綠色建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)研究

楊 勤 陳云飛

（武漢建工集團(tuán)股份有限公司，湖北 武漢 430056）

建筑業(yè)對(duì)能源和資源的需求較大，同時(shí)也帶來(lái)了日益嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題，因此，建筑能耗對(duì)于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)具有重要意義。根據(jù)《2022 中國(guó)建筑能耗與碳排放研究報(bào)告》中的相關(guān)數(shù)據(jù)[1]，2020 年全國(guó)建筑全過(guò)程能耗和碳排放總量分別為22.7億tce、50.8億tCO2，占全國(guó)能源消費(fèi)總量和碳排放的比重分別為45.5%、50.9%。以建筑全生命周期來(lái)看，節(jié)能技術(shù)有助于降低建筑能耗、維護(hù)成本，能夠在確保建筑預(yù)期功能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)環(huán)保效益，并推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

1 綠色建筑節(jié)能規(guī)劃

綠色建筑節(jié)能規(guī)劃基本目的在于控制能源消耗。

1.1 建筑布局

（1）改善日照條件

日照條件直接影響著相應(yīng)的建筑布局，且不同建筑的外觀造型具有一定差異，因此在建筑不同方位上會(huì)產(chǎn)生部分陰影，需要基于住宅整體分布來(lái)確定建筑實(shí)際日照狀態(tài)。

（2）改善風(fēng)環(huán)境

我國(guó)幅員遼闊，不同地區(qū)的風(fēng)環(huán)境差異顯著，所以在建筑節(jié)能規(guī)劃中應(yīng)當(dāng)將風(fēng)環(huán)境納入重點(diǎn)考慮范圍內(nèi)。以我國(guó)北方建筑節(jié)能規(guī)劃為例，應(yīng)盡可能減少西北走向，最大化減弱冷空氣影響。

1.2 建筑體型

景觀設(shè)計(jì)、工藝技術(shù)、功能實(shí)現(xiàn)等方面的需求都對(duì)建筑體型存在顯著影響[2]。從建筑節(jié)能規(guī)劃方面來(lái)看，在相同建筑體積下應(yīng)盡量保證建筑體積、圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積接近，以此降低建筑熱能散失。已有研究表明，對(duì)于設(shè)計(jì)高度為18m的住宅，其熱損失來(lái)源及比例見(jiàn)圖1。

圖1 建筑熱損失來(lái)源及比例

1.3 建筑間距

本文遵循節(jié)能原則開(kāi)展建筑設(shè)計(jì)，需要充分兼顧建筑間距、日照條件等因素，并以建筑間距為參考確定建筑所受日照。

1.4 建筑朝向

建筑朝向應(yīng)按照夏天避免直曬、冬天光照充足作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2 綠色建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能技術(shù)要點(diǎn)分析

2.1 外墻

在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)組成中，外墻面積占比達(dá)到了50%以上，因此，針對(duì)外墻開(kāi)展有效保溫處理對(duì)于建筑節(jié)能具有重大意義。目前，已有部分外墻節(jié)能技術(shù)發(fā)展較為成熟，其主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

（1）外墻內(nèi)保溫

由于保溫作業(yè)可在同一樓層范圍內(nèi)進(jìn)行，無(wú)須搭設(shè)腳手架等設(shè)施，保溫材料可以靈活選擇，如石膏砂漿、紙面石膏板等，適用范圍廣泛，方便根據(jù)具體需求來(lái)選擇合適的保溫材料。由于保溫材料位于樓板內(nèi)測(cè)，外裝飾面的防水性要求較低，簡(jiǎn)化了施工工序，減少了防水層的施工難度。

（2）外墻夾心保溫

相比于在墻內(nèi)保溫法，外墻夾心保溫可以在保溫層與室外之間形成一層額外的保護(hù)，室內(nèi)熱量難以通過(guò)保溫層傳導(dǎo)到室外，從而提高了隔熱性能，保持室內(nèi)溫度的穩(wěn)定。通過(guò)在外墻表面添加保溫材料，可以有效防止產(chǎn)生開(kāi)裂、風(fēng)化等問(wèn)題，并提高建筑物的保溫性能。中間保溫層常用的保溫材料有巖棉、玻璃棉和聚苯乙烯等，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的原材料[3]。與其他保溫方式相比，外墻夾心保溫的施工要求較低，可以在冬季進(jìn)行作業(yè)，施工過(guò)程不需要太高的溫度，給整個(gè)施工進(jìn)程的安排帶來(lái)了更大的靈活性。

