建筑围护结构与节能.pdf

收稿日期: 2004 - 03 - 05 作者简介:刘 程(1968 - ) ,男,安徽合肥人,中冶长天 国际工程有限责任公司工程师,大学专科, 主要从事建筑设计工作。 文章编号: 1671 - 8976(2004)04 - 0004 - 03 建筑围护结构与节能 刘 程 (中冶长天国际工程有限责任公司 土建分院,湖南 长沙410007) 摘 要:针对我国夏热冬冷地区的建筑气候特点,对建筑围护结构节能在设计中的要点 和意义进行了讨论。 关键词:建筑节能;节能措施;隔热保温 中图分类号: tu 11114 +1 文献标识码: a building enclosure and energy conservation liu cheng abstract : in view of the building climate features of the area which has hot summer and cold winter , the main points and significance for design of building en2 closure and energy saving are discussed in this paper1 key words : building energy conservation ; energy - saving measures; heat in2 sulation and preservation 1 节能的意义和紧迫性 早在十多年前第三次浪潮就提出:信息革 命、 生命科学、 能源革命是影响二十一世纪生活 的三大命题。如今信息早已融入我们日常的生 活,生命科学也随着人类基因代码的破译进入 了一个新时代,但新能源的开发,能源的发展滞 后于社会经济的发展,而且现有能源的利用又 是有限的。世界的能源危机提醒人们:节约能 源是能源利用的一个重要方面,而且是容易做 到的,不产生污染的绿色途径。建筑用能所占 的比重很大,建筑用能效率的提高对每个国家 的经济发展都具有重要的意义,我国是一个发 展中国家,能源供应十分紧张,就我国的人口、 地理情况而言,建筑节能的推广应用就显得更 为重要和紧迫。我国建筑采暖用能主要是依靠 燃煤,对大气环境污染严重。因此,节约采暖能 耗对改善大气环境是一个非常有效的措施。 2 节能的目标 我国人口众多,房屋建筑规模巨大,尤其是 居住建筑居多,随着我国经济的高速发展,人民 生活水平的提高,舒适的建筑热环境日益成为 人们生活的需要,特别如过去夏热冬冷地区(长 江中下游及周边地区 ) , 居民生活越改善,越不 堪忍受寒冬暑夏的折磨。而该地区的传统建筑 保温隔热和气密性很差,采暖系统落后,门窗及 空气渗透损失的热量占全部热损失的一半以 上,外墙保温差,散热量超过总散热量的1/ 3 ,造 成宝贵能源巨大流失与人们日益迫切需要的一 大矛盾。早先这一地区建筑设计主要以热工规 范为设计依据,对如今居民的要求和国家政府 所提倡的节能目标有差距。节能标准和热工规 4 工 程 设 计 与 建 设 engineering design and construction 第36卷 第4期 2004年7月 1995-2005 tsinghua tongfang optical disc co., ltd. all rights reserved. 范在内容、 目的和适用范围上是有区别的,虽然 节能标准中建筑热工设计部分和热工规范中保 温设计部分的原理和方法是一致的,但节能标 准从控制采暖能耗出发对围护结构的保温和门 窗的气密性等问题上进一步提高了要求。从80 年代中期起,我国政府越来越重视建筑节能,在 1986年建设部颁发了 民用建筑节能设计标准 (采暖居住建筑部分)(j g j 26 - 86) ,提出了节 能30 %的要求,在1996年7月1日又制定了建 筑节能50 %的标准(民用建筑节能设计标准 (采暖居住建筑部分)。 中华人民共和国节 约能源法 已于1998年1月1日起实行,现又有 2001年颁发的 夏热冬冷地区居住建筑节能设 计标准(j g j 134 - 2001)。针对性的制定标准, 为建筑节能的实施提供了一个法律性的保障, 对目前大规模建设居住建筑的投资商起到了约 束作用。 