寒地綠色建筑外墻保溫節(jié)能技術(shù)分析

王婧瑤

綠色建筑外墻的節(jié)能保溫技術(shù)對建筑周邊自然環(huán)境的影響較小，能夠提升居民的體驗感和生活質(zhì)量。目前，我國當(dāng)下既有建筑物的能耗約占全國總能耗的30%，尤其在寒地特殊的氣候環(huán)境下，冬天寒冷漫長，夏天炎熱，建筑物必須消耗大量能源才能維持建筑空間環(huán)境的熱舒適性?；诖?，本文以寒地綠色建筑外墻作為研究對象，選取東北大學(xué)渾南校區(qū)的部分建筑進行實地調(diào)研。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)不同的設(shè)計變量對室內(nèi)熱舒適的影響程度及作用規(guī)律。

1 寒地建筑的特點

調(diào)研地點位于東北嚴寒地區(qū)，冬季寒冷且漫長，全年施工周期短，冬歇期一般從11 月中旬至次年3 月末，冬季供暖周期長，建筑能耗以冬季采暖為主[1]。隨著社會的發(fā)展，東北地區(qū)的建筑總量持續(xù)上升，但是綠色節(jié)能建筑的占比很小，與建筑氣候條件相同的其他發(fā)達國家相比，單位建筑能耗大。造成此現(xiàn)象的主要原因是東北地區(qū)大部分建筑外墻的熱工性能較差，熱損失較多。

2 綠色建筑外墻保溫節(jié)能技術(shù)概述

2.1 綠色建筑外墻保溫節(jié)能技術(shù)的重要意義

建筑節(jié)能是綠色建筑發(fā)展理念中的一項關(guān)鍵內(nèi)容，而墻體圍護結(jié)構(gòu)是整個建筑節(jié)能體系中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，也是綠色建筑節(jié)能減排的重要目標。通過選擇節(jié)能型的新型綠色建筑墻體材料、技術(shù)與裝置，在保證建筑的室內(nèi)熱舒適度基本要求和功能要求的同時，能夠降低建筑能耗，達到綠色建筑節(jié)能標準[2]。

2.2 綠色建筑外墻保溫節(jié)能技術(shù)的分類

外墻圍護結(jié)構(gòu)既是建筑施工過程中的重要環(huán)節(jié)，也決定了整體建筑的外形和保溫性能[3]。

綠色建筑外墻保溫節(jié)能技術(shù)是當(dāng)前我國建筑行業(yè)倡導(dǎo)的節(jié)能技術(shù)，其節(jié)能的主要方式是降低熱損失。綠色建筑外墻保溫節(jié)能技術(shù)分為外墻外保溫隔熱技術(shù)、外墻內(nèi)保溫隔熱技術(shù)和外墻夾芯保溫隔熱技術(shù)，其優(yōu)缺點如表1 所示。

表1 綠色建筑外墻保溫節(jié)能技術(shù)的分類及優(yōu)缺點

3 寒地綠色建筑外墻熱舒適度調(diào)研——以渾南校區(qū)的部分建筑為例

3.1 調(diào)研地點及時間選擇

首先，調(diào)查渾南校區(qū)的現(xiàn)有建筑情況，選出建筑專業(yè)學(xué)生使用頻率較高的代表性建筑。其次，測量建筑北側(cè)墻體室內(nèi)外距離墻角不同距離點位的溫度、相對濕度、空氣流速。最后，對于實地測量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得出不同建筑墻體圍護結(jié)構(gòu)帶來的人體熱舒適度感受及保溫效果。通過調(diào)研為探索寒地綠色建筑墻體保溫節(jié)能技術(shù)提供依據(jù)。

3.1.1 建筑地點選擇

為了能夠更好地分析寒地建筑不同類型墻體圍護結(jié)構(gòu)帶來的熱舒適度感受及保溫效果變化規(guī)律，選擇具有代表性的東北大學(xué)渾南校區(qū)作為研究對象，選取使用頻率普遍較高的宿舍、建筑館、圖書館、食堂作為調(diào)研的地點。