（3）外墻外保溫

外墻外保溫可以在建筑外墻表面添加保溫層，避免建筑立面因受潮而產(chǎn)生損壞，減少外墻面臨的風(fēng)化、腐蝕等問(wèn)題，有效保護(hù)主體結(jié)構(gòu)和外觀，從而延長(zhǎng)建筑物的使用壽命。同時(shí)，外墻外保溫層可以達(dá)到較高的隔熱效率，保溫性能優(yōu)良，有效隔離室內(nèi)外熱量的交換，使得室內(nèi)溫度更加穩(wěn)定，提供舒適的居住環(huán)境。由于保溫材料位于建筑外墻表面，不會(huì)減少室內(nèi)使用面積，不影響居住和工作空間，也不會(huì)受到室內(nèi)裝修等活動(dòng)的影響。外墻外保溫技術(shù)更適用于既有建筑的改造，不需要大規(guī)模改動(dòng)室內(nèi)結(jié)構(gòu)，減少了改造成本和影響。

（4）墻體自保溫

墻體自保溫將圍護(hù)結(jié)構(gòu)與保溫材料融合在墻體內(nèi)部，形成一體化結(jié)構(gòu)，不會(huì)出現(xiàn)保溫層與基層之間的脫離問(wèn)題，墻體自保溫?zé)o須額外添加外部保溫層，在設(shè)計(jì)和施工時(shí)，需要充分考慮保溫材料的選用和施工工藝，確保保溫效果的穩(wěn)定性和持久性。

2.2 屋頂

作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵組成內(nèi)容，屋頂對(duì)于建筑能耗起到至關(guān)重要的影響。屋頂保溫性能往往主導(dǎo)著建筑節(jié)能效率，并同時(shí)影響著高層居民的居住體驗(yàn)。在部分氣候炎熱地區(qū)，夏季屋面溫度甚至可以達(dá)到60℃~80℃，較建筑低層溫度高約3℃~4℃。屋面節(jié)能技術(shù)特點(diǎn)為：

（1）正置型屋面

正置型屋面保溫層位于屋面結(jié)構(gòu)的上方，可以根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況，靈活調(diào)整保溫層的厚度，這對(duì)不同地區(qū)的氣候條件和建筑需求很有必要。在寒冷地區(qū)，需要更厚的保溫層來(lái)提高保溫效果，而在溫暖地區(qū)，可以適度減少保溫層厚度。通過(guò)調(diào)整保溫層厚度可以實(shí)現(xiàn)更好的能源效率和舒適性。正置型屋面在施工后仍能保留屋面流水找坡的功能。由于保溫層位于覆蓋材料之下，不會(huì)影響屋面結(jié)構(gòu)的坡度設(shè)計(jì)，屋面依然能夠有效地排水，保持良好的防水性能[4]。

（2）倒置型屋面

倒置型屋面保溫層位于防水層之上，能夠很好地起到保護(hù)防水層、解決防潮問(wèn)題，且對(duì)屋面溫度具有一定調(diào)節(jié)作用。由于找坡層具有較高強(qiáng)度，可以有效避免空鼓開(kāi)裂現(xiàn)象，且找平層與找坡層間粘結(jié)性能較好。

（3）通風(fēng)屋面

在自然通風(fēng)環(huán)境下，屋面通風(fēng)效果良好，能夠快速散熱。通風(fēng)屋面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工便捷，可用于坡屋頂、平屋頂?shù)榷喾N屋面型式?？刹辉O(shè)專(zhuān)人管理，屋面荷載幾乎不發(fā)生變化。

（4）坡屋面

坡屋面有助于雨水快速排泄，降低屋面滲漏風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)起到美化建筑造型和城市景觀的作用。帶閣樓的坡屋頂能夠進(jìn)一步提升保溫隔熱性能，同時(shí)也可用作儲(chǔ)藏空間。

（5）種植屋面

種植屋面能夠吸收、反射部分光輻射，顯著降低屋頂面溫度，綠化設(shè)計(jì)能夠發(fā)揮美化環(huán)境的作用，調(diào)節(jié)氣候、凈化空氣，營(yíng)造良好的居住環(huán)境。屋面土體、植被可以起到隔絕噪聲的作用。

（6）蓄水屋面

水層起到隔熱和隔絕屋面材料、空氣的作用，提升屋面隔熱性能，延緩建材氧化速度，并降低防水層開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。另外，水中種植制備或養(yǎng)殖水生生物，能夠提升項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益并改善環(huán)境條件。

2.3 樓板

地面?zhèn)鬟f的熱量直接影響著室內(nèi)溫度，為了確保樓板和地板之間的溫度平衡，譬如可以在室內(nèi)鋪設(shè)木地板，木地板不僅美觀，還具有調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的優(yōu)勢(shì)。在炎熱的天氣，木地板有助于保持室內(nèi)的涼爽；在冬季，木地板又可以保持溫暖，減少冷氣流進(jìn)入室內(nèi)。低溫?zé)崴匕宀膳夹g(shù)主要是將塑料管或金屬管嵌入混凝土樓板中，利用鍋爐進(jìn)行低溫采暖，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)房間的均勻采暖，創(chuàng)造舒適的室內(nèi)環(huán)境，同時(shí)，結(jié)合太陽(yáng)能熱水器，大大降低用戶(hù)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，也有益于減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴(lài)。

