高層建筑的圍護結(jié)構(gòu)墻體節(jié)能技術(shù)及方法研究

羅 磊，汪 斌

（1.黃山學院，安徽 黃山 245041；2.西安建筑科技大學，陜西 西安 710055）

在建筑工程施工環(huán)節(jié)中，其能源消耗非常大.我國很多高層建筑施工中，經(jīng)常采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，施工中會涉及熱橋，導致外圍護結(jié)構(gòu)墻體會消耗大量的能源.所以，在高層建筑施工中，應(yīng)該結(jié)合節(jié)能減排理念，完善節(jié)能技術(shù)，從而更好地促進建筑行業(yè)的發(fā)展.

1 高層建筑和圍護結(jié)構(gòu)

1.1 高層建筑

高層建筑低層建筑相對，在不同的管轄范圍內(nèi)其高度不同，它被用作住宅，辦公樓或其他功能包括酒店、零售或多種用途的組合建筑.住宅高層建筑也稱為塔樓，代表“多功能住宅單元”隨著電梯的發(fā)明和建筑材料的豐富，高層建筑的數(shù)量越來越多.用于高層建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的材料是鋼筋混凝土和鋼，大多數(shù)北美風格的摩天大樓都有鋼架，而住宅區(qū)通常由混凝土建造，塔樓和摩天大樓之間沒有明顯的區(qū)別.

高層建筑結(jié)構(gòu)對結(jié)構(gòu)和巖土工程提出了特殊的設(shè)計挑戰(zhàn)，特別是位于地震活動區(qū)域或下層土壤具有巖土風險因素，如高壓縮性或海灣泥漿.在高層建筑如果處于火災等情況下，它們也對消防員構(gòu)成嚴峻挑戰(zhàn).新舊建筑設(shè)計，建筑立管系統(tǒng)，暖通空調(diào)系統(tǒng)，消防水噴淋系統(tǒng)以及樓梯間和電梯疏散等建筑系統(tǒng)都存在嚴重問題，通常需要進行研究以確保解決行人風的舒適性和風險問題.高層建筑在人口密度高的地區(qū)具有技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢，并且已成為世界上幾乎所有人口稠密的城市地區(qū)住房的獨特特征，與低層建筑相比高層建筑每單位面積的土地可容納更多居民，并降低市政基礎(chǔ)設(shè)施的成本.

1.2 圍護結(jié)構(gòu)

建筑圍護結(jié)構(gòu)是外部的所有元件，可保持干燥、保溫和冷卻，維持良好的室內(nèi)環(huán)境并有助于室內(nèi)溫度控制.建筑圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑和工程實踐的一個專業(yè)領(lǐng)域，它來自建筑科學和室內(nèi)氣候控制的所有領(lǐng)域.建筑圍護結(jié)構(gòu)的許多功能可分為三類：支持（抵抗和轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)和動態(tài)負載），控制（所有類型的物質(zhì)和能量的流動），完成（以滿足內(nèi)部和外部所需的美學）.

2 影響建筑節(jié)能的因素

2.1 高層建筑外圍護墻體對節(jié)能造成的影響

在高等建筑施工環(huán)節(jié)中，對節(jié)能環(huán)境理念造成影響的主要因素是外圍護墻體，其消耗的能源非常多.結(jié)合相關(guān)的數(shù)據(jù)調(diào)查分析，我國很多地區(qū)的高層建筑施工中，會出現(xiàn)變形嚴重的問題，導致建筑外漏.所以，在建筑工程施工環(huán)節(jié)中，應(yīng)該降低結(jié)構(gòu)的復雜性，減少能源的消耗.在高層建筑施工環(huán)節(jié)中，相關(guān)工作人員應(yīng)該充分重視外圍墻體節(jié)能施工，結(jié)合科學的保護措施，對外界環(huán)境進行分析的基礎(chǔ)上，完善施工.

2.2 墻體節(jié)能在建筑節(jié)能中作用重大

在高層建筑外圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計中，墻體的作用非常大，如果墻體設(shè)計不合理，也會產(chǎn)生巨大的能源消耗.我國傳統(tǒng)的墻體基恩設(shè)計中，一般是采用混凝土材料增加墻體的厚度，從而提升墻體的自保溫效果.隨著我國科學技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)墻體節(jié)能技術(shù)已經(jīng)不能滿足高層建筑施工的要求，在施工中，如果還是采用增加混凝土的方式，不僅僅會導致工程成本的提升，而且施工效果也不好.隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，建筑施工單位已經(jīng)非常重視墻體節(jié)能方式的改進，結(jié)合建筑工程施工特征，結(jié)合施工場地的自然環(huán)境，選擇合適的保溫材料，采用科學的施工技術(shù)，從而使高層建筑圍護結(jié)構(gòu)自身起到節(jié)能效果.在高層建筑工程施工中，工作人員應(yīng)該重視建筑節(jié)能效果，建立一套合理的管理體系，對墻體自身節(jié)能體系進行嚴格的控制，防止施工過多的受外界環(huán)境的影響，使墻體可以充分發(fā)揮自身的價值，在高層建筑施工中節(jié)省能源.

