試論裝配式建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能技術(shù)

展曉東

（江蘇中森建筑設(shè)計有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江212009）

裝配式建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)由內(nèi)部圍護(hù)結(jié)構(gòu)和外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)共同組成，以鋼筋結(jié)構(gòu)住宅為裝配式建筑基礎(chǔ)，設(shè)計人員需要根據(jù)住宅的地理位置和氣候條件，對裝配式建筑的外圍結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和調(diào)研，完善建筑體外圍的節(jié)能設(shè)計和實行。建筑體在施工時應(yīng)考慮窗戶、樓板、外墻體的節(jié)能效果，提升低碳減排的設(shè)計功能，進(jìn)一步完善節(jié)能的設(shè)計效果，以此促進(jìn)我國裝配式建筑外圍結(jié)構(gòu)行業(yè)的發(fā)展，對于推動環(huán)保理念住宅有著重大意義。

1 裝配式建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計概述

1.1 裝配式建筑外圍結(jié)構(gòu)節(jié)能概念

裝配式建筑對于施工的質(zhì)量要求較高，施工速率和傳統(tǒng)的施工速率較快，一定程度上節(jié)省人力施工成本的投入。尤其是在寒冷地帶，受到氣候的制約，裝配式建筑外圍所用的構(gòu)件主要在廠房內(nèi)進(jìn)行加工生產(chǎn)，外墻板和內(nèi)墻板主要在工廠進(jìn)行批量生產(chǎn)，通過現(xiàn)場盡心安裝作業(yè)，對現(xiàn)場澆筑的環(huán)節(jié)大大降低，一定程度上提升整體的施工效率。裝配式施工按照裝修一體化的設(shè)計原理，加快施工的速率和整體的效率，在一定程度上提高施工的質(zhì)量，同時保證施工的速度在合同的有效周期內(nèi)。對于構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，利用先進(jìn)的監(jiān)管技術(shù)實現(xiàn)安全管理，根據(jù)主體的施工流程同步完成。在建筑外圍的設(shè)計上，保證建筑的節(jié)能效果，按照出臺的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行熱工性指標(biāo)檢驗和評估，保證外圍耗能的節(jié)約。

1.2 裝配式建筑外圍節(jié)能影響因素

對于建筑外圍裝配式的節(jié)能設(shè)計，應(yīng)考慮以下兩點影響因素，一個是采暖因素，一個是制冷因素。內(nèi)因在于建筑體的自身因素，建筑建成的朝向、建筑的形體系數(shù)、外圍的結(jié)構(gòu)形式都影響內(nèi)因的形成，設(shè)計參數(shù)對建筑體的總負(fù)荷情況造成影響，在裝配式建筑外圍設(shè)計之初，設(shè)計人員要考慮建筑自身負(fù)荷的影響，提高建筑外圍的節(jié)能效果，達(dá)到設(shè)計節(jié)能的要求標(biāo)準(zhǔn)。外因體現(xiàn)在建筑體內(nèi)外熱環(huán)境的干擾因素，包括室內(nèi)外的溫濕度、太陽的輻射強度、住宅內(nèi)人與設(shè)備活動產(chǎn)生的能量等。設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)勘測的數(shù)據(jù)，對設(shè)計方案進(jìn)行調(diào)整，保證節(jié)能設(shè)計理念不受這些外因因素干擾，在夏冬兩季，通過暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行，對室內(nèi)外的溫濕度控制在恒定數(shù)值，保證空間的保溫制冷效果，實現(xiàn)低碳減排環(huán)保的理念。

2 裝配式建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

裝配式建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)為四大圍護(hù)結(jié)構(gòu)，包含門窗、墻體屋頂和地面。按照面積的能量損失率進(jìn)行對比，能量損失最大的就是門窗，能力損失最小就是屋頂，而對于圍護(hù)節(jié)能的理念，應(yīng)從門窗、墻體和屋頂入手，建立可持續(xù)發(fā)展的節(jié)能觀念，開發(fā)高效、經(jīng)濟保溫、隔熱良好的建筑材料，利用新型技術(shù)，實現(xiàn)門窗保溫、隔熱性能良好的密閉系統(tǒng)，降低維護(hù)結(jié)構(gòu)能量的損失。

