民用建筑圍護結(jié)構節(jié)能技術

民用建筑圍護結(jié)構節(jié)能技術研究摘要：本文通過對市民用建筑屋面、外窗、外墻圍護結(jié)構的節(jié)能現(xiàn)狀進行調(diào)查，分析了圍護結(jié)構在節(jié)能方面所存在的薄弱環(huán)節(jié)，并結(jié)合市民用建筑的現(xiàn)狀和技術、經(jīng)濟條件，對市已建和新建民用建筑圍護結(jié)構節(jié)能技術的實施進行探討，以期為廣大同仁提供借鑒和參考。關鍵詞：民用建筑；圍護結(jié)構；節(jié)能技術；實施1、前言能源作為國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎，關系到國計民生。隨著我國經(jīng)濟的快速增長，能源消耗也隨之增加，目前我國已躍居世界第二能耗大國，而能源供給狀況堪憂，節(jié)約能源已刻不容緩。據(jù)統(tǒng)計，我國建筑能耗統(tǒng)按廣義能耗計算，約占全國總能耗的40%以上，可見，建筑節(jié)能潛力很大，它對于緩解我國能源狀況、有效實施節(jié)約能源將起到極為重要的作用。圍護結(jié)構包括建筑物的屋面、外窗、外墻等部位，由于其暴露在外，直接與自然界進行熱量交換，其節(jié)能技術的實施直接關系到建筑節(jié)能的效果，對推行建筑節(jié)能意義巨大，因此，本文將對民用建筑圍護結(jié)構的節(jié)能技術進行分析論證，并結(jié)合油區(qū)民用建筑的現(xiàn)狀和技術、經(jīng)濟條件，對油區(qū)已建和新建民用建筑圍護結(jié)構節(jié)能技術的實施進行探討，以期為廣大同仁提供借鑒和參考。2、我市民用建筑圍護結(jié)構節(jié)能現(xiàn)狀2.1我市的氣候特征依據(jù)《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》（JGJ134—2001，以下簡稱《標準》），河南油田屬夏熱冬冷地區(qū)。該地區(qū)的氣候特點是：夏季悶熱，太陽輻射強度大，氣溫較高，最熱的月份室內(nèi)氣溫高達34℃左右，特別是在頂層及西曬房間室內(nèi)氣溫更高，十分悶熱難受，而且持續(xù)時間長達1個月以上；冬季較冷，室內(nèi)陰冷潮濕，最冷月份室內(nèi)平均氣溫只有4～6℃，時間長達2個月，相對濕度較大，季風旺盛，不符合《標準》中規(guī)定的冬夏季室內(nèi)溫度設計值。2.2屋面節(jié)能技術落后通過對我市民用建筑屋面節(jié)能狀況進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其保溫隔熱節(jié)能措施有以下幾種：1）采用傳統(tǒng)的保溫隔熱材料---現(xiàn)澆水泥珍珠巖板。但現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)保溫層厚薄不均，最厚處僅有60mm左右（其傳熱系數(shù)K=0.925W/m2.K），最薄處甚至漏鋪；2)采用新型保溫隔熱材料---150厚加氣混凝土保溫塊（其傳熱系數(shù)K=0.895W/m2.K）。但由于其自重較大，使屋面恒載大幅度增加，對建筑結(jié)構安全不利；3）采用架空隔熱屋面，也就是在防水層上面再設一道架空隔熱層（其傳熱系數(shù)K=0.99W/m2.K）。現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，架空隔熱屋面的隔熱效果并不理想，對于實施屋面節(jié)能意義不大，同時，由于架空隔熱層增加了屋面恒載，對建筑結(jié)構安全不利，經(jīng)濟效益也受到影響；根據(jù)《標準》中規(guī)定的屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)K≤0.8W/m2.K的要求，以上材料的傳熱系數(shù)不符合建筑節(jié)能的強制性要求，而且，筆者經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，夏季油區(qū)民用建筑屋面溫度可達60°C以上，頂層室內(nèi)頂板的溫度可達40°C以上，可見，上述屋面節(jié)能措施實施效果較差，節(jié)能技術落后。