2.3 高層建筑的圍護結(jié)構(gòu)墻體節(jié)能技術(shù)

高層建筑在實際的施工環(huán)節(jié)中，圍護建筑結(jié)構(gòu)墻體節(jié)能工程發(fā)揮重要作用，在施工中應(yīng)該結(jié)合外部環(huán)境，對施工環(huán)節(jié)進行嚴格管理，確保建筑施工可以達到節(jié)能減排的效果.

2.4 高層建筑圍護結(jié)構(gòu)墻體節(jié)能方法

結(jié)合相關(guān)的數(shù)據(jù)分析，高層建筑工程在實際施工環(huán)節(jié)中，工作人員應(yīng)該完善對圍護結(jié)構(gòu)墻體節(jié)能技術(shù)的重視，要對建筑工程的朝向設(shè)計和外立面設(shè)計合理分配，提升設(shè)計效果，確保高層建筑圍護競購墻體施工中可以充分地利用資源.在這種情況下，相關(guān)部門要高度重視，研究圍護結(jié)構(gòu)墻體節(jié)能的方法，對外界環(huán)境分析的基礎(chǔ)上，進行嚴格控制.

3 高層建筑圍護結(jié)構(gòu)墻體節(jié)能及時措施和設(shè)計要點

建筑的能耗水平與建筑圍護結(jié)構(gòu)、空調(diào)設(shè)備和電氣設(shè)計息息相關(guān)，也與人們使用的各類電氣設(shè)備相關(guān).在能耗中大部分都是圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的能耗占總能耗的三分之二以上.高層建筑圍護結(jié)構(gòu)散失的熱量可以達到整個建筑熱量損失的四分之三，外墻的熱損失占據(jù)圍護結(jié)構(gòu)的30%.所以，在高層建筑節(jié)能設(shè)計中，應(yīng)該重點進行維護結(jié)構(gòu)設(shè)計中.墻體、屋面和門窗等建筑圍護結(jié)構(gòu)，在設(shè)計中，應(yīng)該結(jié)合建筑的整體形態(tài)，對窗墻比和遮陽系數(shù)等進行分析，從而可以有效地控制建筑的能耗水平.

3.1 高層建筑墻體節(jié)能技術(shù)

墻體在圍護結(jié)構(gòu)中的能耗占25%-40%，外墻占墻體消耗的絕大部分.因此，高層建筑施工環(huán)節(jié)中，應(yīng)該著力改善墻體的性能，提升墻體的保溫性和隔熱性能.

3.1.1 外墻自保溫系統(tǒng)

外墻自保溫系統(tǒng)指的是采用多孔隙并且質(zhì)量輕的自保溫材料，從而提升維護結(jié)構(gòu)的熱陰值，從而節(jié)省保溫結(jié)構(gòu)的成本，使外墻自保溫系統(tǒng)的保溫隔熱性能得到提升，從而減少建筑物與環(huán)境之間的熱交換次數(shù)，提升保溫隔熱的效果.通過熱絕緣材料的使用，如聚苯乙烯泡沫塑料和新型墻體材料的應(yīng)用，提升建筑外墻的隔熱效果.外墻自保溫系統(tǒng)在高層建筑中應(yīng)用可以發(fā)揮很好的效果，保溫墻體可以延長建筑物的使用年限，可以與各類墻面裝飾材料結(jié)合使用，使外墻飾面裝飾可以有更多的選擇.其成本較低，可以提升建筑施工企業(yè)的經(jīng)濟效益.保溫材料可以復合使用，產(chǎn)品的種類更加廣泛，具有更多的選擇性.隨著各類新型墻體材料的研發(fā)，保溫材料推陳出新，各類新型材料朝著經(jīng)濟性發(fā)展.在外墻中間采用保溫和隔熱措施，可以使墻體與外界發(fā)揮更好的防護效果.

在實際的應(yīng)用中，外墻自保溫系統(tǒng)可以采用正壓加氣混凝土砌塊和頁巖燒結(jié)保溫空心砌塊的方式.前者使用的材料主要有水泥和石灰等，將原材料經(jīng)過打磨和攪拌后，形成輕質(zhì)的混凝土材料.其密度和熱導率都非常小，強度很高，可以提升建筑的整體質(zhì)量.后者主要是采用空心磚制成，通過高壓擠塑的方式，采用1000攝氏度以上的高溫燒結(jié)，最終形成材料.這種材料的物理性能非常好，起到很好的抗壓強度，干收縮率小.

