構造技術，才能有效改善外維護的保溫、隔熱和氣密性，從而保證室內的熱環(huán)境和減少能源消耗。

二、外維護節(jié)能要素分析

良好的外墻保溫系統(tǒng)、合理的開窗面積、門窗氣密性的提高、屋面綠化等都是提高圍護結構保溫隔熱性能的主要途徑，隨著建筑技術、材料和構造的進步，這些方面對降低建筑能耗的意義越來越大，成為建筑設計不可忽視的環(huán)節(jié)。外維護部分節(jié)能要素主要分為外墻系統(tǒng)、屋面系統(tǒng)和門窗系統(tǒng)3部分。

1.外墻系統(tǒng)節(jié)能。外墻的節(jié)能在外維護中是至關重要的，因為它不僅面積大，而且構造復雜，涉及外墻形式、材料，以及保溫、隔熱、防水、防風、防火和安全性等的處理。

（1）實體外墻保溫材料和形式。實體外墻保溫材料根據(jù)磚、塊、板、幕墻的不同分單一材料和復合材料。單一材料如空心磚、加氣混凝土等，混合材料由不同材料來承擔，更好地兼顧了保溫和隔熱，使用較為普遍。

外墻的保溫隔熱形式可分為外墻外保溫、內保溫、自保溫、加芯保溫和組合保溫5種，但外保溫隔熱應用更為廣泛，內保溫次之，中間保溫則較多使用于寒冷地區(qū)。

這幾種保溫隔熱系統(tǒng)原理都是使用導熱系數(shù)較小的材料來增加對熱量的阻隔能力。外保溫隔熱系統(tǒng)絕熱性能優(yōu)越，消除熱橋，不占用室內面積，但對防水、抗裂和抗腐蝕性能提出了較高要求。

另外，外維護結構的蒸汽滲透主要為了防止維護結構的結露現(xiàn)象，避免造成室內潮濕、墻體發(fā)霉等，可通過設置隔氣層來解決，可用卷材、隔氣涂料、鋁膜等材料。

（2）幕墻形式。幕墻（圖1）作為一種新穎、通透性強、簡潔美觀的建筑形式，是外維護結構中現(xiàn)代藝術與建筑技術最完美的結合，但因其消耗能量較大，目前國內外推廣使用較多的是雙層通風玻璃幕墻和光電玻璃幕墻系統(tǒng)。雙層通風玻璃幕墻為智能化、呼吸式、熱通道式的新型幕墻，由內外兩道幕墻組成，中間設有空氣間層，最大程度上達到節(jié)能，冬季可利用自然能來獲取熱量和減少損耗，夏季可利用遮陽、通風來降溫，還可改進為真空玻璃雙層通風幕墻，更節(jié)能舒適。而光電幕墻則集合了光伏發(fā)電和幕墻技術的綠色環(huán)保幕墻，可將光能轉化為電能。

圖1 玻璃幕墻

2.屋面系統(tǒng)節(jié)能。屋面是建筑外維護結構中接受陽光輻射幾率最大的部位，特別是對于頂層室內熱環(huán)境的影響尤為重要。節(jié)能方式主要分為保溫隔熱、通風、架空以及屋頂綠化。

（1）保溫隔熱屋面。保溫材料的選取和屋面的構造方式?jīng)Q定了屋面的保溫隔熱效果。保溫隔熱材料的選取要求材料吸水率低或不吸水、導熱系數(shù)小、重量輕、性能穩(wěn)定、使用年限長。目前有正置式和倒置式兩種，倒置式較為常用，將保溫層設于防水層上，有效延遲防水層老化。

（2）架空屋頂。通風屋頂是利用熱壓或風壓產(chǎn)生的動力驅動室內外空氣流過通風間層將熱量帶走，具有隔熱好、散熱快的特點，一般通風間層兩端完全敞開，通風口應設于迎向夏季主導風向，可將屋面的熱量帶走，提高屋面的隔熱能力，一般情況下通風間層高度以100～250mm為宜。

（3）蓄水屋面。蓄水屋面為在屋面防水層上蓄一定高度的水，多為150～200mm，利用水的蒸發(fā)以及反射作用，將熱量散發(fā)到空氣中，從而減少屋蓋吸收的熱量。同時還可保護防水層，延長其壽命。

（4）屋頂綠化。屋頂綠化（圖2）是屋面冬暖夏涼的綠色空調，在綠化的同時還可降低頂層房間的室內溫度。即由于使用的人工土壤具有優(yōu)良的保水性與保溫性，由植物的光合作用帶走熱量，降低了周邊氣溫。同時拓展了室外活動空間，為工作人員提供舒適的休閑場所，起到美化環(huán)境、休閑娛樂的作用。屋頂綠化的常見形式有屋頂種植、屋頂花園、屋頂棚架等。

圖2 屋頂綠化

3.外窗系統(tǒng)節(jié)能。外窗系統(tǒng)主要滿足通風、采光和建筑造型的需求，也是建筑維護系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)，在外維護結構所有熱損失中，外窗的熱損失大致占40%，主要因窗框、窗玻璃的熱阻太小，經(jīng)縫隙滲透的冷風使熱損失進一步增大。

（1）控制外窗的保溫隔熱性能。提高外窗的保溫隔熱性能主要是提高外窗的熱阻，選擇導熱性能較小的窗框材料，如塑鋼窗框，經(jīng)斷橋處理的鋼或鋁合金窗框都有良好的保溫性能，低輻射玻璃或Low-E玻璃，與普通玻璃相比，它可反射太陽光譜中40%～70%的紅外長波熱輻射，同時遮擋少量的可見光，可改善玻璃的保溫性能。另外，外窗的密閉性應良好，在嚴寒、寒冷及夏熱冬冷地區(qū)不應低于國家標準的4級，夏熱冬冷區(qū)7層及以上不少于3級，門窗四周應用密封條或密封膠密封。

（2）控制窗墻面積比。在滿足建筑使用功能的前提下，外窗面積不應過大，合理控制窗墻面積比是外窗節(jié)能的重要措施之一。對于我國北方地區(qū)公共建筑，規(guī)定南向不能超過0.35，北向窗墻面積比不能超過0.25，東西向不超過0.3，對于夏熱冬冷地區(qū)，既要考慮冬季日照，又要考慮夏季防熱。

（3）遮陽的設置。外窗遮陽設計應結合當?shù)貧夂蛱攸c，綜合考慮立面設計和使用功能等。一般根據(jù)建筑的朝向，可利用外廊、陽臺、挑檐等構件作為建筑構件，外窗的遮陽設計次序一般為外遮陽、內遮陽、中間遮陽和玻璃遮陽，其中外遮陽節(jié)能效果明顯，應用十分廣泛，可分為水平式、垂直式、綜合式和擋板式。水平遮陽效果好，常用于東西立面；垂直遮陽利于導風，綜合遮陽可整體固定，局部調節(jié)，用于任何立面造型；擋板遮陽為整體固定，但遮擋視線，影響采光。從節(jié)能的角度看，外遮陽（圖3）是防止太陽熱輻射進入室內效果最好的遮陽做法，它吸收或反射的太陽輻射絕大部分散發(fā)在室外。

圖3 外窗遮陽

綜上，通過對建筑外維護系統(tǒng)節(jié)能策略的分析，可以看出建筑外維護結構的保溫隔熱性能是改善室內熱環(huán)境和提高建筑節(jié)能水平的重要因素，也是建筑節(jié)能的關鍵。節(jié)能設計的主要內容包括外墻保溫系統(tǒng)、屋頂以及外窗等方面。