民用建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)

民用建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)研究摘要：本文通過對(duì)市民用建筑屋面、外窗、外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，分析了圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(shù)、經(jīng)濟(jì)條件，對(duì)市已建和新建民用建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)的實(shí)施進(jìn)行探討，以期為廣大同仁提供借鑒和參考。關(guān)鍵詞：民用建筑；圍護(hù)結(jié)構(gòu)；節(jié)能技術(shù)；實(shí)施1、前言能源作為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，關(guān)系到國計(jì)民生。隨著我國經(jīng)濟(jì)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(jì)，我國建筑能耗統(tǒng)按廣義能耗計(jì)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(duì)于緩解我國能源狀況、有效實(shí)施節(jié)約能源將起到極為重要的作用。圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(jìn)行熱量交換，其節(jié)能技術(shù)的實(shí)施直接關(guān)系到建筑節(jié)能的效果，對(duì)推行建筑節(jié)能意義巨大，因此，本文將對(duì)民用建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行分析論證，并結(jié)合油區(qū)民用建筑的現(xiàn)狀和技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件，對(duì)油區(qū)已建和新建民用建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)的實(shí)施進(jìn)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(hù)結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ134—2001，以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》），河南油田屬夏熱冬冷地區(qū)。該地區(qū)的氣候特點(diǎn)是：夏季悶熱，太陽輻射強(qiáng)度大，氣溫較高，最熱的月份室內(nèi)氣溫高達(dá)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(shí)間長達(dá)1個(gè)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(shí)間長達(dá)2個(gè)月，相對(duì)濕度較大，季風(fēng)旺盛，不符合《標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的冬夏季室內(nèi)溫度設(shè)計(jì)值。2.2屋面節(jié)能技術(shù)落后通過對(duì)我市民用建筑屋面節(jié)能狀況進(jìn)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(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全不利；3）采用架空隔熱屋面，也就是在防水層上面再設(shè)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(duì)于實(shí)施屋面節(jié)能意義不大，同時(shí)，由于架空隔熱層增加了屋面恒載，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全不利，經(jīng)濟(jì)效益也受到影響；根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》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(qiáng)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(dá)60°C以上，頂層室內(nèi)頂板的溫度可達(dá)40°C以上，可見，上述屋面節(jié)能措施實(shí)施效果較差，節(jié)能技術(shù)落后。另外，根據(jù)砌體結(jié)構(gòu)、砼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)性能特點(diǎn)（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(shù)落后，使屋面板與磚砌體間產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，從而成為導(dǎo)致頂層砌體出現(xiàn)溫度裂縫的直接原因，嚴(yán)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(jī)率很高），可見，實(shí)施屋面節(jié)能技術(shù)對(duì)確保建筑物的結(jié)構(gòu)安全同樣具有重要意義。2.3外窗節(jié)能技術(shù)應(yīng)用滯后1）鋁合金窗。現(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(yuǎn)大于《標(biāo)準(zhǔn)》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(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的數(shù)值，不符合建筑節(jié)能的強(qiáng)制性規(guī)定；3）經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)測發(fā)現(xiàn)，夏季以上外窗外側(cè)溫度可達(dá)45°C以上，內(nèi)側(cè)溫度可達(dá)40°C以上，可見，我市外窗節(jié)能技術(shù)應(yīng)用滯后，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能極為不利。2.4外墻節(jié)能技術(shù)急需改進(jìn)多年來，我市民用建筑外墻多采用240厚實(shí)芯粘土磚砌體作為圍護(hù)、承重結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)造價(jià)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(biāo)準(zhǔn)》中強(qiáng)制性規(guī)定的K≤1.5W/m2.K的要求，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能不利，而且，由于粘土磚生產(chǎn)時(shí)浪費(fèi)大量農(nóng)耕土地資源，因此被建設(shè)部列為“限用”產(chǎn)品。3、屋面節(jié)能技術(shù)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(duì)我市民用建筑屋面節(jié)能狀況分析可知，其節(jié)能技術(shù)有待改進(jìn)。屋面實(shí)施節(jié)能技術(shù)包括（一）構(gòu)造節(jié)能技術(shù)；（二）材料節(jié)能技術(shù)兩大方面。