對(duì)建筑墻體節(jié)能設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)分析

孔凡軍　李懷祿

摘要：隨城市建設(shè)規(guī)模的迅速發(fā)展和住宅商品化的深入，人們對(duì)節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境要求不斷提高，建筑節(jié)能和建筑環(huán)保日益得到人們的重視，出現(xiàn)了不少新技術(shù)、新工藝、新材料，建筑結(jié)構(gòu)圍護(hù)保溫（即建筑外墻的保溫）便是其中之一。本文敘述了高層建筑節(jié)能與氣候、地理?xiàng)l件的關(guān)系。建筑位置、朝向與接受太陽輻射熱能的關(guān)系及高層圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體的保溫、隔熱存在的問題及今后發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：建筑復(fù)合墻體 節(jié)能 分析

0 引言

我國東北地區(qū)，現(xiàn)代化高層建筑的誕生僅有二十幾年的歷史，然而城市中任何建筑都是城市設(shè)計(jì)、規(guī)劃的一部分，城市設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，我國在這方面的經(jīng)驗(yàn)不多，而且管理機(jī)制尚不健全，往往受一些因素的影響，工作不甚周密和協(xié)調(diào)，甚至失去控制，有許多的問題等待我們?nèi)ソ鉀Q，有待于探索和改進(jìn)，所以說，今天的高層建筑設(shè)計(jì)仍處在一個(gè)不太成熟的階段。高層建筑體形龐大，如，容積率過高，相鄰建筑互相遮擋、不通透，形成大面積陰影區(qū)，城市人居環(huán)境質(zhì)量下降，市中心人口膨脹、交通擁擠。除此之外，近些年在某些城市建高層建筑已成風(fēng)氣，設(shè)計(jì)者往往貪大求高，大部分精力放在追求立面形式和使用功能上，而往往忽略生態(tài)環(huán)境的保護(hù)、建筑設(shè)計(jì)節(jié)能意識(shí)淡薄，造成高能耗、低效益，影響常年使用，浪費(fèi)巨大。所謂建筑節(jié)能不僅是建筑本身的節(jié)能，且由城市的綜合環(huán)境、氣候條件、總體布局；建筑物的形體變化、朝向；外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫、隔熱的性能；門窗質(zhì)量等許多綜合性因素構(gòu)成，因此，高層建筑的節(jié)能首先應(yīng)為設(shè)計(jì)者重視。

1 外墻保溫形式

外墻保溫是指一般的墻體與一層熱阻材料復(fù)合成一種新型建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，它具有承重又具有保溫隔熱雙重功效，外墻保溫可分為兩種形式，一是墻體個(gè)保溫，二是墻體內(nèi)保溫，經(jīng)過十幾年的實(shí)踐，我國的建筑墻體保溫已經(jīng)從內(nèi)保溫轉(zhuǎn)移到外墻保溫，這是因?yàn)椋?/p>

1.1 采用外保溫，內(nèi)部結(jié)構(gòu)得到保護(hù)，室內(nèi)氣候不斷變化引起墻體內(nèi)部較大的溫度變化發(fā)生在外保溫層內(nèi)，使內(nèi)部的主體墻溫度變化緩，熱應(yīng)力減少，因而主體墻產(chǎn)生裂縫、變形、破損的危險(xiǎn)大為減輕，壽命得以延長。

1.2 外保溫可以避免產(chǎn)生熱橋，不做保溫的墻體，外墻即要承重又要保溫作用，墻體勢必較厚，采用熱阻材料復(fù)合后，墻的厚度減薄，但如果采用內(nèi)保溫，墻體越薄，保溫層越厚，熱橋的問題越嚴(yán)重，在寒冷的冬天，熱橋不僅會(huì)造成額外的熱損失，還可能使外墻內(nèi)表面潮濕，結(jié)霧，而外保溫杯不存在這種問題，由于外墻避免了熱橋，在采用同樣厚度的保溫條件下，外保溫要比內(nèi)保溫?zé)釗p失少20%，從而節(jié)約了能源。

1.3 進(jìn)行個(gè)溫后，由于內(nèi)部的墻體熱容量大，室內(nèi)能蓄存更多的熱量使室內(nèi)的溫度隨室外的溫度變化較慢，室溫較為穩(wěn)定，人的感覺更舒適，在冬季，太陽輻射熱、人體散熱、電氣散熱所產(chǎn)生的熱量，得到較好的利用，有利于節(jié)能，在夏季，外保溫能減少和輻射熱的進(jìn)入使外墻表面溫度得到降低，可見外保溫的利于建筑冬暖夏涼。

1.4 采用內(nèi)保溫的墻上難以安裝窗簾盒及吊掛物體，進(jìn)行室內(nèi)裝修時(shí)也容易把內(nèi)保溫層破壞，而外保溫可正常施工。

外保溫的綜合經(jīng)濟(jì)效益很高，雖然外保溫工程每平方米造價(jià)要比內(nèi)保溫相對(duì)高一些，但只要技術(shù)選擇適當(dāng)，單位面積造價(jià)主的并不多，特別是由于外保溫增加了使用面積近20%實(shí)際上是單位面積造價(jià)的降低。外保溫具有上述特點(diǎn)，外保溫技術(shù)已經(jīng)得到人們的重視，通過國外技術(shù)的引進(jìn)與交流，并結(jié)合國內(nèi)實(shí)際情況，國內(nèi)外保溫新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，技術(shù)及應(yīng)用日趨完善。