另外，根據(jù)砌體結(jié)構、砼結(jié)構構件的力學性能特點（其線膨脹系數(shù)相差2.4倍），由于屋面保溫隔熱性能差，節(jié)能技術落后，使屋面板與磚砌體間產(chǎn)生較大的溫度應力，從而成為導致頂層砌體出現(xiàn)溫度裂縫的直接原因，嚴重影響了建筑物的使用壽命（現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)已建老樓頂層砌體出現(xiàn)溫度裂縫的機率很高），可見，實施屋面節(jié)能技術對確保建筑物的結(jié)構安全同樣具有重要意義。2.3外窗節(jié)能技術應用滯后1）鋁合金窗?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前我市民用建筑外窗多采用5厚浮法玻璃單層推拉鋁合金窗，該窗的傳熱系數(shù)K=6.4W/m2.K，遠大于《標準》中規(guī)定的K≤3.2W/m2.K（取最大值）的要求，節(jié)能效果較差；2）少部分外窗采用推拉塑鋼窗、鋼窗，其傳熱系數(shù)分別為4.7W/m2.6.4W/m2.K，大于《標準》中規(guī)定的數(shù)值，不符合建筑節(jié)能的強制性規(guī)定；3）經(jīng)過現(xiàn)場實測發(fā)現(xiàn)，夏季以上外窗外側(cè)溫度可達45°C以上，內(nèi)側(cè)溫度可達40°C以上，可見，我市外窗節(jié)能技術應用滯后，對圍護結(jié)構節(jié)能極為不利。2.4外墻節(jié)能技術急需改進多年來，我市民用建筑外墻多采用240厚實芯粘土磚砌體作為圍護、承重結(jié)構，該結(jié)構造價較低，施工方便，但最大的弊端是其平均傳熱系數(shù)較大（K≈1.96W/m2.K），保溫隔熱性能差，不符合《標準》中強制性規(guī)定的K≤1.5W/m2.K的要求，對圍護結(jié)構節(jié)能不利，而且，由于粘土磚生產(chǎn)時浪費大量農(nóng)耕土地資源，因此被建設部列為“限用”產(chǎn)品。3、屋面節(jié)能技術措施屋面是建筑物的最上層，除了有防水作用之外，它還有保溫隔熱的重要作用。通過以上對我市民用建筑屋面節(jié)能狀況分析可知，其節(jié)能技術有待改進。屋面實施節(jié)能技術包括（一）構造節(jié)能技術；（二）材料節(jié)能技術兩大方面。3.1構造節(jié)能技術倒置式保溫防水屋面所謂倒置式屋面，也就是將憎水性保溫材料設置在防水層上的屋面，它是一種新型的保溫節(jié)能屋面。與普通保溫節(jié)能屋面相比較，其具有構造簡化、避免浪費，防水層受到保護、不易被損壞，屋面節(jié)能效果得到改善等優(yōu)點。當然，倒置式屋面特別強調(diào)了“憎水性”保溫材料，而工程中常用的保溫材料如水泥膨脹珍珠巖、水泥蛭石、礦棉巖棉等都是非憎水性的，這類保溫材料如果吸濕后，其傳熱系數(shù)將陡增，從而影響了屋面的保溫隔熱效果，這對于屋面節(jié)能是不利的，因此，選用倒置式屋面，一定要選用“憎水性”保溫材料如市場上的聚苯乙烯泡沫保溫板等。實踐證明，倒置式屋面的保溫隔熱效果高于普通的正置式屋面，節(jié)能效果比較明顯。但選用倒置式屋面應注意：1）屋面坡度宜優(yōu)先采用結(jié)構起坡，省卻構造找坡層，以便減小屋面恒載；2）防水層與保溫層之間可設置一層濾水層，濾水層可采用干凈的卵石或排水組合，一方面可使防水層與保溫層之間產(chǎn)生一個隔離層，另一方面可同時造成一個集水和結(jié)凍的空間。