论夏热冬冷地区建筑的围护结构设计与节能的关系

论夏热冬冷地区建筑的围护结构设计与节能的关系摘要：夏热冬冷地区的主要分区指标是最冷月平均温度010，最热月平均气温2530。夏热冬冷地区的节能建筑的热工设计有其自身的特点，与北方寒冷地区和热带地区不同，建筑的热过程涉及夏季隔热，冬季保温以及过渡季节的除湿和自然通风等四个因素。因此，在进行维护结构的热工设计时应根据这一地区的气候特点，同时考虑冬夏两季不同方向的热量传递以及在自然通风条件下建筑热湿过程的双向传递。因此，不能简单的采用降低墙体，屋面，窗户的传热系数，增加隔热保湿材料厚度来达到节约建筑能耗的目的。【1】建筑节能就是在建筑材料生产，房屋建筑施工及使用过程中，合理的使用，有效的利用能源，以便在满足同等需要或达到相同目的的条件下尽可能降低能耗，实现提高建筑舒适性和节约能源的目标。【2】前言：在夏热冬冷地区开展建筑节能，有着极其重要的意义，因为夏热冬冷地区涉及西南地区东部和长江中下游流域的16个省，自治区，直辖市，约有人口5.8亿，国民生产总值约占全国的48%，是中国人口最密集，经济发展速度最快的地区。【1】然而随着全球经济的发展各国能耗都不断上升。与工业耗能和交通耗能相比较，建筑能耗的资源种类更丰富且数量正与日俱增！同时建筑节能的必要性和紧迫性（具体包括：1，国际能源危机加剧2，我国人均能源储量少，能源成为我国经济的命脉所在3，我国建筑耗总量大，建筑节能状况落后4，建筑节能是改善空间环境的重要途径）要求提高建筑节能水平，这样才能有利于经济的持续健康发展。本篇将分别论述门窗、墙体、屋顶与地面的节能设计。正文：一、在建筑围护结构的门窗、墙体、屋面、地面四大围护部件中，门窗的绝热性能最差，是影响室内热环境质量和建筑节能的主要因素之一。就我国目前典型的围护部件而言，通过门窗的能耗约为墙体的4倍，屋面的5倍，地面的20多倍，约占建筑围护部件总能耗的40%50%.据统计，在采暖或空调的条件下，冬季单玻窗所损失的热量约占供热负荷的30%50%，夏季因太阳辐射热透过单玻窗射入室内而消耗的冷量约占空调负荷的20%30%。因此，增强门窗的保温隔热性能，减少门窗能耗，是改善室内热环境质量和提高建筑节能水平的重要环节。另一方面，建筑门窗承担着隔绝与沟通室内外两种环境两个互相矛盾的任务，不仅要求它具有良好的绝热性能，同时还应具有采光、装饰、隔音、防火等多项功能。从建筑节能角度看，建筑外窗一方面是能耗大的构件，另一方面它也可能成为得热构件，即通过太阳光透射入室内而获得太阳热能。因此，应根据夏热冬冷地区的气候条件以及其他围护部件的情况等因素来选择适当的门窗材料，窗型和相应的节能技术，这样才能取得良好的节能效果。 夏热冬冷地区的窗户节能应侧重在夏季防热上，同时兼顾窗户的冬季保温。为此，可以从以下几方面来考虑提高窗户的保温隔热性能。1） 加强窗户的隔热性能窗户的隔热性能主要是指在夏季窗户阻挡太阳辐射热射入室内的能力。采用各种特殊的热反射玻璃或贴热反射薄膜有很好的效果。但是选用材料时要兼顾窗户的采光问题，不能以损失窗的透光性来提高隔热性能，否则，其节能效果会适得其反。2） 改善窗户的保温性能改善建筑外窗的保温性能主要是指提高窗的热阻，由于单层玻璃窗的热阻很小，内外表面温差只有0.4，因此，单玻窗的保温性能很差。采用双层或多层玻璃窗，或中空玻璃，利用空期间层热阻大的特点，能显著提高窗的保温性能。另外，选用导热系数小的窗框材料，如塑料，断热处理过的金属框材等，均可改善外窗的保温性能。