建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用

李愛華

(河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450007)

1 引言[1，2]

建筑能耗是指在生產(chǎn)建筑材料、建筑施工以及使用建筑的過程中所利用的能源。即建筑能耗指在建設(shè)和運(yùn)行使用過程中的利用能源的數(shù)量，使用過程中能源利用量占主導(dǎo)部分，包括建筑制冷、采暖、照明、通風(fēng)、炊事等方面的能耗。

在我國，建成的房屋面積每年近20億平方米，比所有發(fā)達(dá)國家新建建筑面積的總和還要多，由此可見建筑規(guī)模宏大。比較遺憾的是，在已建成所有建筑中99% 為高能耗建筑，95%以上新建建筑還是高耗能建筑，每平方米建筑能耗為發(fā)達(dá)國家新建建筑能耗的3倍以上，在中國發(fā)展基金會(huì)的報(bào)告中也明確指出，全國能源消耗總量的30%源自建筑能耗的消耗。如今，特別是空調(diào)和采暖設(shè)備等建筑能耗在炎熱和寒冷月份的耗電耗能成為近幾年的“電荒”中已成為主導(dǎo)性因素。長期以往，若仍然保持目前的建筑能耗以及節(jié) 能狀況，到2020年，建筑能耗將是2000年能耗的三倍，有10.89億噸標(biāo)準(zhǔn)煤將被建筑能耗所消耗。但如果從現(xiàn)在開始設(shè)定節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)制新建建筑實(shí)施，對建筑的建設(shè)和使用進(jìn)行節(jié)能改造，那么僅空調(diào)一項(xiàng)，到2020年，大約8000萬千瓦的電就可以被節(jié)約出來，這相當(dāng)于目前三峽電站滿負(fù)荷出力的4.5倍，可以節(jié)省6000億元的電力建設(shè)投資。

建筑節(jié)能在我國發(fā)展水平比較落后，我國大部分地區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱功能都比氣候相似的發(fā)達(dá)國家差很多。外窗傳熱系數(shù)為發(fā)達(dá)國家2至3倍，外墻的傳熱系數(shù)為3到5倍，屋面為3到6倍，門窗的空氣滲透為3到6倍。制冷采暖能耗為歐美國家的3倍。

我國建筑面積龐大，人口多，而人均煤、石油等資源少。在這樣的國情下，建筑節(jié)能水平的改善更顯得尤其緊迫。

2 建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)技能技術(shù)[2，3]

建筑節(jié)能技術(shù)的推廣，主要是增強(qiáng)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱能力。建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)通常指的是外墻、窗戶、陽臺(tái)門、外門、屋面以及不需要采暖樓梯間的隔斷和室內(nèi)門等。

建筑物的總損失熱包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量(約70%到80%)以及滲透通過門和窗的空氣間隙的耗熱量(約20%至30%)。若總得熱和總失熱相等時(shí)時(shí)，建筑物室內(nèi)溫度將不會(huì)變化。因此，建筑節(jié)能的主要途徑是:要減少建筑物外表面積和加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱能力，以減少傳熱量，以及是增強(qiáng)門窗的氣密性，減少夏季空氣滲透得熱量和冬季空氣滲透耗熱量。

2.1 墻體節(jié)能

在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，采暖能耗在墻體上的占有最大的比例，占能源消費(fèi)總量的32.1% ～36.2%。因此，如何提高墻的保溫性能已成為當(dāng)務(wù)之急。目前，外墻節(jié)能住宅分為外墻外保溫，外墻內(nèi)保溫，單一材料墻體保溫四種，夾心復(fù)合墻體保溫。在一般情況下，工程建設(shè)推廣的主要形式是外墻外保溫，是最直接的保溫方式，效果是最好的，也是我們的國家是目前使用最廣泛的一種建筑保溫技術(shù)。

2.2 門窗節(jié)能

建筑物的主要組成部分是門和窗，起著重要作用，連接室內(nèi)和室外的熱量，光線和通風(fēng)，設(shè)計(jì)合理的門和窗戶是建筑節(jié)能的重要措施之一。門窗能耗約占建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗的40%至50%。建筑門窗既起著室內(nèi)外隔熱作用，也起著室內(nèi)外溝通作用。因此，提高門窗的保溫隔熱性能，減少門窗的能耗，是改善室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)和提高建筑節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