3.1.2 調(diào)研時間選擇

調(diào)研時間的選取要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣鳑Q定，在冬季應(yīng)選取當(dāng)月晴朗、微風(fēng)及太陽光充足的時段（2021 年12 月7 ～10日），測量時間為10:00 ～14:00。

3.1.3 調(diào)研設(shè)備選擇

調(diào)研設(shè)備采用溫濕度計、熱敏風(fēng)速儀、機械風(fēng)速儀，可以測量溫度、濕度以及室內(nèi)外的空氣流速。測量數(shù)據(jù)綜合考慮了人體活動程度、空氣溫度、空氣流動速度和空氣濕度等因素，可以作為確定絕大多數(shù)人冷暖感覺的依據(jù)。

3.2 調(diào)研方法

第一，選擇渾南校區(qū)不同建筑（宿舍、建筑館、圖書館、食堂）的一層北向迎風(fēng)墻面。第二，使用溫濕度計測量室外溫度，將機械風(fēng)速儀放置在室外陰面開闊距地面1 m高處迎風(fēng)測量并讀數(shù)。第三，使用溫濕度計和熱敏風(fēng)速儀測量墻內(nèi)表面的溫度及風(fēng)速，將熱敏風(fēng)速儀放置在墻內(nèi)對應(yīng)點測量并讀數(shù)。第四，運用溫濕度計、機械風(fēng)速儀分別在室外北向墻距離墻腳0 m、1 m、2 m、3 m 處測量，待其穩(wěn)定后讀數(shù)。第五，運用溫濕度計、熱敏風(fēng)速儀分別在室內(nèi)北向墻內(nèi)對應(yīng)點距離墻腳0 m、1 m、2 m、3 m 處測量，待其穩(wěn)定后讀數(shù)。第六，整理數(shù)據(jù)，繪制表面溫度數(shù)據(jù)表、表面濕度數(shù)據(jù)表及風(fēng)速數(shù)據(jù)表。第七，進行對比分析。

3.3 調(diào)研實例總結(jié)分析

3.3.1 測試墻體布點方式以及測量結(jié)果整理

測試點的布置不僅要對水平空間進行布置，還要考慮豎向空間的情況，同時測試點應(yīng)有效避開空調(diào)的出風(fēng)口，與幕墻等會產(chǎn)生冷輻射的地方留有一定的距離[4]。各項數(shù)據(jù)均在測量點測量3 次后取平均值，確保相關(guān)數(shù)據(jù)的科學(xué)性、合理性。

（1）宿舍。宿舍北向迎風(fēng)墻面測試點分布如圖1 所示，宿舍北向迎風(fēng)墻面室內(nèi)測量數(shù)據(jù)如表2 所示，宿舍北向迎風(fēng)墻面室外測量數(shù)據(jù)如表3 所示。

圖1 宿舍北向迎風(fēng)墻面測試點分布（來源：作者自制）

表2 宿舍北向迎風(fēng)墻面室內(nèi)測量數(shù)據(jù)

表3 宿舍北向迎風(fēng)墻面室外測量數(shù)據(jù)

根據(jù)測量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，宿舍室內(nèi)溫度明顯高于室外，但平均溫度偏低，室內(nèi)平均濕度在32.5%左右，人體舒適感較差。同時，測量發(fā)現(xiàn)受風(fēng)瞬時性影響，室外風(fēng)速變化較大。

（2）建筑館。建筑館北向迎風(fēng)墻面測試點分布如圖2 所示，建筑館北向迎風(fēng)墻面室內(nèi)測量數(shù)據(jù)詳見表4，建筑館北向迎風(fēng)墻面室外測量數(shù)據(jù)詳見表5。

圖2 建筑館北向迎風(fēng)墻面測試點分布（來源：作者自制）

表4 建筑館北向迎風(fēng)墻面室內(nèi)測量數(shù)據(jù)

表5 建筑館北向迎風(fēng)墻面室外測量數(shù)據(jù)

根據(jù)測量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)溫度濕度普遍高于室外，但由于建筑館墻體構(gòu)造影響導(dǎo)致3 m 處的溫度驟減，風(fēng)速驟升。

