圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫與隔熱

韓瑩

摘要本文簡(jiǎn)述了建筑傳熱原理、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫與隔熱的構(gòu)造要求和工程問(wèn)題

關(guān)鍵詞節(jié)能、傳熱、建筑保溫、建筑隔熱

中圖分類號(hào)：TE08 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

引言

在我國(guó)一次能源消耗中，建筑能耗占有較大比重。隨著我國(guó)能源消耗的飛速增長(zhǎng)，尤其在當(dāng)前我國(guó)電力、煤炭等能源供應(yīng)日趨緊張的情況下，如何降低建筑能耗對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展十分重要。通過(guò)加強(qiáng)建筑物的保溫隔熱能力，可以有效降低建筑物的能耗；達(dá)到節(jié)能的目的。因此國(guó)家對(duì)建筑節(jié)能工作也十分重視，相繼出臺(tái)了《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住建筑部分)》、《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)，并制定了建筑節(jié)能50％的目標(biāo)。同時(shí)指出由于過(guò)去夏熱冬冷地區(qū)不采暖、不空調(diào)，居住建筑的設(shè)計(jì)對(duì)保溫隔熱問(wèn)題重視不夠，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能普遍很差，使得該地區(qū)的采暖、空調(diào)能源消耗非常大，從而造成自然資源的浪費(fèi)，還污染了自然環(huán)境，影響國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展步伐。因此建筑節(jié)能工作除了提高采暖和空調(diào)的能源利用效率，還必須改善建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫和隔熱性能?，F(xiàn)建筑節(jié)能工作越來(lái)越受到人們的重視，我國(guó)不少的城市居住建筑已制定節(jié)能65%的目標(biāo)。

1建筑傳熱原理

凡是一個(gè)物體的各個(gè)部分或者物體與物體之間存在著溫度差，就必然有熱能的傳遞、轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的發(fā)生。圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱就是由于室內(nèi)外存在溫差導(dǎo)致的。

1.1影響建筑傳熱的因素

傳熱的基本方式分為三種：導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過(guò)程是一個(gè)綜合的過(guò)程，做好節(jié)能工作則需要了解每一個(gè)傳熱方式的形成原因及影響因素，這對(duì)于選擇保溫或隔熱材料起到關(guān)鍵性的指導(dǎo)作用。

1.1.1影響導(dǎo)熱的因素

導(dǎo)熱是由溫度不同的質(zhì)點(diǎn)（分子、原子、自由電子）在熱運(yùn)動(dòng)中引起的熱能傳遞現(xiàn)象。其受到以下因素影響：

1）材料材質(zhì)的影響：由于不同材料的組成成分或者結(jié)構(gòu)不同，其導(dǎo)熱性能也就各不相同，甚至相差懸殊，工程上常把導(dǎo)熱系數(shù)小于0.3W/(m.k)的材料稱為絕熱材料，做保溫隔熱之用。

2）材料干密度的影響：材料的干密度反映材料的密實(shí)的程度，材料愈密實(shí)干密度愈大，材料內(nèi)部的空隙愈少，其導(dǎo)熱性能也就愈強(qiáng)。因此，在同一類材料中，干密度是影響其導(dǎo)熱性能的重要因素。

3）材料的含濕量的影響：在自然條件下，一般非金屬材料常常并非絕對(duì)干燥，而是在不同程度上含有水分，表明在材料中水分占據(jù)了一定體積的孔隙。含濕量愈大，水分所占有的體積愈多。水的導(dǎo)熱性能約比空氣高20倍，因此，材料含濕量的增大必然使導(dǎo)熱系數(shù)值增大。因此，在工程設(shè)計(jì)，材料的生產(chǎn)、運(yùn)輸、堆放、保管及施工過(guò)程對(duì)濕度的影響都必須予與重視。常用的保溫材料中，聚氨酯泡沫板由于其泡沫均為封閉體，水不宜浸透，所以可使用于潮濕環(huán)境，如地下保溫。

1.1.2影響對(duì)流的因素

對(duì)流是由于溫度不同的各部分流體之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)、互相摻合而傳遞熱能。對(duì)流換熱分為自然對(duì)流換熱與受迫對(duì)流受熱。自然對(duì)流是普通的對(duì)流，而受迫對(duì)流是當(dāng)流體與緊鄰的固體表面之間存在溫度差，但同時(shí)流體又受到其他氣流的擾動(dòng)而產(chǎn)生的現(xiàn)象。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，風(fēng)是受迫對(duì)流的主要影響因素。

而建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，主要考慮氣流狀況是自然對(duì)流還是受迫對(duì)流；構(gòu)件是處于垂直、水平或者傾斜；壁面是有利于氣流流動(dòng)還是不利于流動(dòng)；傳熱方向是由下而上或是由上而下等主要影響因素。在建筑工程中，墻體的空氣夾層的構(gòu)造及屋頂設(shè)置空氣夾層隔熱構(gòu)造，對(duì)流是主要影響因素。