(1)合理安排墻窗比例，盡量在南北方向開大窗，采用活動(dòng)式或活固定式的遮陽方法，增強(qiáng)窗戶的遮陽性能以及窗戶的氣密性，風(fēng)密性和水密性。在窗戶制作安裝時(shí)，嚴(yán)格控制規(guī)格尺寸、準(zhǔn)確度、精確度，增加開啟縫隙的搭接長度，盡量減少空氣滲透。

(2)提高鑲嵌部分的空間層數(shù)和鑲嵌材料對紅外線的反射能力，改善其熱絕緣性能，從而提高鑲嵌部位的保溫隔熱能力。

(3)加強(qiáng)對窗框部分的保溫隔熱處理，主要方法是對窗框進(jìn)行阻熱隔熱處理，把保溫材料鑲嵌于金屬窗框之間，降低窗框的傳熱能力，還可以采用空腹鋼窗內(nèi)存在空氣隔熱降低窗框傳效率，也可以采用塑料窗框，降低通過窗框部分的熱耗。

(4)根據(jù)建筑所處的地區(qū)的環(huán)境、氣候等自然因素，選擇合理玻璃，降低通過門窗的傳熱量。

(5)合理選擇中空玻璃隔層氣體性能，一般選擇充入氬氣。因?yàn)闅鍤饩哂辛己玫幕瘜W(xué)穩(wěn)定性，基本不與其它物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，而且密度比空氣重，在玻璃層間不易流動(dòng)，傳熱性能比空氣還低。

2.3 屋面節(jié)能

屋面節(jié)能的原理和外墻節(jié)能原理一樣，改進(jìn)屋面層的隔熱保溫性能，阻止熱量在屋面層的傳遞。屋頂節(jié)能措施要點(diǎn):首先，屋面保溫保溫層應(yīng)該選用密度較小，導(dǎo)熱性能很低的保溫絕緣材料。其次屋面保溫材料還應(yīng)選擇吸水率較高的材料，以防止屋面潮濕工作，降低絕緣效果。屋頂保溫隔熱常見的有以下幾種做法:

(1)導(dǎo)熱系數(shù)高、密度較大的材料不易做屋面保溫層的材料，另外，要求材料具有較小的吸水率，因?yàn)槿绻貙雍枯^高，保溫效果就會(huì)降低。若保溫材料吸水率高，則應(yīng)在屋面設(shè)排氣孔，把保溫層內(nèi)的水汽排出，保持干燥。

(2)在屋面上鋪絕熱材料，形成節(jié)能復(fù)合型屋面。具體可以選擇巖棉板聚苯板為材料，而且要通過熱工計(jì)算得出材料的厚度，另外還要注意防水。

(3)屋面做法采用倒置式，即在防水層上面設(shè)置保溫層。這樣做的好處在于:材料具有較好的防水和耐氣候性，使防水層不易老化，避免溫度劇烈變化引起防水層開裂，而且這種方式下，保溫層覆蓋了防水層，陽光不會(huì)直射到防水層上，避免防水層溫度過高，此外，保溫材料在屋面內(nèi)部的吸濕問題也得到了很好的解決，使保溫材料的使用壽命得到延長。

(4)在屋面設(shè)置架空隔熱板，與傳統(tǒng)意義上的架空板不同，架空隔熱板的特點(diǎn)在于板內(nèi)填充有玻璃棉、巖棉等保溫材料，板面與屋面之間還存在著300mm的架空距離，能夠起到通風(fēng)、散熱和隔熱等功能。

(5)做反射降溫屋頂，比如在屋面上涂上淺色的光滑材料，增強(qiáng)屋面對太陽輻射的反射能力，降低屋面內(nèi)表面溫度，這種做法也起到隔熱降溫效果。

(6)在屋面布置植被，在屋面上布置植被，在使屋頂環(huán)境得到美化的同時(shí)，也使城市景觀得到美化，而且在防止污染、調(diào)節(jié)氣溫方面具有一定的作用。而具體到建筑節(jié)能方面，被可以使建筑的保溫隔熱性能得到提高，從而降低建筑能耗。

(7)蓄水屋面的采用。在一些氣溫較高的地區(qū)，適宜采用蓄水屋面，這種屋面降溫、隔熱的作用較好，可以對太陽輻射起到遏制作用，減少大氣高溫對屋面的不利影響，使屋面得到冷卻。

2.4 地板節(jié)能

地板作為建筑的一個(gè)重要組成部分，在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)所中也是不可以忽略的。為了使節(jié)能效果更好，我國很多建筑都有地下室，地下車庫等地下空間，這位地板保溫提供了場地。一般情況下，在一樓地下板下填充高效保溫隔熱材料。