一般来讲，这一性能的改善也同时提高了隔热性能。另外，提高窗户的气密性可以减少该换热所产生的能耗。3） 控制建筑朝向及窗墙面积比由于建筑外（门）窗比墙体的传热系数大得多，同时考虑到采光性和经济性，必须控制窗墙面积比。窗墙面积比要根据夏热冬冷区的气候条件及不同的朝向来确定。夏热冬冷地区，夏季太阳辐射强度大，时间长，因此东西向德窗墙比应更小或不开窗，南向窗应加强防太阳辐射，北向窗应提高保温性能，这样可取得较好的综合节能效益。4） 加强窗户内外的遮阳措施并确立节能的观念，培养节能的习惯在满足建筑立面的设计要求的前提下，增设外遮阳板、遮阳篷及适当增加南向阳台的挑出长度都能起到一定的遮阳效果。在窗户内侧设置镀有金属膜的热反射织物窗帘。这样都可取得很好的热反射效果。另外建立正确的节能观念和使用方法，可使节能的效果更佳。 二、建筑物的墙体的作用是使室内受到遮护，以不受室外气候变化的影响。在夏热冬冷地区外围护结构的传热特点是：在夏季，太阳辐射强度随时间变化 ，它影响室外气温也随时间而变，这样，室外综合温度也随时间而变化了。在这种变化着的热源作用下，外围护结构的内外表面温度也随时间而变化，即外围护结构的传热是一种周期性不稳定传热。日出后室外综合温度迅速上升，当外表面温度比内表面温度高时，外表面就开始向内表面传热，使室内温度升高。日落后，室外综合温度迅速降低，外表面开始向空气散热，使外表面温度逐渐变得比内表面低，室内热量开始通过内表面向外表面传递。即维护结构存在内外表面日夜交替变化传热方向的现象。而在冬季，基本上为通过外围结构向室外传热，对维护结构的任何方向场应达到一定的保温要求。（一）、夏季，为了改善室内热环境，使用空调制冷不可避免。从墙体结构考虑，降低空调使用能耗的基本途径为：（1）抑制在室内产生热；（2）促进室内热吸收；（3）抑制热进入室内；（4）促进热向室外散失。另外还要进行一系列的隔热措施比如 ：抑制辐射热、导热、对流热进入室内，同时要促进辐射热、导热、对流热从室内散失。最容易实行的举措就是设法降低内表面的温度。在夏季，墙体吸收太阳辐射热和空气热量，使其内表面温度升高。内表面又通过辐射和对流向室内传递热量。内表面温度过高（超过34），会使人感受到烘烤感。降低墙体内表面温度对于改善室内热环境，降低空调制冷能耗具有重要意义。1）外表面做浅色处理，如采用浅色的粉刷、涂料和面砖等。2）设置通风间层，如通风墙。3）设置带铝箔的封闭空气间层。当采用单面铝箔空气间层时，铝箔宜设在温度较高的一侧。4）西向外墙脚下适当栽种爬山虎等攀缘植物。 5)节能墙体的设计施工过程中，墙体材料选用热阻较合适的材料，充分利用自然通风。（二）、冬季，需要提高建筑物外墙的保温能力，通常有两个途径：一是增加外墙的厚度，二是降低外墙的传热系数。但是，单纯的增加外墙的厚度，势必会增加外墙的自重和建筑材料的消耗量，所以在节能建筑中通常都要考虑通过降低材料的传热系数和改善构造来降低外墙的传热系数。节能外墙有内保温和外保温技术之分。1.内保温墙体中，绝热材料复合在建筑外墙内侧，同时以石膏板、建筑人造板或其他饰面材料覆面作为保护层。主要有主体结构层、空气层、绝热材料层、覆面保护层等构造。但它不可避免的存在一些热工薄弱环节，如易形成热桥。所以应消除热桥：a.龙骨部位的保温；b.丁字墙部位。设计时不仅要注意避免由于室内水蒸气向外渗透，在墙体内产生结露而降低保温隔热层的热工性能，还要注意消除一些保温隔热层覆盖不到的地方产生“冷桥”而在室内产生结露现象。