2.1 門窗

門窗的熱量損耗最大，因此必須提高門窗的氣密性能。在門窗的設(shè)計上，選用密封性能良好的門窗材料，在門窗的外圍選用保溫性能和透氣性能良好的鋁鋼密封框架，框架的材質(zhì)為彈性輕型材質(zhì)，框架和玻璃之間可以用玻璃膠進(jìn)行縫隙的密封。在門窗裝配式的設(shè)計上，要遵循嚴(yán)格的操作工藝，按照安裝的流程進(jìn)行操作，完善安裝的質(zhì)量檢測和監(jiān)督管理，保證門窗的保溫性能和透氣性能。

2.2 屋頂

對于屋頂?shù)耐鈬O(shè)計，針對平頂屋頂、坡度屋頂?shù)脑O(shè)計實例，分析屋頂綠化和屋頂儲水的節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。屋頂綠化可以提升建筑的空氣循環(huán)利用體系，但屋頂?shù)木G化要嚴(yán)格關(guān)注病蟲害對屋頂?shù)那治g問題。屋頂?shù)男钏梢哉{(diào)節(jié)建筑整體的水循環(huán)利用，但屋頂必須做好防漏法人防護(hù)措施?，F(xiàn)在新型的住宅模式，采用可控性的玻璃屋頂，通過自動升降技術(shù)，自動調(diào)整玻璃對光照的翻身，改變屋頂熱量的散失，因此提升屋頂?shù)谋毓δ?，在追求造型美觀前提下，實現(xiàn)建筑的節(jié)能功效。

2.3 外墻

對于外墻外圍的設(shè)計，提出熱橋的保溫要求，熱橋主要指在外墻結(jié)構(gòu)住的主體部分，存在的保溫能力遠(yuǎn)小于主體部分嵌入構(gòu)件的保溫能力。在節(jié)能建筑的設(shè)計，要注重保溫的功效，因此熱橋點就成為圍護(hù)設(shè)計的薄弱環(huán)節(jié)，設(shè)計者應(yīng)掌握實際的建筑構(gòu)造，根據(jù)熱橋的種類和耗能特點，選用合理設(shè)計方案，實現(xiàn)外墻的保溫功能和散熱效果。

3 裝配式建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計策略

3.1 窗墻比節(jié)能設(shè)計

外窗設(shè)計一般選用輕薄的材質(zhì)結(jié)構(gòu)，且外窗屬于耗能的薄弱環(huán)節(jié)，普通的單層玻璃在夏季的降溫和冬季的保溫耗能達(dá)到60%，只有解決外傳耗能的問題，才能控制室內(nèi)的溫度變化，在設(shè)計上對穿墻比進(jìn)行計算。根據(jù)地域的氣候，設(shè)計合理的穿墻比。在夏季干燥炎熱地帶，由于太陽輻射大，夜間的溫差大，因此外窗的設(shè)計成封閉式，采用較小的穿墻比，減少白天熱量的照射，在夜晚也起到保溫的效果。同時較小的窗墻比可以提升內(nèi)部的恒濕功能，保證炎熱地帶室內(nèi)蘊含濕潤的氣體流動。而在溫潤地帶，由于濕氣過多，在晨間尤為明顯，因此穿墻比的設(shè)計要大，夏季為南北朝向的通風(fēng)，冬季獲得廣泛的陽光照射，以此提升室內(nèi)的保溫性能。

3.2 門窗熱工性能節(jié)能設(shè)計

除調(diào)節(jié)穿墻比措施外，也要對玻璃門窗的熱工性能進(jìn)行調(diào)整。在門窗的設(shè)計上考慮低輻射或熱斷橋處理的門窗材料，還要注重窗墻間與框扇間接縫處的氣密性。門窗在材質(zhì)的選擇上，一般使用鋼塑框架和木塑框架，這兩種材質(zhì)的框架在節(jié)能效果優(yōu)良。同時也要增加外墻玻璃窗的遮陽功效，可在玻璃間層中安裝百葉和格柵，或在水平處安置外部遮陽設(shè)備，都可有效阻斷熱量的散失，起到隔熱的作用。門傳熱工性節(jié)能的設(shè)計遵循能量守恒定律，只有阻斷熱量的散失，才能在夏季保證室內(nèi)冷空氣流動，而在冬季保證保溫的功能。

