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(山西建筑職業(yè)技術學院，山西 太原 030006)

引言

隨著全球經濟的快速發(fā)展，能源匱乏及環(huán)境污染已成為許多行業(yè)亟需解決的問題。作為能源消耗的大戶，建筑行業(yè)節(jié)能技術的研究也越來越受到科研人員的重視。目前，建筑節(jié)能技術可分為兩大類，一類是發(fā)展新型可再生能源取代傳統(tǒng)化石能源為建筑供能，相比于風能、地熱能、潮汐能等其他可再生能源，太陽能可直接被設置于房屋建筑的裝置收集并加以應用，所以在建筑節(jié)能方面具有很大潛力。在建筑中應用較為成熟的太陽能節(jié)能形式主要有太陽能熱水器，由于太陽輻射的穩(wěn)定性差，主要應用于戶用太陽能熱水器，規(guī)模一般較小，因而使其應用受到了限制。近年來，隨著綠色建筑概念的提出，關于主動式和被動式太陽能建筑的研究也層出不窮，但由于技術尚不夠成熟、造價較高等原因，一直未能在普通高層建筑中推廣應用。

另一類建筑節(jié)能技術是提高能源利用效率，降低建筑能耗。隨著近些年房地產業(yè)的快速發(fā)展，城市建筑的數(shù)量急速增長，因而改進建筑圍護結構和耗能設備的性能，從源頭上減少能源消耗顯得尤為重要。為此，國家出臺了建筑節(jié)能設計規(guī)范標準，對新建建筑和既有建筑節(jié)能改造的圍護結構和耗能設備的性能參數(shù)作了強制性規(guī)定。在建筑能源消耗中，圍護結構的熱損耗占比較大，因此通過改善建筑圍護結構的保溫性能，提高其傳熱熱阻，可有效減少圍護結構的熱損耗，從而達到降低建筑能耗的目的。建筑圍護結構熱損耗較大的部位包括外墻、外窗和屋面。

1 外墻保溫節(jié)能技術

外墻是建筑的主要熱損失構件，其面積占建筑圍護結構總面積的比例較大，因此，發(fā)展外墻保溫節(jié)能技術，對于降低建筑圍護結構的能量損失具有重要意義。

1.1 外墻外保溫技術

將保溫隔熱材料敷設于建筑外墻外表面的建筑外墻外保溫技術是目前城市建筑中常采用的節(jié)能手段，相比于建筑外墻內保溫、夾芯保溫等方法，外墻外保溫的保溫性能明顯優(yōu)于后者，而且可以有效地避免熱橋效應，還能起到對外墻的保護作用，并且施工較為方便，尤其是對既有建筑的節(jié)能改造。市面上常用的外保溫隔熱材料有聚苯乙烯泡沫材料、酚醛泡沫、聚苯顆粒保溫料漿等，這些均屬于有機保溫材料，其保溫絕熱性能良好，但容易燃燒，需要加入阻燃劑才可以作為外墻外保溫材料使用。此外，由于其施工有一定的技術要求而且造價偏高，在一些城鎮(zhèn)、農村等偏遠地區(qū)很難推廣應用，而且保溫隔熱材料耐久性差的弊端也日趨突出，最近幾年外墻保溫層脫落的案例也是不勝枚舉。因此，研發(fā)新型保溫絕熱材料和提高外保溫施工質量，是未來外墻外保溫技術的研究重點和發(fā)展趨勢。

1.2 外墻自保溫技術

由于外墻外保溫技術存在的不足，使得外墻自保溫技術越來越受到重視。黏土實心磚是傳統(tǒng)的外墻砌筑材料，雖然價格低廉但是其熱工性能差，而且制作過程粗糙，既浪費資源，又污染環(huán)境，已逐漸被新型的自保溫砌筑材料取代。目前發(fā)展較為成熟的是加氣混凝土類的自保溫外墻砌筑材料，由于這類自保溫外墻砌筑材料的密度明顯低于黏土實心磚，而且能起到一定的絕熱保溫效果，同時耐火等級高，很快就在國內建筑市場特別是城市高層建筑中占據(jù)了主導地位。但是，加氣混凝土的干收縮率大，而且強度較低，容易出現(xiàn)裂縫，影響建筑美觀，嚴重時甚至對建筑質量安全造成威脅。在框架結構中，非承重的加氣混凝土墻體與梁、柱等構件的銜接處容易產生熱橋現(xiàn)象，若處理不當就會在熱橋處結霜，使得加氣混凝土在夏熱冬冷地區(qū)的使用受到了限制。為了解決上述問題，許多專業(yè)人士一直致力于研制強度和熱工性能能夠同時達到要求的新型自保溫砌筑材料，目前已初見成效；同時在不斷地改進熱橋處理方式，以降低墻體的平均傳熱系數(shù)。