这些部位一般是内外墙交接的节点、外窗梁、外窗过梁、窗台板等处。2.外保温墙体可以避免产生热桥，在室内储存更多的热量，以及其他诸多的优势。它的构造由外而内依次是保温层、保温板的固定、面层、零配件与辅助材料。总之，外保温比内保温有着更高的综合效益。三、屋顶是建筑物最顶部的围护结构，主要承受自重和屋面上的人、雨、雪等载荷，是建筑物的重要组成部分，它具有一定的保温隔热功能，使得建筑物内部区别于外部而冬暖夏凉。屋面节能要特别注意以下几点：1）屋面保温层不宜选用堆密度较大，热导率较高的保温材料，以防止屋面质量，厚度过大。2）屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料，以防止屋面湿作业时，保温层大量吸水，降低保温效果。3）在确定屋面保温层时，应根据建筑物的使用要求，屋面的结构形式，夏热冬冷地区的环境气候条件，防水处理方法和施工条件等因素，经技术经济比较后确定。通风屋顶在夏热冬冷地区被广泛的采用，这种屋面构造由实体构造变为带有封闭或通风的空气间层，大大的提高了屋盖的隔热能力。通过实验证明，通风屋面和实砌屋面相比虽然两者的热阻相等，但它们的热工性能有很大不同，在连续空调情况，通风屋顶内表面温度比实砌屋面平均低2.2。而且，通风屋面内表面温度波的最高值比实砌屋面要延后34小时。通风屋面设计施工时应注意：1）通风屋面的架空层设计应根据基层的承载能力，架空板便于生产和施工，构造形式要简单；2）通风屋面和风道长度不宜大于15m，空气间层以200mm左右为宜；3）通风屋面基层上面应有保证节能标准的保温隔热基层，一般按冬季节能传热系数进行校核；4）架空隔热板与山墙应留出250mm的距离；5）支座的布置应整齐划一，条形支座应沿纵向平直排列，点式支座应沿横向排列整齐，保证通风畅顺无阻；6）架空隔热层施工过程中，要做好已完工防水层的保护工作。种植屋面和蓄水屋面也是广泛的应用于夏热冬冷地区。种植屋面一般由结构层、找平层、防水层、蓄水层、种植层等构造层组成。结构层应采用整体现浇或预制装配的钢筋混凝土，防水层应采用设置涂膜防水层和配筋细石混凝土刚性防水层两道防线的复合防水设防的做法，以确保其防水质量。找平层宜采用1:3（质量比）水泥砂浆1530mm，找平层应坚实平整。找平层宜留设分格缝，缝宽20mm，并嵌填密封材料，分格缝最大间距为6m。蓄水屋面的蓄水深度以50100 mm为合适。刚性防水层采用40mm厚、200号细石混凝土加水泥用量0.05%的三乙醇胺，混凝土防水层应一次浇筑完毕，不得留施工缝，立面与平面的防水层应一次做好，防水层施工气温宜为535，应避免在负温和烈日暴晒下施工，刚性防水层完工后应及时养护，蓄水后不得断水。夏热冬冷地区对室内地面的节能也是不可忽视的问题，夏季需要冷地面，冬季需要暖地面，而且还要考虑梅雨季节由于湿热空气而产生的凝结。节能住宅底层地坪或地坪架空层的保温性能应不小于外墙传热阻的1/2.当地坪为架空通风地板层时，应在通风口设置活动的遮挡版，使其在冬季能方便关闭，遮挡板的传热阻应不小于0.33*K/W。结论：从以上在建筑的围护结构进行节能可以得出结论：建筑行业是耗能大户，对建筑的围护结构进行节能设计是整个建筑行业节能的重要举措。节能技术要应用在建筑行业中才能体现未来建筑的发展要求；建筑要体现节能的要求，才会促进节能技术的发展。两者共同承担着未来建筑的发展要求。未来建筑的发展趋势还会进一步要求建筑的