3.3 屋頂?shù)墓?jié)能設(shè)計

通過數(shù)據(jù)表明，屋頂?shù)暮哪苷紦?jù)建筑整體耗能的7%。在夏季，屋頂?shù)氖覂?nèi)溫度高于其他層面3 度，在完善外窗的保溫性能之后，要加強屋頂?shù)母魺峁δ?，從?jié)能的實際角度出發(fā)，根據(jù)以下幾點闡述屋頂?shù)墓?jié)能設(shè)計。

3.3.1 高效保溫材料保溫屋面

保溫屋頂?shù)脑O(shè)計材料選取具備保溫性能，通過提高維護(hù)結(jié)構(gòu)自身的熱惰性和熱組參考指標(biāo)，實現(xiàn)屋頂?shù)母魺嵝Ч?。在屋頂隔熱的設(shè)計上，一般選用再生的聚苯板作為保溫層，設(shè)計帶有隔熱層的屋頂比未設(shè)置隔熱層的屋頂溫度小6-7 度。利用冬暖夏涼熱量的傳輸規(guī)律，保障屋頂?shù)母魺嵝阅堋?/p>

3.3.2 種植隔熱屋面

種植隔熱屋面主要在建筑鋼筋砼屋面板上方鋪設(shè)軟土，在其上方種植植物，利用植物的光合作用原理，降低太陽對屋面的照射，起到遮擋的作用，土層可以有效凝結(jié)空氣中的水分，起到一定的蓄熱能力，通過水分蒸發(fā)作用，起到吸收熱量的原理，在一定程度上起到屋頂隔熱的功效，從而減緩照射對屋面溫度的影響。屋面植物土壤不能過厚，植物根系遠(yuǎn)不如在地表生長力強，因此在植物的選擇上應(yīng)符合弱風(fēng)環(huán)境生存下。若不種植植物進(jìn)行隔熱，也可選取花架，種植攀巖式的植物品種也可進(jìn)行遮陽的效果，雖然隔熱效果比不上植物種植效果，但一定程度也可起到隔熱的作用。

3.3.3 蓄水屋面

蓄水屋面利用水的吸熱原理，在平頂屋頂進(jìn)行蓄水，蓄水的高度控制在3-5 米，在氣候干燥的季節(jié)，起到隔熱的效果，在濕潤氣候條件下，可調(diào)節(jié)屋面濕度的變化。但蓄水屋面在建造之初，要完善屋頂防漏的措施，保證不出現(xiàn)水的滲漏。在雨天要排泄屋頂?shù)男钏?，以免造成壓力過大，使屋頂坍塌。

3.3.4 架空型保溫屋面

架空型的保溫屋面設(shè)計分為兩部分，外層為遮掩板，下層為通風(fēng)空氣間。遮陽板直接攔截太陽光的照射，將太陽的輻射熱量轉(zhuǎn)移至周邊的空氣中，在風(fēng)速大的條件下，帶走多余的熱量，隔熱的效果也越明顯。架空式屋面也會結(jié)合倒鋪法，將吸水性能小的保溫板放置在防水層上方，但是防水層由于沒有陽光的直射照射，外部的邊緣也會老化，造成耐久性的降低，但對節(jié)能和防水起到一定的作用。

3.4 外墻節(jié)能設(shè)計外

墻在整個建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中所占的比例最大，對建筑能耗的影響也最大，50%的建筑節(jié)能中就有25%是通過建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外墻的保溫隔熱性能來實現(xiàn)的。在嚴(yán)寒地區(qū)，冬季室內(nèi)外溫差甚至可達(dá)30℃～60℃以上，墻面?zhèn)鳠嵩斐傻臒釗p失非?？捎^。因此，外墻的保溫隔熱設(shè)計是建筑節(jié)能的一個非常重要的部分?，F(xiàn)階段，我國常用的建筑外墻保溫材料有聚苯板、保溫砂漿、聚氨酯（EPS，XPS）及墻體自保溫四大體系。其中，聚苯板和保溫砂漿的市場占有率較大，但保溫性能相對較差，阻燃性能較差，且聚苯板的施工工藝也較為繁瑣。聚氨酯保溫性能較好，但傳統(tǒng)的聚氨酯硬泡板材不適用于復(fù)雜立面的墻體保溫。市場上新出現(xiàn)的聚氨酯現(xiàn)場發(fā)泡噴涂保溫材料具有良好的保溫性和憎水性，施工方便，可適用于各種復(fù)雜的外墻體保溫設(shè)計和無接縫施工。