此類屋面在我市應用較少，對推行節(jié)能有利。當然，倒置式屋面具有屋面滲漏點不易察覺、防水層維修不便等缺點，選用時應全面考慮?！捌礁钠隆蔽菝妗捌礁钠隆蔽菝鏋閷⒁呀ǖ拿裼媒ㄖ轿菝娓臑槠挛菝?，以期實現(xiàn)通風隔熱、屋面節(jié)能目的，而且建筑物的立面效果得到豐富?！捌礁钠隆蔽菝嫣貏e適用于油區(qū)已建民用建筑，但實施時應注意：考慮“平改坡”所引起的造價提高和建筑面積增加的綜合效益；應對“平改坡”引起的地基、基礎恒載的加大充分考慮，必要時應對其進行結(jié)構驗算，確保結(jié)構安全。3.2保溫隔熱材料節(jié)能技術眾所周知，屋面節(jié)能效果的好壞主要取決所用保溫材料傳熱系數(shù)K值的大小，K值大，屋面?zhèn)鳠峥欤匦Ч?，?jié)能的效果就差，反之則相反。因此，降低屋面保溫材料的K值，成為研究的技術目標。研究發(fā)現(xiàn)，目前市場上的現(xiàn)有的屋面保溫材料有兩類：1）無機物類，如加氣混凝土保溫塊巖等；2)有機物類，如聚苯乙烯泡沫保溫板等，對使用上述材料的工程項目進行現(xiàn)場調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，由于以上材料K值大，保溫隔熱效果差，因此對屋面節(jié)能不利。在我市第二批經(jīng)濟適用住房建設過程中，我們通過技術攻關，在傳統(tǒng)保溫隔熱材料的基礎上研制出了一種新型屋面保溫材料---夾層復合型水泥珍珠巖保溫板，它是利用先進的生產(chǎn)工藝，通過物理方法形成“密閉的空氣氣腔”將資源豐富的空氣資源與水泥珍珠巖保溫材料復合而成的。經(jīng)檢測該材料傳熱系數(shù)K≤0.8W/m2.K（90厚）,與200厚的加氣混凝土保溫塊導熱系數(shù)相當，而且具有價格優(yōu)勢。另外，由于其干容重G≤350Kg/m3,而加氣混凝土塊保溫材料的干容重為600Kg/m3，因此，使用后屋面的恒載將大大減小，提高了建筑物的結(jié)構安全系數(shù)，同時，由于其較好的保溫隔熱性能，減小了屋蓋與磚砌體之間的剪應力，從而使頂層砌體出現(xiàn)的正“八”字形、倒“八”字形斜裂縫、水平裂縫得到有效預防,符合《砌體結(jié)構設計規(guī)范》（GB50003—2001）的要求。當然，低傳熱系數(shù)的新型屋面保溫材料種類很多，但通過該新型保溫材料在我市第二批經(jīng)濟適用住房中的推廣應用，證明節(jié)能效果非常明顯，而且建筑物頂層砌體的溫度裂縫也得到控制，根據(jù)河南油田的氣候狀況和居民的經(jīng)濟承受能力，筆者以為上述節(jié)能型材料的應用是實施我市屋面節(jié)能最直接、最有效的途徑之一。4、外窗節(jié)能技術措施窗戶是建筑外圍護結(jié)構的開口部位，應該滿足人們對采光、通風、日照、視野等方面的基本要求，還應具備良好的保溫、隔熱、隔聲性能，才能為用戶提供安全、舒適的室內(nèi)環(huán)境。在外窗、外墻、屋面和地面為四大建筑能耗部位中，作為圍護結(jié)構中保溫節(jié)能的最薄弱的環(huán)節(jié)，外窗的能耗列居首位，其能耗占全部建筑能耗的40％～50％。因此，研究和應用新型節(jié)能外窗，對于減少外窗熱量損失、促進建筑整體節(jié)能具有重要意義，其節(jié)能技術的實施包括（一）結(jié)構節(jié)能技術；（二）材料節(jié)能技術兩大方面。4.1結(jié)構節(jié)能技術4.1.1推拉窗推拉窗的開窗面積為窗框的一半，窗扇四周空隙較大，而且隨著使用時間的延長，密封毛條表面毛體磨損，四周空隙也會加大，能量消耗更為嚴重。不論是鋁合金或塑鋼材料制成的推拉窗，其節(jié)能效果都不理想?？梢哉f，推拉窗的結(jié)構決定了它不是理想的節(jié)能窗。

