談建筑節(jié)能

唐洪樂

1 建筑節(jié)能的必要性

1)能源為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供動(dòng)力,經(jīng)濟(jì)發(fā)展離不開能源的發(fā)展。而我國能源發(fā)展存在的問題是：人均能源擁有量低、儲(chǔ)量低;能源結(jié)構(gòu)依然以煤為主,燃煤效率低,形式單一;能源分布不均;能源利用率低。這需要進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì),以實(shí)現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。2)建筑耗能非常驚人,在建造和使用過程中直接消耗的能源占社會(huì)總耗能的30%。建筑能耗不僅比例高,而且利用率低。譬如北京的采暖建筑,一個(gè)采暖期的平均能耗為20.6 W/m2,而相同氣候條件的瑞典、丹麥等國家僅為11 W/m2。建筑節(jié)能設(shè)計(jì)勢(shì)在必行。3)礦物燃料燃燒所排放的二氧化硫、氮氧化合物以及煙塵等顆粒物會(huì)危害人體健康;還會(huì)形成酸雨破壞森林、損壞建筑物;產(chǎn)生的二氧化碳會(huì)造成地球溫室效應(yīng)。因此,為了改善大氣環(huán)境,也必須抓緊建筑節(jié)能工作。4)開展建筑節(jié)能,室內(nèi)熱環(huán)境可以得到改善,使其穩(wěn)定、舒適,進(jìn)而大大提高居住環(huán)境的水平。

2 建筑節(jié)能技術(shù)理念

2.1 外墻外保溫的主要優(yōu)點(diǎn)

1)適用范圍廣。既可用于新建建筑,又可用于舊房改造。2)保護(hù)主體結(jié)構(gòu)、延長建筑物的壽命。外保溫的特點(diǎn)就是使主體結(jié)構(gòu)處于同一個(gè)溫度環(huán)境,其溫度形變主要受室內(nèi)溫度影響,避免室外年溫差引起的主體結(jié)構(gòu)不同部位形變不同的現(xiàn)象;另一方面,外保溫緩沖了因溫度變化導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生的應(yīng)力,避免了雨、雪、凍、融、干濕循環(huán)造成的結(jié)構(gòu)破壞,減少了空氣中有害氣體和紫外線對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的侵蝕。因而使主體結(jié)構(gòu)安定下來,建筑壽命得以延長。3)基本消除了“熱橋”的影響。室內(nèi)熱量散失與熱橋的多少、大小相關(guān)。而外保溫使建筑物的外部構(gòu)件如同穿上了“棉襖”,使內(nèi)外墻交界處、外墻圈梁、構(gòu)造柱、框梁柱、門窗洞口以及頂層女兒墻與屋面板交界處所產(chǎn)生的“熱橋”導(dǎo)致的熱量損失降到最低,計(jì)算表明,在厚度為240 mm磚墻內(nèi)保溫條件下,周邊“熱橋”使平均傳熱系數(shù)比主體部位傳熱系數(shù)約增加51%～59%,而在厚度為240 mm磚墻外保溫條件下,這種影響僅為2%～5%。4)使墻體潮濕情況得到改善。由于水蒸氣滲透性高的主體結(jié)構(gòu)材料處于保溫層的內(nèi)側(cè),用穩(wěn)態(tài)傳濕理論進(jìn)行冷凝分析,只要保溫材料選材得當(dāng),在墻體內(nèi)部一般不會(huì)發(fā)生冷凝現(xiàn)象,同時(shí),由于采用外保溫措施,結(jié)構(gòu)層的整個(gè)墻身溫度提高,降低了它的含濕量,因而進(jìn)一步改善了墻體的保溫性能。5)外保溫做法的其他優(yōu)點(diǎn)。有利于室溫保持穩(wěn)定;有利于改善室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量;有利于提高墻體的防水和氣密性;減少保溫材料用量;便于舊建筑物進(jìn)行節(jié)能改造。

2.2 柔性漸變抗裂原理的應(yīng)用

在以往外保溫的構(gòu)造方案中,對(duì)溫度應(yīng)力的產(chǎn)生及釋放考慮不充分,缺少能夠合理解釋釋放溫度應(yīng)力的材料及構(gòu)造做法,因而最終導(dǎo)致外保溫墻體面層產(chǎn)生裂縫。如果材料所處的環(huán)境沒有對(duì)其產(chǎn)生約束力或者變形得到滿足,就不會(huì)產(chǎn)生裂縫;否則材料應(yīng)有足夠的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸,則不會(huì)產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。柔性漸變抗裂原理就是兩者的結(jié)合,在保溫系統(tǒng)各構(gòu)造層的設(shè)計(jì)中,要采用“柔性漸變逐層釋放應(yīng)力”的抗裂技術(shù)路線,即要求各層材料的性能要逐層漸變,各層材料之間的性能指標(biāo)要有一定的聯(lián)系,不允許相鄰層材料的性能發(fā)生突變。