3 节能措施 针对夏热冬冷地区通常就建筑物设计而 言,主要从以下方面节能: (1)从规划设计方面考虑。首先,建筑物的 基地应选择在向阳、 避风的地段上,合理布置建 筑朝向,争取更多的太阳辐射;多层住宅东西向 的比南北向的,其耗能指标约增加515 %;其次, 建筑布局上采用单元组团式布局,建立气候防 护单元,形成较封闭的、 完整的庭院空间;另外, 适当的建筑间距对建筑物日照时间和日照质量 颇为重要。再者,利用设置防风墙、 板、 防风林 带之类的挡风设施对建筑避风也很有效果。 (2)就单体建筑而言在建筑物各部分维护 结构传热系数和窗墙面积比不变条件下,耗热 量指标与建筑物体形系数呈直线上升。低层和 少单元住宅对节能不利。一般条式建筑物的体 形系数不应超过0135 ,点式建筑物的体形系数 不应超过0140。建筑围护结构的散热是建筑耗 能的主要部位,加强围护结构的保温隔热性能, 提高门窗的气密性,减少门窗的空气渗透量是 建筑节能设计的重点。建筑物的围护结构包 括:门窗、 外墙、 屋顶、 地面,室内热量就是通过 这些部位和不采暖楼梯间散发到室外,各部位 的散热量分别是:外墙25 %28 % ,门窗散热 25 %28 % ,门窗渗透23 %25 % ,屋顶8 % 10 % ,楼梯门隔墙10 % ,地面3 %。 综上所述,为有利于节能和改善热环境,同 时节约造价,在设计中应尽量避免建造单元少, 特别是点式平面的低层住宅;注意门窗的密闭 性、 控制窗墙面积比,高层宜设带封闭式楼梯间 的板式住宅,不宜建凹凸面过多,体形复杂的塔 式住宅。就控制围护结构的保温隔热性能,目 前在建筑设计中各部位维护结构的常用节能材 料非常多,具体运用如下: 311 墙体节能 31111 单一材料外墙 (1)加气砼外墙。主要用于框架结构的填 充墙,双面抹灰200 mm厚,加气砼外墙的传热 系数k= 1102 w/ (m2k) ,一般用作外墙的加 气砼厚度常为250 mm。 (2)空心砌块外墙。240 mm厚双面抹灰的 空心砌块外墙,k= 1132 w/ (m2k) ,可配合单 框双玻的塑料窗户来达到节能要求。 (3)粘土空心砖。240 mm厚粘土空心砖内 抹30 mm厚石膏保温砂浆,k= 1112 w/ (m2 k) 。 31112 合外墙 (1)内保温复合外墙。将保温材料放在外 墙内侧,主要有板材类和砂浆类。按目前节能 50 %的要求,内保温是较好的选择。其优点是 施工方便、价格便宜;缺点是保温层易受潮、 影响房间的内部装修、减少室内使用面积、室 内热稳定性差。常用的保温板有聚苯板、grc 板、岩棉板、加气砼板,做法通常为:结构层 + 20 mm厚空气层+保温板+饰面层(石膏板 或饰面石膏 ) , 这种结构的k 110 ,符合节能 要求。 保温砂浆类型主要有四种: 水泥膨胀珍珠岩保温砂浆:传热系数较 大,但便宜; 石膏膨胀珍珠岩保温砂浆:石膏和膨胀 珍珠岩为13 ,抹灰层厚度一般为30 mm ,价 52004年7月刘 程 建筑围护结构与节能 1995-2005 tsinghua tongfang optical disc co., ltd. all rights reserved. 格适中,施工中常用。240 mm厚实心粘土砖 内抹30 mm厚保温砂浆,k约为1133 w/ (m 2 k) ,配合单框双玻塑料窗可满足节能要求; 稀土复合保温砂浆:应防止其放射性对 人体的危害; 硅酸铝复合保温砂浆:抹灰厚度一般为 20 mm ,但价格稍贵。 (2)外保温复合外墙。在主体结构外侧粘 贴保温层,再做饰面层。这种外墙保温方式将 是今后建筑节能的发展方向,优点是:对主体 结构有保护作用;避免水蒸汽在墙体内凝结; 防止热桥产生;便于旧建筑加强保温,不影响 内部活动;室内装修方便。缺点是:造价高; 施工难度大;对材料要求严。 常用做法有: 纤维增强聚苯板外保温复合外墙。在外 墙上粘贴聚苯板,再粘一层玻璃丝网布,外抹 聚合物砂浆两遍。为防止外墙产生裂缝,聚苯 板应为挤压型,有自熄性,收缩变形小,板厚 均匀,规格方正;网布的网孔尽量大,抗伸长 性强,并进行抗碱处理。一般240 mm厚砖墙 + 30 mm厚 聚 苯 板 复 合 外 墙,k= 0198 w/ (m 2 k) ; 泰柏板。240 mm厚砖墙+泰柏板外保 温复合外墙,k= 0168 w/ (m 2 k) ,保温性能 比较好,但价格稍高; 舒乐舍板外保温复合外墙。