（3）圖書館。圖書館北向迎風(fēng)墻面測試點分布如圖3 所示，圖書館北向迎風(fēng)墻面室內(nèi)測量數(shù)據(jù)如表6 所示，圖書館北向迎風(fēng)墻面室外測量數(shù)據(jù)詳見表7。

圖3 圖書館北向迎風(fēng)墻面測試點分布（來源：作者自制）

表6 圖書館北向迎風(fēng)墻面室內(nèi)測量數(shù)據(jù)

表7 圖書館北向迎風(fēng)墻面室外測量數(shù)據(jù)

根據(jù)測量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，由于受圖書館北側(cè)墻面挑檐以及內(nèi)部中央空調(diào)等因素的影響，其室內(nèi)外的溫度、濕度變化平緩，但總體室內(nèi)溫度遠高于室外，室內(nèi)平均濕度遠低于室外，影響人體的舒適感。

（4）食堂。食堂北向迎風(fēng)墻面測試點分布如圖4 所示，食堂北向迎風(fēng)墻面室內(nèi)測量數(shù)據(jù)如表8 所示，食堂北向迎風(fēng)墻面室外測量數(shù)據(jù)如表9 所示。

表8 食堂北向迎風(fēng)墻面室內(nèi)測量數(shù)據(jù)

表9 食堂北向迎風(fēng)墻面室外測量數(shù)據(jù)

圖4 食堂北向迎風(fēng)墻面測試點分布（來源：作者自制）

受人流行走影響因素較大，測量數(shù)據(jù)有一定的誤差，但總體呈現(xiàn)趨勢跟其他建筑相似。從測量結(jié)果來看，室內(nèi)溫度普遍高于室外溫度，室內(nèi)濕度低于室外濕度，室內(nèi)風(fēng)速幾乎為0 m/s，室外風(fēng)速遠離墻面時驟升。

3.3.2 客觀測量結(jié)果整理與分析

根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》對節(jié)能建筑室內(nèi)溫濕度的要求，實驗測定的最合適的室內(nèi)溫濕度如下：冬天采暖溫度為16 ～24 ℃，濕度為30%～60%；夏季在有空調(diào)的室內(nèi)，當(dāng)室溫為22 ～28 ℃、濕度為40%～80%時，人會感到最舒適。以下對不同種類建筑的相同變量進行比較。

（1）溫度。建筑館、食堂、圖書館以及宿舍隨著與墻體距離的增加，溫度逐漸上升，圖書館的溫度與室外溫差整體保持為6 ℃左右，墻體保溫性能在距離墻體0 ～2 m 時明顯優(yōu)于其他功能建筑，但是在與墻體距離3 m 后無明顯的差別，如圖5 所示。

圖5 不同建筑北向迎風(fēng)墻體室內(nèi)外測試點溫度差值對比（來源：作者自繪）

（2）濕度。建筑館、食堂、宿舍的內(nèi)部濕度皆高于外部濕度5%～15%，而圖書館的內(nèi)部濕度在0 ～2 m 處小于外部濕度，在3 m 處內(nèi)部濕度急劇上升，高于外部濕度，與其他功能建筑的濕度百分比大致相同，如圖6 所示。

圖6 不同建筑北向迎風(fēng)墻體室內(nèi)外測試點濕度差值對比（來源：作者自繪）

（3）空氣流速。建筑館、食堂、圖書館及宿舍的內(nèi)部風(fēng)速明顯小于外部風(fēng)速，且折線明顯呈下降趨勢，表示隨著與墻體距離的增加，風(fēng)速逐漸減小，如圖7 所示。

圖7 不同建筑北向迎風(fēng)墻體室內(nèi)外測試點空氣流速差值對比（來源：作者自繪）

3.4 調(diào)研結(jié)論

第一，根據(jù)測量數(shù)據(jù)，綜合各方面因素可知室內(nèi)熱舒適度關(guān)系：食堂＜圖書館＜一舍＜建筑館。在建筑內(nèi)環(huán)境中，各建筑的熱舒適效果差異不大。第二，建筑外墻體保溫性能受外墻形式影響較大，墻體出檐可以有效降低風(fēng)速，同時使溫度變化較慢，從而提高墻體保溫效果。第三，綜合室內(nèi)外各測量點處的3種因素，可知因不同建筑墻體的構(gòu)造形式不同，各建筑的保溫效果如下：食堂＜一舍＜建筑館＜圖書館。