低溫地板采暖系統(tǒng)，是基于對整個(gè)地面作為散熱器，相比傳統(tǒng)采暖系統(tǒng)的熱舒適有了質(zhì)的飛躍。注入管內(nèi)60℃以下的低溫?zé)崴訜岬匕寤炷翆?。地面溫度?6°C左右，室內(nèi)溫高達(dá)16℃到20℃，這樣的做法有很多優(yōu)點(diǎn):低溫地板采暖地面溫度高于室內(nèi)的上部的溫度，讓人感覺頭冷腳熱，頭腦清醒，非常舒適;無散熱器，既增加了室內(nèi)使用空間，便于室內(nèi)裝飾;選用鋁塑復(fù)合管埋在地板混凝土中，不怕腐蝕，無結(jié)垢，基本沒有維修費(fèi)用;同時(shí)地板內(nèi)增加了保溫層，也提高了隔聲效果。有些地方地板采暖系統(tǒng)采用供電纜，采用電加熱使地板表面溫度達(dá)到20℃ ～28℃，效果也非常好。

3 案例應(yīng)用[4-6]

3.1 工程簡介

根據(jù)鄭州地區(qū)具體情況，考慮氣候、環(huán)境生態(tài)等自然因素，選擇鄭州康橋溪山御府小區(qū)為對象進(jìn)行簡要分析。該小區(qū)緊鄰金水河，交通便利，考慮了建筑朝向、日照、通風(fēng)對能耗影響，充分利用了節(jié)能技術(shù)。小區(qū)一期由三棟高層住宅組成，兩梯四戶，總建筑面積為11萬平方米。其設(shè)計(jì)指標(biāo)見表1。

表1 設(shè)計(jì)指標(biāo)

3.2 工程整體圍節(jié)能方案

圍護(hù)結(jié)構(gòu)為外墻、外窗以及外屋面，這些都是節(jié)能的關(guān)鍵因素。下面針對各個(gè)部分進(jìn)行改造，改造方法見表2。

表2 圍護(hù)改造部位

3.3 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

選擇一棟樓為例，分析門窗、屋面、外墻采用節(jié)能技術(shù)費(fèi)用增加量，采用節(jié)能技術(shù)后空調(diào)制冷制熱耗電減少量，綜合分析節(jié)能效果。

表3 費(fèi)用增加分析

建筑節(jié)能改造后增加總費(fèi)用為257.99萬元，一棟樓建筑面積為3.66萬平方米，增加建筑成本為70元/m2，鄭州地區(qū)采用階梯電價(jià)，180度以內(nèi)為0.56元，150度 ～230度為0.61，230度以上為0.86元。五年以上貸款基準(zhǔn)利率為6.55%，建筑物暫取壽命70年(高層壽命更長)。鄭州冬季寒冷，夏季炎熱，采用節(jié)能技術(shù)后，全年累計(jì)節(jié)約空調(diào)基本上達(dá)到30%。

外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造后，后期維護(hù)成本基本上沒有。因此采用動(dòng)態(tài)投資回收期計(jì)算，按使用70年壽命，利率為6.55%，減少空調(diào)能耗為30%，計(jì)算出動(dòng)態(tài)投資回收期為7年，國際上通用的住宅建筑節(jié)能回收期為8年，符合要求。

4 結(jié)束語

本文針對圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)，從墻體、門窗、屋面、地板方面進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述。并以一個(gè)小區(qū)為例，對圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析。本應(yīng)用案例驗(yàn)證了采用圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)，在成本增加不多的情況下，極大的降低了建筑能耗，基本上達(dá)到了發(fā)達(dá)國家水平要求，充分顯示了建筑節(jié)能的經(jīng)濟(jì)效果及其優(yōu)越性。

[1]楊金強(qiáng)，住宅建筑節(jié)能方法研究.青島理工大學(xué)，2011.

[2]楊環(huán)，建筑節(jié)能技術(shù)在建筑中推廣應(yīng)用 .西南交通大學(xué)，2011.

[3]趙立.成都地區(qū)建筑節(jié)能評(píng)價(jià)體系分析[M].四川建筑科學(xué)，2012 ，38(4):321.

[4]楊銳，王兆 .民用建筑節(jié)能技術(shù)應(yīng)用探討[M].徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010.

[5]馬秀力，范學(xué)平 .建筑節(jié)能技術(shù)探討[M].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2011.

[6]唐洪樂.談建筑節(jié)能[M].山西建筑，2010，36(9):238-239.