2 建筑的科學(xué)定位與優(yōu)化朝向

高層建筑的定位首先應(yīng)考慮對(duì)城市環(huán)境的影響容積率過高很難滿足日照要求，陽光有著巨大輻射能量，在寒冷地區(qū)人們十分珍惜陽光帶來的溫暖。據(jù)有關(guān)資料分析，地球每年接收的能量有60億億千瓦，這么大能量棄之可惜，從某種意義上講地球本身就是巨大的太陽能接收器，陽光不僅對(duì)人的身體健康有著很大影響，對(duì)建筑的節(jié)能也有著十分重要意義。寒冷地區(qū)城市規(guī)劃應(yīng)注重應(yīng)用日照原理，合理的確定建筑位置與朝向，使每幢建筑能接收更多的太陽輻射熱能，因此，建筑的方位與節(jié)能有著直接關(guān)系。如，在北緯40度～45度地區(qū)，冬天建筑的朝向所得到的輻射能量幾乎比夏天多兩倍，而在夏天東、西向所得到的能量比南向多2.5倍，不同朝向，不同季節(jié)，建筑物所得到的太陽輻射熱能量不同，熱損失也不同，尤其是在冬至前后，由于太陽高度角低，房間所接收的太陽光線的面積比夏天多得多。在確定建筑的方位時(shí)首先應(yīng)考慮環(huán)境情況，按其太陽高度角做出日影響圖，以確定冬季每天的日照時(shí)間，建筑南向開窗面積盡可能大些，在滿足采光條件下，北向、東向窗盡可能小些，從而獲得更多的太陽光線，減少熱損失，保持室內(nèi)舒適的溫度環(huán)境。

3 外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 外墻是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主體部分，高層建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)不同于磚石結(jié)構(gòu)房屋，前者是鋼筋混凝土框架或剪力墻結(jié)構(gòu)承重，因此，圍護(hù)結(jié)構(gòu)屬于填充材料，為了減輕荷載，達(dá)到保溫、隔熱要求，采用輕質(zhì)高效保溫材料，目前在寒冷地區(qū)常用的墻體做法有：頁巖陶粒混凝土空心砌塊；粘土空心磚與實(shí)心磚復(fù)合墻體；粘土實(shí)心磚或空心磚巖棉夾心復(fù)合墻體等。但存在問題較多，節(jié)能的效果仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的要求。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料布置分外側(cè)和內(nèi)側(cè)，在寒冷地區(qū)的同一氣候條件下，由于材料層次布置不同所取得的保溫效果也不盡相同，為防止墻體內(nèi)產(chǎn)生冷凝水，保溫層設(shè)在外側(cè)更為妥些。

3.2 高層建筑的圍護(hù)墻體不宜采用外側(cè)保溫的聚苯乙烯泡沫板（舒樂板、PG板），巖棉板等輕質(zhì)保溫材料。一幢建筑的壽命少則幾十年，多則上百年，材料的應(yīng)用與建筑整體的壽命應(yīng)同步。對(duì)于輕質(zhì)的外保溫復(fù)合墻體，筆者認(rèn)為存在以下不足之處：①抗震能力差，易松散，與結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)合不好，整體性能差。②不能承受外部裝修貼、掛荷載，如：貼石材，安裝裝飾構(gòu)件等。③不能承受有振動(dòng)的鑿、刨的裝修，如：剁斧石面層、予留洞、槽易出現(xiàn)冷橋。④墻表面易出現(xiàn)裂紋。除此之外，復(fù)合墻體由于框架梁拉、剪力墻的嵌入，墻體內(nèi)容易造成冷橋，是保溫、隔熱的薄弱環(huán)節(jié)。據(jù)測定，高層建筑所出現(xiàn)的冷橋約占整個(gè)熱損失的5%～13%，因此應(yīng)引起設(shè)計(jì)者重視，采取有效構(gòu)造措施盡可能避免產(chǎn)生冷橋。

3.3 國外普遍推廣采用混凝土空心砌塊用于高層建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫，歐、美各國取得不少先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。如：美國研制的TB型保溫隔熱復(fù)合砌塊；波蘭的咬合式保溫砌塊，兩塊組合成320厚墻體，在空心砌塊內(nèi)填入高效保溫材料，墻體傳熱系數(shù)K=01209～1100W/m2 k；芬蘭研制的一種空心砌塊，空隙之間填入聚胺脂保溫材料，300厚，傳熱系數(shù)K=0.25～0.28W/m2 k。某些歐美國家50%左右的建筑已應(yīng)用多種形式的混凝土空心砌塊。由于混凝土空心砌塊保溫效果好，又具有一定強(qiáng)度，避免了輕質(zhì)復(fù)合材料墻體的一些弊端。

4 影響建筑節(jié)能的相關(guān)因素分析

4.1 墻體外圍面積對(duì)能耗影響大 高層建筑外圍護(hù)墻體耗能量較大，占整個(gè)建筑耗能的25%左右。建筑的形體變化是建筑外露面積的主要因素之一，體形系數(shù)越大耗能越多，國外的一些高層建筑造成圓塔形，比如美國洛杉磯的好運(yùn)飯店、法國戴高樂機(jī)場候機(jī)樓、紐約第三大街53號(hào)辦公樓都是圓型或橢圓形，我們知道，相同的面積，圓的周長最短，這樣使建筑外露面積較小。因此，基于能量損耗的考慮，高層建筑的形體變化不宜過多、復(fù)雜。

4.2 風(fēng)對(duì)建筑能耗的影響 在冬季，風(fēng)力對(duì)建筑的熱損失很大，增大冷空氣的滲透量，使室內(nèi)熱損失加大。由于建筑某些部位處理不當(dāng)，墻體內(nèi)部易產(chǎn)生冷凝水。高層建筑的“風(fēng)環(huán)境”是影響建筑耗能的又一重要因素。因此，建筑保溫材料的選用，建筑構(gòu)造的合理性應(yīng)建立在科學(xué)、可靠的基礎(chǔ)上。