1.1.3影響輻射的因素

凡是溫度高于絕對(duì)零度的物體，由于物體原子的中子振動(dòng)或激動(dòng)，就會(huì)從表面向外界輻射電磁波，其中波長(zhǎng)在0.4~40um范圍內(nèi)的電磁波為熱射線。通過(guò)熱射線傳播熱能就稱為輻射傳熱。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，主要受到材料界面色彩，光滑度，反射度等因素影響。

1.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱過(guò)程

在建筑物理中，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過(guò)程分為穩(wěn)定傳熱過(guò)程和周期性傳熱過(guò)程。穩(wěn)定傳熱是假設(shè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)、外熱作用都不隨時(shí)間而變。但實(shí)際上，室內(nèi)外熱環(huán)境都在變化，圍護(hù)結(jié)構(gòu)受到的熱作用也會(huì)不同程度地隨時(shí)間而變化。

2建筑保溫隔熱

對(duì)于室內(nèi)熱環(huán)境條件有要求的房屋建筑，為了使室內(nèi)熱環(huán)境滿足人們正常工作和生活的需要，常常需要在室內(nèi)設(shè)置采暖設(shè)備或制冷設(shè)備，如果圍護(hù)結(jié)構(gòu)沒(méi)有采取合理的保溫與隔熱措施，勢(shì)必增加建筑的能耗，也可能帶來(lái)相應(yīng)的隱患或造成損失

2.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫構(gòu)造

常見圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫構(gòu)造類型

1）保溫、承重合二為一

指的是承重材料或構(gòu)件除具有足夠的力學(xué)性能外，同時(shí)還具有足夠的熱阻值。例如粘土磚，加氣混凝土砌塊、混凝土空心砌塊等。常用于對(duì)保溫要求不高的建筑。

2）單設(shè)保溫層

承重材料僅具有足夠的力學(xué)性能，而導(dǎo)熱系數(shù)很大，在結(jié)構(gòu)要求厚度內(nèi)，熱阻遠(yuǎn)不能滿足保溫要求，采用導(dǎo)熱系數(shù)較小的材料作保溫層，鋪設(shè)或粘貼在承重層上。

3）復(fù)合構(gòu)造

當(dāng)單獨(dú)用某一種方式已不能滿足功能要求時(shí)，由于技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面不合理，或者施工甚為困難時(shí)往往采用復(fù)合構(gòu)造。常用的復(fù)合構(gòu)造是采用墻體加設(shè)單層或多層封閉空氣間層與帶反射材料的封閉空氣間層。

此種構(gòu)造既能有效增大熱阻，滿足保溫性能的要求，也可以減輕圍護(hù)結(jié)構(gòu)自重，使承重結(jié)構(gòu)更經(jīng)濟(jì)合理。

在建筑工程中，設(shè)置保溫層的位置對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的使用質(zhì)量、造價(jià)、施工等都有很大影響。保溫層設(shè)置的位置要求我們根據(jù)建筑物的實(shí)際實(shí)用功能來(lái)選用。如對(duì)于影戲劇院、體育場(chǎng)館等一些人集中使用的場(chǎng)所，要求供熱或制冷速度快，應(yīng)該優(yōu)先選用內(nèi)保溫材料。而對(duì)于居室、辦公樓

等場(chǎng)所，熱穩(wěn)定要求較高，不宜選用內(nèi)保溫，應(yīng)選用外保溫的做法。外保溫有如下優(yōu)點(diǎn)：1）可利用承重墻體如磚砌體、鋼筋混凝土等材料熱容量高的特性，提高房間熱穩(wěn)定性；2）對(duì)防止或減少保溫層內(nèi)部產(chǎn)生凝結(jié)水和防止圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱橋部位內(nèi)表面局部結(jié)露都有利；3）可有效保護(hù)主體結(jié)構(gòu)，降低主體結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度應(yīng)力的起伏，提高結(jié)構(gòu)耐久性。 當(dāng)布置保溫層在兩個(gè)結(jié)構(gòu)層中央，這種方式對(duì)保溫材料的強(qiáng)度要求不高，但不宜在兩邊均為非透氣材料的結(jié)構(gòu)層內(nèi)使用；因?yàn)橐坏┦┕](méi)有嚴(yán)格控制保溫材料的濕度，可能使保溫層長(zhǎng)期處于潮濕狀況，使圍護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)不到應(yīng)有的保溫性能。

公共建筑常見外保溫構(gòu)造節(jié)點(diǎn)

在房屋建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，有一些異常部位，包括門窗洞口、外墻體轉(zhuǎn)角、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌入體、地面等。對(duì)于這些部位，我們稱之為‘熱橋或‘冷橋；在設(shè)計(jì)上需要采取一些措施來(lái)減少這些部位對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能的影響，如下：