4 完善寒地綠色建筑外墻保溫節(jié)能技術(shù)的有效措施

4.1 合理采用外墻的內(nèi)外保溫技術(shù)

為有效提升建筑外墻的保溫節(jié)能效果，需要積極優(yōu)化傳統(tǒng)的保溫方式，合理應(yīng)用建筑外墻內(nèi)外保溫與夾芯保溫方式，整體提升墻體的保溫成效。為整體優(yōu)化綠色建筑墻體的保溫節(jié)能效果，在使用外保溫節(jié)能技術(shù)的同時，還可以適當(dāng)采用外墻內(nèi)保溫節(jié)能技術(shù)[5]。在實踐過程中，可以在墻體內(nèi)部填充石膏板等保溫材料，有效防止建筑物內(nèi)部熱量的流失及外部冷空氣的侵襲。

4.2 科學(xué)處理保溫材料接縫

在寒地綠色建筑墻體保溫節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用實踐中，科學(xué)處理接縫是保溫節(jié)能的關(guān)鍵步驟。若運用錯誤方式進行接縫處理或者接縫之間存在較大的裂縫，勢必會影響建筑墻體的整體保溫效果。

因此，在綠色建筑外墻保溫節(jié)能技術(shù)改良過程中，應(yīng)該選擇科學(xué)的接縫處理工藝。寒地綠色建筑在實踐過程中的接縫處理方式主要采用企口縫的鋪貼方式。在板塊保溫材料接縫設(shè)置中采取企口縫的形式，可以有效避免保溫材料由于受多種因素的影響而出現(xiàn)熱橋問題，從而保證建筑物保溫效果，降低建筑的能源消耗。

4.3 優(yōu)化墻體與窗洞之間的關(guān)系

窗戶是建筑墻體圍護結(jié)構(gòu)的重要組成部分，也是建筑保溫節(jié)能設(shè)計中的薄弱環(huán)節(jié)。窗戶形式對保溫節(jié)能效果有著十分顯著的影響。多數(shù)情況下，人們誤認為窗洞越大越好，窗洞越大，室內(nèi)的陽光照射面積越大，室內(nèi)的陽光照射時長越長。很多用戶為了提升建筑的美觀性，將普通窗戶私自改成了落地窗。但事實上，在窗洞位置以及大小的設(shè)計過程中，若缺乏對建筑物所在區(qū)域陽光直射方向的考量，反而會讓窗口位置成為室內(nèi)熱量流失的主要區(qū)域。實踐證明，與密封性比較好的墻體相比，即使采用雙層中空玻璃，也會讓室外的冷空氣進入室內(nèi)，導(dǎo)致室內(nèi)熱量流失。

因此，為整體提升建筑物的保溫效果，應(yīng)該科學(xué)設(shè)計窗洞的位置，按照太陽直射的方向優(yōu)選窗洞大小。若陽臺為南向，則可以將南向位置的窗口位置調(diào)低，或者將其改造成為陽光房。落地窗在冬季能夠高效利用太陽能，保證房間內(nèi)的熱量進入。若陽臺為北向，盲目追求“落地窗”等設(shè)計，會使室內(nèi)的熱量隨玻璃和窗框的縫隙外流，難以提升建筑物的整體保溫效果。

5 結(jié)語

在全球能源日益嚴峻的背景下，節(jié)能和環(huán)保是大勢所趨。隨著技術(shù)的發(fā)展，綠色建筑的出現(xiàn)為建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展指明了方向。建筑外墻作為環(huán)境交互的主要場所，通過優(yōu)化綠色建筑外墻的保溫節(jié)能技術(shù)，完善技術(shù)應(yīng)用過程中的有效措施，可有效提高建筑的生態(tài)效益。