4.1.2平開窗平開窗平開窗分內(nèi)外平開窗。窗扇關閉后，密封橡膠壓條壓得很緊，密封性能很好，很難形成對流。這種窗型的熱量流失主要是通過玻璃和窗框窗扇型材進行的，如果能解決這個問題，平開窗的節(jié)能效果會得到有利的保證，從結(jié)構上講，平開窗要比推拉窗有明顯的節(jié)能優(yōu)勢。

4.1.3固定窗固定窗的窗框嵌在墻體內(nèi)，玻璃直接安在窗框上，用密封膠把玻璃和窗框接觸的四邊密封。正常情況下，有良好的水密性和氣密性，空氣很難通過密封膠形成對流，因此熱損失極少，固定窗要比推拉窗有明顯的節(jié)能優(yōu)勢，但玻璃和窗框是熱損失的源泉。4.1.4合理確定窗墻比窗墻比即窗墻面積的比值，是指窗戶洞口面積與立面單元面積的比值，其數(shù)值的大小對房間內(nèi)的熱損失有重要影響，《標準》中窗墻比與外窗的傳熱系數(shù)互為約束，為強制性條文，必須嚴格執(zhí)行，而且，在冬季采暖季節(jié)，由于窗玻璃具有的透明性，在太陽輻射作用下，可使建筑物獲得一定的熱量，減少圍護結(jié)構的熱損失，因此應對外窗節(jié)能與建筑物的立面、窗墻比進行綜合考慮。4.2材料（玻璃）節(jié)能技術由于窗體散熱大面積是玻璃，而不是窗框，玻璃占不同類型窗面積的70％～90％，同時，由于外窗結(jié)構的變化也會對用戶的使用造成不便，因此，結(jié)構節(jié)能對實施外窗節(jié)能意義不大，而玻璃節(jié)能才會對外窗的節(jié)能效果起到關鍵作用。4.2.1雙玻璃節(jié)能窗雙玻璃窗由兩層平板玻璃構成，四周不氣密，其傳熱系數(shù)K≈3.7W/m2.K，接近于《標準》中規(guī)定的K≤3.2W/m2.K（取最大值）的要求，基本符合節(jié)能要求，具有推廣價值。筆者家中的外窗即為雙玻璃窗,實踐證明，雙玻璃窗的節(jié)能效果好于單玻璃窗，屬可推廣的節(jié)能窗，而且其隔音性能也有較大改善。4.2.2中空玻璃節(jié)能窗普通的中空玻璃窗是由兩層或多層平板玻璃構成空隙層，四周用高強度氣密性的復合粘合劑將兩片或多片玻璃與鋁條或橡膠條粘合而成?？障秾右话阒辉?0mm左右，并不能有效的達到隔熱的目的，要達到40mm才有一定的效果，這就使得空隙層的壓力變得更小，采用的玻璃就必須有更大的強度。該窗的傳熱系數(shù)在3.0～2.5W/m2.K之間，具有很好的保溫隔熱性能，符合《標準》中規(guī)定的數(shù)值。當然，如果在空隙間層填充反光材料，或在空隙處充入惰性氣體，就會達到更好的保溫、隔熱及隔音效果（據(jù)報道，國外正在從事該方面的技術研究）。根據(jù)油區(qū)居民的經(jīng)濟承受能力，筆者以為該窗推廣的潛力很大，對實施圍護結(jié)構節(jié)能意義巨大。4.3窗框節(jié)能---平開真空玻璃塑鋁框節(jié)能窗真空玻璃是在兩層玻璃中抽真空，兩塊玻璃四周用特殊材料燒溶密封而成。它基本上消除了玻璃間氣體對流及導熱的熱量傳遞，其保溫性、密封性和耐久性優(yōu)于中空玻璃窗，具有很好的保溫隔熱性能，但由于其價格昂貴推廣受到限制。通過上述技術經(jīng)濟分析可以看出，以中空玻璃窗為代表的低傳熱系數(shù)窗為較好的節(jié)能外窗，它的推廣應用不僅能給油區(qū)廣大居民提供更加舒適的居住環(huán)境，節(jié)約能耗經(jīng)濟支出，而且節(jié)約了能源，可謂利國利民，推廣價值極大。5、外墻節(jié)能技術措施外墻實施節(jié)能技術包括：（一）構造節(jié)能技術；（二）材料節(jié)能技術兩大方面。5.1構造節(jié)能技術5.1.1內(nèi)保溫

外墻內(nèi)保溫施工，是在外墻結(jié)構的內(nèi)部加設保溫層。內(nèi)保溫施工速度快，操作方便，可以保證施工進度。內(nèi)保溫材料可采用增強石膏復合聚苯保溫板、增強水泥復合聚苯保溫板、內(nèi)墻貼聚苯板抹粉刷石膏等。但內(nèi)保溫會多占用室內(nèi)使用面積，容易引起墻體開裂，還會影響施工速度，影響居民的二次裝修，且內(nèi)墻懸掛和固定物件也容易破壞內(nèi)保溫結(jié)構。內(nèi)保溫在技術上的不合理性，決定了其必然要被外保溫所替代。

5.1.2外保溫

外保溫技術常采用將巖（礦）棉、玻璃棉等低導熱系數(shù)的保溫材料包在主體結(jié)構的外側(cè)的方法，能夠保護主體結(jié)構，延長建筑物的壽命，有效減少了建筑結(jié)構的熱橋，增加建筑的有效空間，消除了冷凝，提高了居住的舒適度。目前比較成熟的外墻保溫技術主要有以下幾種：1）外掛式外保溫，常采用粘接砂漿或者是專用的固定件將保溫材料貼、掛在外墻上，然后抹抗裂砂漿，壓入玻璃纖維網(wǎng)格布形成保護層，最后加做裝飾面的方法；2）常采用將聚苯顆粒等材料與墻體一次澆注成型的方法。以上幾種保溫材料的傳熱系數(shù)在0.51～0.65W/m2.K之間，具有很好的保溫隔熱性能，對實施外墻節(jié)能意義巨大，而且對外墻滲漏質(zhì)量通病的防止也有明顯效果。外保溫是目前大力推廣的一種圍護結(jié)構節(jié)能技術。與內(nèi)保溫相比，其技術具有明顯的優(yōu)越性，使用同樣規(guī)格、同樣尺寸和性能的保溫材料，外保溫比內(nèi)保溫的效果好。筆者以為，外保溫技術不僅適用于油區(qū)的新建工程，更適用于舊樓改造，而且可以豐富建筑物的立面效果，它對構建油區(qū)文明小區(qū)室外景觀具有重要意義，因此推廣價值極大。5.2新型墻體材料節(jié)能技術

墻體材料節(jié)能主要是靠保溫隔