3.2 外墻復合保溫系統(tǒng)的應(yīng)用

在外墻外保溫系統(tǒng)應(yīng)用中，保溫層和保護層采用膠黏劑等材料合成，外墻結(jié)構(gòu)以結(jié)構(gòu)復合體的方式，提升了外墻保溫隔熱的效果.采用這種方式消除了“熱橋”的影響，外保溫系統(tǒng)對墻角等部位進行處理，可以有效地防止“熱橋”產(chǎn)生.外墻外保溫系統(tǒng)可以確保室內(nèi)溫度處于恒定，起到很好的隔熱效果.外墻復合保溫系統(tǒng)可以保持室內(nèi)溫度，還能改善室內(nèi)熱環(huán)境，圍護結(jié)構(gòu)一般是由大量的砌體構(gòu)成，所以其儲熱能力非常好，當室內(nèi)的氣溫出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況后，墻體結(jié)構(gòu)可以通過吸收或者釋放熱量的方式，確保室內(nèi)溫度保持恒定.針對主體結(jié)構(gòu)來說，保溫系統(tǒng)起到外側(cè)的保護屏障效果，使建筑物的使用年限增加.磚墻或者混凝土墻體受到覆蓋在外側(cè)的保溫層的保護，盡管室外的環(huán)境處于動態(tài)的變化中，但是主體結(jié)構(gòu)溫度在保溫層的保護下不會產(chǎn)生太大的變化，不會產(chǎn)生太大的熱應(yīng)力.所以，當外墻主體生裂縫情況的概率會降低.通過外墻復合保溫系統(tǒng)的應(yīng)用，可以對建筑物進行節(jié)能改造.傳統(tǒng)的建筑節(jié)能改造一般是通過增加外保溫的方式，這種方式施工便捷，而且可以在短期內(nèi)完成施工.

3.3 墻體保溫系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)該注意的問題

3.3.1 熱效應(yīng)

保溫墻體會很大程度上受到極端天氣的影響，無論使氣溫的變化還是天氣情況的變化，都會對整個保溫系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響.建筑在長期的太陽暴曬后，突然經(jīng)受暴雨的襲擊，就會導致外墻表面產(chǎn)生一定的損壞.為了有效地防止在溫度急劇變化下導致的裂縫問題，在墻體施工中應(yīng)該合理的設(shè)計伸縮縫.在進行墻體門窗洞口、邊角處設(shè)計環(huán)節(jié)中，應(yīng)該采取措施，防止裂縫產(chǎn)生.

3.3.2 水密性

由于氣候變化無常，施工材料在長時間的儲存中會出現(xiàn)變質(zhì)，材料中水分的含量會逐漸降低，導致墻體的熱島系數(shù)發(fā)生很大的變化.在靜態(tài)控制導熱系數(shù)分析中，當保溫材料受潮后，材料的孔隙中會含有大量的水分.保溫材料在冬季或者寒冷的天氣中，材料的孔隙中會出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，這時導熱系數(shù)會增加.因此，導熱系數(shù)會對材料的絕緣性能產(chǎn)生很大的影響，很多材料的絕緣性能與保溫性能成反比，所以，在進行墻與墻連接縫的設(shè)計中，應(yīng)該采取保護措施，材料盡量具備較好的防水心梗，防止水分滲入到墻體中.

3.3.3 防火安全

墻體保溫體系的防火安全性能主要從以下幾個方面考慮，其一要分析點活性，保溫體系在存在火源的情況下，體系自身是否會被點燃.其二要考慮傳播性，在出現(xiàn)火災時，保溫體系是否具有較好的火焰?zhèn)鞑ツ芰Γ治霾牧蠁晤~扛活性能和低于外部火源攻擊的性能.

3.3.4 抗風壓

建筑物的風荷載指的是在空氣流動的環(huán)節(jié)中，建筑物表面產(chǎn)生壓力或者吸力，二者與建筑物的高度和周圍環(huán)境相關(guān).建筑物越高，風荷載作用就越強.

4 結(jié)語

如今，我國社會經(jīng)濟發(fā)展非常迅速，人們的生活水平在提升，節(jié)能環(huán)保理念深入人心.在建筑行業(yè)發(fā)展的同時，高層建筑施工應(yīng)該完善圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能技術(shù).高層建筑設(shè)計和施工中，應(yīng)該落實好節(jié)能環(huán)保的理念，促進建筑行業(yè)進一步發(fā)展.