1）提高門窗本身的保溫性能，在門窗洞口周邊設(shè)置保溫層。門窗不宜內(nèi)側(cè)平齊；

2）在窗的內(nèi)側(cè)或雙層窗的中間掛窗簾是提高窗戶保溫能力的一種靈活、簡(jiǎn)單的方法；

3）設(shè)計(jì)中避免貫通式‘熱橋；

4）校核外墻與屋面的熱橋部位的內(nèi)表面溫度不應(yīng)低于室內(nèi)空氣露點(diǎn)溫度而導(dǎo)致結(jié)露；

5）熱橋部位加設(shè)保溫，控制熱橋。

2.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱構(gòu)造

對(duì)于炎熱地區(qū)，夏季時(shí)間長(zhǎng)，需要采取必要的隔熱措施，防止室內(nèi)過(guò)熱，減少對(duì)人們的生活與工作的影響。設(shè)計(jì)中，建筑隔熱主要考慮屋頂隔熱與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的西曬。

常見圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱措施：

1）采用淺色外飾面，減少當(dāng)量溫度；

由于太陽(yáng)輻射熱直接作用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)，采用淺色飾面可以增大表面輻射能力，減少輻射得熱。設(shè)計(jì)中常常忽視屋面表面材料的輻射換熱。采取此類隔熱方法要求合理選用材料，注意周邊建筑環(huán)境，減少對(duì)周邊環(huán)境的影響，杜絕光污染。

2）西墻開設(shè)窗口時(shí)，增設(shè)遮陽(yáng)措施；

通過(guò)遮陽(yáng)措施，遮擋太陽(yáng)直射輻射通過(guò)窗口進(jìn)入室內(nèi)，減少對(duì)人體與室內(nèi)的直接熱輻射。

3）增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱阻與熱惰性；

這種構(gòu)造方式不僅具有隔熱的性能，冬季也能起到保溫的作用，常用于辦公、學(xué)校或空調(diào)建筑。

4）通風(fēng)隔熱、水隔熱、植被隔熱

通風(fēng)隔熱屋面是通過(guò)屋頂內(nèi)部的通風(fēng)帶走面層傳下的熱量而達(dá)到隔熱目的，構(gòu)造方式較多，常用于南方沿海地區(qū)民居。水隔熱屋頂是通過(guò)水蒸發(fā)吸收大量汽化熱的原理，有蓄水、淋水和噴水等形式，隔熱效果顯著，但需要經(jīng)常補(bǔ)水維護(hù)。植被隔熱屋面是利用植物光合作用蒸發(fā)散熱量，同時(shí)利用植物培植材料的熱阻與熱惰性來(lái)綜合隔熱。植被隔熱有很好的環(huán)境效益，被廣泛使用于大型公建。

現(xiàn)在設(shè)置空調(diào)的房間已非常普遍，建筑設(shè)計(jì)中必須綜合考慮保溫及隔熱效果，來(lái)降低建筑物采暖及空調(diào)能耗。

3保溫材料的工程應(yīng)用

在工程設(shè)計(jì)中，常常由于某些原因遺漏一些細(xì)節(jié)，如考慮計(jì)算墻體及屋面的保溫設(shè)計(jì)，常忽略冷橋部位的處理，有可能導(dǎo)致墻體內(nèi)表面結(jié)露的危害。

右圖是女兒墻上部保溫施工照片，墻體采用的是圖1的構(gòu)造方式。此類構(gòu)造很容易遺漏女兒墻的內(nèi)側(cè)與屋面保溫處的處理，使女兒墻內(nèi)側(cè)成為熱橋，有可能導(dǎo)致室內(nèi)冷凝的出現(xiàn)。此類構(gòu)造還需注意外飾面的密封，要求避免雨水進(jìn)入夾層，導(dǎo)致保溫材料潮濕，直接影響材料的保溫性能。金屬固定件處的熱橋，由于采用的是點(diǎn)式固定，觸點(diǎn)較少及不會(huì)引起房間室內(nèi)表面結(jié)露，設(shè)計(jì)中可不處理。

右圖是門洞口處施工未完成的照片，此類是圖3的構(gòu)造方式，保溫板與墻體之間有150的空氣夾層，在門窗洞口等各處收口處理要求較高，夾層空氣層必需封閉，如果封閉不嚴(yán)，可能導(dǎo)致內(nèi)部空氣與外部空氣進(jìn)行直接對(duì)流熱交換，直接降低了保溫的效果，其次，如果門窗收邊處沒(méi)有保溫收邊，那么收邊就會(huì)與夾層空氣進(jìn)行熱交換，保溫性能也會(huì)有所降低。

除了存在工程設(shè)計(jì)缺陷外，在一些現(xiàn)場(chǎng)的施工當(dāng)中，也存在很多由于施工問(wèn)題導(dǎo)致的保溫失效的問(wèn)題。隨著建筑保溫及隔熱技術(shù)的廣泛使用，設(shè)計(jì)和施工技術(shù)都將慢慢走向成熟。

4結(jié)語(yǔ)

房屋建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中不應(yīng)僅僅考慮建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)自身的構(gòu)造措施，還應(yīng)結(jié)合建筑物的周邊環(huán)境，合理地進(jìn)行場(chǎng)地設(shè)計(jì)，建筑選型在考慮美觀、經(jīng)濟(jì)的條件下盡量規(guī)整，這對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱都有重要的意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 西安冶金建筑學(xué)院主編. 建筑物理.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1987。

[2] 中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn). 公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) GB 50189-2005。