做法同泰柏 板,性能略低于泰柏板; 加气砼外保温复合外墙。240 mm厚砖 墙+ 100 mm厚加气砼,k为01971114之 间,满足节能规范要求; 水泥聚苯板外保温复合外墙。这种构造 在工程中采用较多, 240 mm砖墙+ 60 mm厚 水泥聚苯板的k= 0181 w/ (m 2 k) ,效果较 好。 312 门窗节能 (1)控制不同朝向的窗墙面积比,北向窗 小于或等于0125 ,东西向小于或等于013 ,南 向小于或等于0135。 (2)减少渗透量。门窗密封是经济效益最 好的节能措施,可节能15 %以上,措施是:提 高窗户的制作安装精度;设置密封条或密封 膏。 (3)减少窗框的传热量。选用导热系数小 的窗框材料,如塑料的导热系数比钢铝要小得 多,采用双层窗或单框双玻窗,提高玻璃的保 温性能,空气间层的厚度为620 mm。 (4)户门一般采用金属门板和15 mm厚玻 璃棉板或18 mm厚岩棉板,k2 7 w/ (m 2 k) ,要有防盗、保温、隔声功能。 (5)阳台门上部透明部分采用单玻或双玻, k417 w/ (m 2 k) ;下部的芯板采用聚苯板加 芯型代替钢质门心板,k1172 w/ (m 2 k) 。 313 屋面节能 (1)高效保温材料 聚苯板保温屋面。聚 苯板厚度m60 mm ,k0172 w/ (m 2 k) , 造价为3844元/ m。 (2)架空型岩棉板保温屋面。岩棉板厚度 m45mm ,总厚度及重量较大,k= 0165左 右,效果较好。 (3)保温找坡结合型保温屋面。将找坡层 加厚,起到一定的保温效果,常用的有树脂珍 珠岩块(最薄处s80 mm) ,水泥膨胀珍珠岩 块(最薄处s= 260 mm)。 (4)倒置式层面。将保温层放在防水层上, 此时保温层应为防水型,一般聚苯板的k017 w/ (m 2 k) 时,节能效果较好。这种形式将 是今后的发展方向。 314 地面节能 因地面散热约占总散热量的3 % ,地面节 能比较简单,一般用60 mm厚18水泥膨胀珍 珠岩或30 mm厚聚苯板作保温层。需要注意的 是带有过街楼的建筑物,过街楼地面应按节能 屋面考虑,侧墙应按外墙保温来考虑。 以上的材料选择运用是简单的、局部的, 随着国家、政府的重视,经济的发展,新材 料、新工艺不断涌现,为工程设计,施工提供 给更多选择,同时各专业工程人员大家共同努 力,是完全能够满足现行标准的。 (下转第10页) 6 工 程 设 计 与 建 设 第36卷 第4期 1995-2005 tsinghua tongfang optical disc co., ltd. all rights reserved. 适,同时又节能环保的教学用房。 另外,在教学建筑设计中也渐趋于应用精 确性和科学化的设计方法,从而达到可预期性 和实用性的结果。精确设计方法的重点在于设 计的合理性和科学性,并贯穿于整个设计过程 中,所有重要的建筑定位和功能构成,都经过 实地调查和研究,反复比较、论证,用数据和 指标来支持某个判断和创意,而不是个人的感 觉。 “技术学院”在项目开始设计之前,针对 该建筑的功能要求和用地现状,首先进行建筑 容量和交通容量的计量,从而确定建筑规模、 功能组成及交通流线的组织。此后,通过对现 有校内教学建筑使用效果和设计数据对比分 析,确定建筑各个功能分区的合理比例和内 容,其后,才开始建筑方案的构思和设计。例 如“技术学院”综合楼的立面设计(图 4) 就 是结合学校人文气息、周围环境、基地地形, 经过反复推敲、比较而确定的。由于基地呈长 “l”形,主立面设计不适合于采用对称形式, 为此,我们顺应地形运用多体量组合,利用弧 形墙体来整合,一气呵成,颇有气势。实体弧 墙、斜墙和幕墙相结合,虚实对比强烈,并且 在视觉上形成动态平衡,隐喻了湖南交通技术 学院继往开来,永攀高峰的精神气质和学术风 范,深受师生好评。 综上所述,高校教学建筑是随教育的发展 而发展,随建筑的进步而进步,任何一种建筑 形式只要它跟上了时代的脉搏,就能取得好的 效果,从这栋综合楼的设计实例就能深深体会 到这一点。 (上接第3页) 设时期,土建工程特别是重大基础设施工程出 现事故所造成的风险损失后果将愈益严重。因 此,我们设计的建筑物须在今后几十年、上百 年的生产和生活中满足发展的需要,建造的工 程应该具有更大的安全储备,能够提供更长的 使用年限,可以承受更大的灾害风