對(duì)樓房地板進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，充分發(fā)揮地板的蓄熱功能，以確保室內(nèi)溫度和樓房地面溫度的平衡性。相變蓄熱地板可以在晚上溫度下降之后將白天存儲(chǔ)的熱量釋放出來(lái)，在一定程度上，能夠平衡室內(nèi)溫度的差異。

2.4 遮陽(yáng)系統(tǒng)

在實(shí)際建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，遮陽(yáng)系統(tǒng)往往并非單一型式存在，而是多型式并用。充分結(jié)合各類(lèi)型式，使其能夠相互協(xié)作、補(bǔ)足，達(dá)到全面化遮陽(yáng)效果[5]。

外遮陽(yáng)主要是借助外部遮陽(yáng)構(gòu)件來(lái)遮擋陽(yáng)光照射，維持室內(nèi)熱平衡狀態(tài)；而內(nèi)遮陽(yáng)則需要在室內(nèi)設(shè)置遮陽(yáng)構(gòu)件來(lái)遮擋陽(yáng)光照射，但由于在遮擋前陽(yáng)光已穿透玻璃進(jìn)入室內(nèi)空間，在傳輸、反射過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定熱能耗，所以?xún)?nèi)部遮陽(yáng)效果一般可通過(guò)陽(yáng)光反射率進(jìn)行體現(xiàn)，且其效率大多低于外遮陽(yáng)。實(shí)踐表明，開(kāi)窗面積大的位置采用外遮陽(yáng)具有較好遮陽(yáng)效果，特別是在夏季及氣候炎熱地區(qū)。對(duì)于相同外部環(huán)境條件，采用內(nèi)遮陽(yáng)設(shè)計(jì)可以降低4℃~5℃室內(nèi)溫度，節(jié)省約30%~40%制冷能耗；采用外遮陽(yáng)設(shè)計(jì)則可降低7℃~8℃室內(nèi)溫度，節(jié)省約40%~60%制冷能耗。所以，單考慮節(jié)能需求時(shí)采用外遮陽(yáng)具有更好效果，最大空調(diào)制冷功率可以下降約17%，制冷能耗最高可下降83%~88%。

內(nèi)遮陽(yáng)的主要優(yōu)勢(shì)在于可供選擇的材料類(lèi)型多，且兼具良好裝飾性，此外，還具有施工便捷、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，因此在實(shí)際工程中的應(yīng)用較為廣泛。由于內(nèi)遮陽(yáng)有助于增加內(nèi)部空間私密性，因此無(wú)法完全被外遮陽(yáng)替代。在具體建筑遮陽(yáng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮到遮陽(yáng)效率、經(jīng)濟(jì)性、施工便利性等多因素，充分結(jié)合外遮陽(yáng)、內(nèi)遮陽(yáng)型式，在滿(mǎn)足預(yù)期遮陽(yáng)節(jié)能要求的基礎(chǔ)上，改善使用體驗(yàn)及多維功能性。不同遮陽(yáng)方式下的設(shè)施類(lèi)別及其遮陽(yáng)系數(shù)見(jiàn)表1。

表1 不同遮陽(yáng)方式對(duì)比

3 實(shí)例分析

3.1 工程概況

某大型公共建筑，為A 類(lèi)框架結(jié)構(gòu)，建筑總面積25599m2，占地總面積是16223m2，其中地下占地面積是4914m2，地上占地面積是20685m2。環(huán)境綠化率達(dá)到33.6%，建筑密度是19.4%，容積率是1.33，建筑層高為8層，總高度約為28.5m。

3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能計(jì)算分析

該建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外墻材料采用240mm 厚空心磚，屋面采用正置式卷材防水保溫平屋面和坡屋面，外窗采用斷熱鋁合金單框中空玻璃窗。選取外墻傳熱系數(shù)、窗戶(hù)傳熱系數(shù)、樓板傳熱系數(shù)和屋頂傳熱系數(shù)為影響因素，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能計(jì)算

由表2 可知，該建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，外墻和窗戶(hù)對(duì)建筑能耗的影響最大。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于綠色建筑發(fā)展需求，分別結(jié)合布局、體型、間距等影響因素探究了建筑節(jié)能的主要維度，并進(jìn)一步對(duì)外墻、屋面、樓板/遮陽(yáng)系統(tǒng)的各類(lèi)節(jié)能技術(shù)展開(kāi)對(duì)比分析。各類(lèi)節(jié)能技術(shù)具有不同的技術(shù)特點(diǎn)、適用范圍，需要密切聯(lián)系項(xiàng)目需求、條件做出篩選及組合，確保建筑功能性、經(jīng)濟(jì)性都能夠達(dá)到預(yù)期要求。