3.5 復(fù)合墻體的節(jié)能保溫設(shè)計

隨著技術(shù)的升級，傳統(tǒng)的墻體材料已經(jīng)退出市場，更多的復(fù)合墻體材料運用而生，我國目前現(xiàn)有的復(fù)合墻體材料為自體保溫材料和外墻隔熱保溫材料，選用磚塊和鋼筋混合形式夯筑建筑的承重墻，采用聚苯板、礦棉、膨脹珍珠巖作為絕緣保溫的復(fù)合材料，以此完善墻體的保溫性能，根據(jù)復(fù)合材料的工藝手法，分為以下三種保溫系統(tǒng)。

3.5.1 內(nèi)保溫系統(tǒng)

內(nèi)保溫系統(tǒng)主要對絕緣材料復(fù)合至承重墻內(nèi)部，這種工藝手法較為簡便，也是最長使用的節(jié)能保溫設(shè)計。內(nèi)保溫系統(tǒng)可以有效阻隔室內(nèi)外熱量的流失，保持溫濕度的恒定，以此推動溫度上升或下降的穩(wěn)定變化。

3.5.2 夾心保溫系統(tǒng)

夾心保溫系統(tǒng)主要在外墻和內(nèi)墻的中間，填充保溫復(fù)合材料，以此取得良好的保溫效果，但夾心保溫系統(tǒng)存在空氣對流的現(xiàn)狀，如果填充密封效果不好，造成室內(nèi)外氣流的流通，致使熱量損耗。

3.5.3 外保溫系統(tǒng)

外保溫系統(tǒng)隔熱復(fù)合材料承接至承重墻的外側(cè)，此種方法是三個系統(tǒng)中熱穩(wěn)定最好的方案，但是保溫層無法經(jīng)受風(fēng)吹熱曬的洗禮，因此保溫系統(tǒng)的設(shè)計上要考慮外層保溫材料的抗耐性和抗腐蝕性。

3.6 其他墻體設(shè)計節(jié)能方案

我國要達(dá)到節(jié)能設(shè)計50%的設(shè)計要求，除部分需采用加厚的加氣砼單一墻體外，使用新型復(fù)合墻體將是大勢所趨。墻體的節(jié)能設(shè)計除了保溫材料，新型墻體的使用外，還可以通過增加特殊構(gòu)造來達(dá)到節(jié)能的效果。如巴格達(dá)地區(qū)為了適應(yīng)當(dāng)?shù)馗稍餁夂驐l件在墻體中的風(fēng)口設(shè)計，馬來西亞檳榔嶼州大廈的外墻則增加了一種“捕風(fēng)墻”的特殊構(gòu)造設(shè)計，從而有效地控制室內(nèi)的通風(fēng)。或采用雙層復(fù)合外皮等等這種措施，起到一個環(huán)境過濾器的作用。所以提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能是建筑節(jié)能的一項重要措施。在建筑物的四大圍護(hù)結(jié)構(gòu)門窗、墻體、屋頂和地面中，以面積與能量損失率計，第一位的是門窗，其次是墻體，最后是屋頂。

4 結(jié)論

綜上所述，根據(jù)熱量損耗比來說，門窗的損耗比大于墻體大于屋頂，因此在裝配式外圍結(jié)構(gòu)節(jié)能的設(shè)計上，首要考慮就是門窗的散熱和保溫作用。門窗的設(shè)計要考慮窗墻比和熱性能，而屋頂?shù)墓?jié)能設(shè)計要考慮隔熱功效。屋面的設(shè)計常見的由保溫板隔熱、植被隔熱和蓄水隔熱，由地屋頂隔熱設(shè)計，也采用玻璃遮蓋方式，降低屋頂熱量的傳遞速率。只有不斷優(yōu)化對屋面、樓板、門窗節(jié)能的優(yōu)化，才能溫度建筑低碳減排理念的實施，以此推動建筑行業(yè)的升級和革新。