保溫系統(tǒng)能滿足隨時(shí)分散應(yīng)力和釋放應(yīng)力的需要,從主體結(jié)構(gòu)層、保溫層一直到飾面層各層材料的變形均未受到約束,各層材料的變形都可得到滿足,同時(shí),在構(gòu)造設(shè)計(jì)中還利用軟配筋和多種纖維來改變應(yīng)力傳遞方向,充分分散各層材料所產(chǎn)生的應(yīng)力,防止了各種變形應(yīng)力集中發(fā)生的可能。采用了這樣的設(shè)計(jì)后,保證了各層材料的溫度應(yīng)力曲線始終位于抗拉強(qiáng)度曲線之下,同時(shí),各構(gòu)造層的設(shè)計(jì)又能滿足逐層漸變、柔性釋放應(yīng)力的原則,外層材料的變形能力高于內(nèi)層材料的變形能力,從而保證整個(gè)保溫系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

這就是柔性漸變抗裂原理的體現(xiàn),以“放”為主,在“放”的基礎(chǔ)上適當(dāng)加入“抗”的思路。在建筑構(gòu)造上防止外墻外保溫開裂。

2.3 無空腔構(gòu)造的優(yōu)越性

高層建筑采用外墻外保溫方案的抗風(fēng)壓值應(yīng)不小于風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值,外墻外保溫系統(tǒng)的抗風(fēng)荷載安全系數(shù)不應(yīng)小于1.5。在高層建筑工程做外墻外保溫時(shí),應(yīng)充分重視風(fēng)荷載對(duì)外墻外保溫的破壞作用,應(yīng)盡可能的增大粘結(jié)面積,采用無空腔做法或減小空腔,并在此基礎(chǔ)上做補(bǔ)充的機(jī)械固定防護(hù)措施,以滿足上述要求。

對(duì)有空腔的外墻外保溫系統(tǒng)來說,當(dāng)保溫墻面局部所受負(fù)風(fēng)壓較大時(shí),空腔內(nèi)與外表面的壓力差必然會(huì)增大,從而向外產(chǎn)生一個(gè)推力,加大風(fēng)荷載作用于保溫墻面向外的吸力,由于內(nèi)外壓力差造成的對(duì)保溫層向外的推力,往往是造成有空腔保溫墻面破壞的主要因素之一。一般的說,風(fēng)荷載作用隨建筑物高度的增加而增加,在高層建筑結(jié)構(gòu)中,要特別重視風(fēng)荷載對(duì)外墻外保溫層的影響。

膠粉聚苯顆粒貼砌聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)為滿粘無空腔系統(tǒng),粘結(jié)面積大,聚苯板各點(diǎn)受力平均,抗風(fēng)壓能力強(qiáng),使用壽命顯著高于有空腔的保溫構(gòu)造系統(tǒng)。

3 建筑節(jié)能技術(shù)將來的發(fā)展趨勢(shì)

1)優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)。建筑造型及圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式對(duì)建筑物性能有決定性影響。直接的影響包括建筑物與外環(huán)境的換熱量、自然通風(fēng)狀況和自然采光水平等。而這三方面涉及的內(nèi)容將構(gòu)成70%以上的建筑采暖通風(fēng)空調(diào)能耗。不同的建筑設(shè)計(jì)形式會(huì)造成能耗的巨大差別,需要利用動(dòng)態(tài)熱模擬技術(shù)對(duì)不同的方案進(jìn)行詳細(xì)的模擬預(yù)測(cè)和比較,在方案設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行詳細(xì)的模擬動(dòng)態(tài)比較,可以最大限度的進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),獲得最高的節(jié)能目標(biāo)。2)新型建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料和產(chǎn)品。開發(fā)新的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)部件,以更好的滿足保溫、隔熱、透光、通風(fēng)等各種要求,主要涉及的產(chǎn)品有：外墻保溫與隔熱、屋頂保溫與隔熱、熱物理性能優(yōu)異的外墻和玻璃幕墻、智能外遮陽裝置以及基于鑲邊材料的蓄熱性圍護(hù)結(jié)構(gòu)和基于高分子吸濕材料的調(diào)濕型飾面材料。3)通風(fēng)裝置與排風(fēng)熱回收裝置。當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱做到一定水平后,室內(nèi)外通風(fēng)形成的熱量或冷量損失,成為建筑能耗的主要組成部分,此時(shí),通過專門裝置有組織的進(jìn)行通風(fēng)換氣,同時(shí)在需要的時(shí)候有效的回收排風(fēng)中的能源,對(duì)降低建筑能耗具有重要意義。4)各種熱泵技術(shù)。通過熱泵技術(shù)提升低品位熱能的溫度,為建筑物提供熱量,是建筑能源供應(yīng)系統(tǒng)提高效率降低能耗的重要途徑,也是建筑設(shè)備節(jié)能技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)之一。目前主要有：熱泵型家庭熱水機(jī)組、空氣源熱泵、地下水水源熱泵、污水水源熱泵、地埋管式土壤源熱泵。5)空調(diào)干濕分離等新技術(shù)的出現(xiàn)會(huì)使我們以后的建筑能耗能夠不斷降低,最終實(shí)現(xiàn)“零能耗”的目標(biāo),這將有利于社會(huì)節(jié)約能源,有利于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

[1] 王景環(huán).淺談建筑節(jié)能的緊迫性及途徑[J].山西建筑,2008,34(24)：234-235.