1.3 復合節(jié)能墻體

隨著綠色建筑和裝配式建筑的概念越來越深入人心，外墻不再是單純起圍護作用的構件，其還可以與建筑的其他構件進行一體化設計形成復合節(jié)能墻體。目前研究較多的復合節(jié)能墻體有通風復合節(jié)能墻體和采暖復合節(jié)能墻體，通風復合節(jié)能墻體可以同時起到通風和圍護作用，在外墻結構中設置空氣夾層，夏季室內外溫差會形成一定的風壓和熱壓，使得空氣夾層形成自然對流，從而達到通風降溫的目的。有時為了增強空氣流動還會設置強制對流裝置，如圖1所示。采暖復合節(jié)能墻體最典型的是太陽能集熱墻，在南向外墻的結構中設置太陽能集熱器，通過吸收太陽輻射加熱空氣，從而達到采暖的目的。由于我國幅員遼闊，不同地區(qū)由于所處的位置不同會造成其太陽輻射的差異，因此應該針對不同區(qū)域進行不同的集熱器及其配套設施的設計，目前技術較為成熟的如太陽能貯存墻(又稱Tromb墻)，其工作原理如圖2所示。

圖1 通風復合節(jié)能墻體原理圖

2 外窗保溫節(jié)能技術

外窗是除了外墻的第二大建筑熱損失構件，是建筑絕熱保溫的薄弱環(huán)節(jié)，國家對公用建筑和民用建筑的窗墻比均有嚴格要求，因此在設計時宜選擇合適的開窗面積，既達到采光要求，同時又不會因外窗面積過大而造成建筑冷熱負荷增加。傳統(tǒng)外窗一般由木質外框和單層玻璃構成，其絕熱性能和氣密性均很差，有時甚至會導致外窗的冷熱負荷超過外墻的冷熱負荷。為了降低建筑耗能，提高外窗的絕熱保溫性能是必不可少的一項舉措。近些年來，我國在大力提倡發(fā)展節(jié)能窗技術，節(jié)能窗主要是從兩個方面來改善窗戶的性能，一方面是采用PVC、斷橋鋁合金等材料來替代木材作為窗框，另一方面是采用雙層中空玻璃替代單層玻璃，有些嚴寒地區(qū)甚至會采用三層中空玻璃。目前市面上常用的是斷橋鋁雙層中空玻璃節(jié)能窗，其傳熱系數(shù)在2.3～2.8 W/(m2·K)，相比于傳統(tǒng)外窗的傳熱系數(shù)5.4～6.4 W/(m2·K)，保溫隔熱性能有了明顯的提升。

圖2 太陽能貯存墻(Tromb墻)原理圖

目前國內采用的節(jié)能窗雖然相比于傳統(tǒng)外窗在絕熱和保溫性能上有了顯著提高，但是與發(fā)達國家相比還有一定的差距，國外有些高效節(jié)能窗的傳熱系數(shù)已低于1.8 W/(m2·K)。我國節(jié)能窗的研究還有很大潛力，例如鍍膜玻璃節(jié)能窗和超級節(jié)能窗已成為研究熱點，對低輻射膜新型材料的研究也越來越重視。鍍膜玻璃節(jié)能窗即在窗戶玻璃的內外表面鍍上一層或多層低輻射膜，低輻射膜在夜晚會阻止部分室內物體向室外輻射熱量，從而達到保溫的效果，而白天則不會阻止太陽輻射熱量通過玻璃進入室內。超級節(jié)能窗是將鍍膜玻璃節(jié)能窗多層玻璃內腔的空氣抽除并充入絕熱透明材料，使得窗的絕熱保溫性能得以進一步提高。

3 屋頂節(jié)能技術

屋頂是建筑遮風擋雨的主要圍護結構，其絕熱和防水方面的要求高于外墻等圍護結構。傳統(tǒng)屋頂?shù)慕Y構自下而上依次為：承重結構層、防水層、絕熱層和面層。目前，應用較多的屋頂節(jié)能技術是改進傳統(tǒng)屋頂?shù)慕^熱保溫性能，降低屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)。例如，加設通風層的節(jié)能屋頂、種植屋面、蓄水屋面等。隨著建筑節(jié)能越來越受到重視，屋頂節(jié)能技術與其他節(jié)能技術的組合應用也取得了進展，出現(xiàn)了太陽能集熱屋頂、太陽能光伏屋頂，不僅能提高屋頂熱阻，而且能夠為建筑提供清潔能源，降低建筑能耗。

4 結語

我國的新建建筑面積每年都在大幅度增加，既有建筑的數(shù)量也很驚人，但是能達到建筑節(jié)能標準的建筑卻占比很低。因此，加快外墻保溫節(jié)能技術、外窗保溫節(jié)能以及屋頂節(jié)能技術的開發(fā)與運用，對于建設節(jié)約型社會，緩解能源的供需矛盾，具有十分重要的現(xiàn)實意義。