3.1構(gòu)造節(jié)能技術(shù)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(shè)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(gòu)造簡化、避免浪費(fèi)，防水層受到保護(hù)、不易被損壞，屋面節(jié)能效果得到改善等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然，倒置式屋面特別強(qiáng)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(duì)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(shí)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(yīng)注意：1）屋面坡度宜優(yōu)先采用結(jié)構(gòu)起坡，省卻構(gòu)造找坡層，以便減小屋面恒載；2）防水層與保溫層之間可設(shè)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(gè)隔離層，另一方面可同時(shí)造成一個(gè)集水和結(jié)凍的空間。此類屋面在我市應(yīng)用較少，對(duì)推行節(jié)能有利。當(dāng)然，倒置式屋面具有屋面滲漏點(diǎn)不易察覺、防水層維修不便等缺點(diǎn)，選用時(shí)應(yīng)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(shí)現(xiàn)通風(fēng)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(shí)施時(shí)應(yīng)注意：考慮“平改坡”所引起的造價(jià)提高和建筑面積增加的綜合效益；應(yīng)對(duì)“平改坡”引起的地基、基礎(chǔ)恒載的加大充分考慮，必要時(shí)應(yīng)對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，確保結(jié)構(gòu)安全。3.2保溫隔熱材料節(jié)能技術(shù)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?，保溫效果差，?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(shù)目標(biāo)。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(jī)物類，如加氣混凝土保溫塊巖等；2)有機(jī)物類，如聚苯乙烯泡沫保溫板等，對(duì)使用上述材料的工程項(xiàng)目進(jìn)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(duì)屋面節(jié)能不利。在我市第二批經(jīng)濟(jì)適用住房建設(shè)過程中，我們通過技術(shù)攻關(guān)，在傳統(tǒng)保溫隔熱材料的基礎(chǔ)上研制出了一種新型屋面保溫材料---夾層復(fù)合型水泥珍珠巖保溫板，它是利用先進(jìn)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(fù)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(dǎo)熱系數(shù)相當(dāng)，而且具有價(jià)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(gòu)安全系數(shù)，同時(shí)，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(yīng)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(yù)防,符合《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50003—2001）的要求。當(dāng)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(jì)適用住房中的推廣應(yīng)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(jì)承受能力，筆者以為上述節(jié)能型材料的應(yīng)用是實(shí)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(shù)措施窗戶是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的開口部位，應(yīng)該滿足人們對(duì)采光、通風(fēng)、日照、視野等方面的基本要求，還應(yīng)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(hù)結(jié)構(gòu)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(yīng)用新型節(jié)能外窗，對(duì)于減少外窗熱量損失、促進(jìn)建筑整體節(jié)能具有重要意義，其節(jié)能技術(shù)的實(shí)施包括（一）結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)；（二）材料節(jié)能技術(shù)兩大方面。4.1結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)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(shí)間的延長，密封毛條表面毛體磨損，四周空隙也會(huì)加大，能量消耗更為嚴(yán)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(gòu)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(guān)閉后，密封橡膠壓條壓得很緊，密封性能很好，很難形成對(duì)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(jìn)行的，如果能解決這個(gè)問題，平開窗的節(jié)能效果會(huì)得到有利的保證，從結(jié)構(gòu)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(duì)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(duì)房間內(nèi)的熱損失有重要影響，《標(biāo)準(zhǔn)》中窗墻比與外窗的傳熱系數(shù)互為約束，為強(qiáng)制性條文，必須嚴(yán)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(hù)結(jié)構(gòu)的熱損失，因此應(yīng)對(duì)外窗節(jié)能與建筑物的立面、窗墻比進(jìn)行綜合考慮。4.2材料（玻璃）節(jié)能技術(shù)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(shí)，由于外窗結(jié)構(gòu)的變化也會(huì)對(duì)用戶的使用造成不便，因此，結(jié)構(gòu)節(jié)能對(duì)實(shí)施外窗節(jié)能意義不大，而玻璃節(jié)能才會(huì)對(duì)外窗的節(jié)能效果起到關(guān)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(gòu)成，四周不氣密，其傳熱系數(shù)K≈3.7W/m2.K，接近于《標(biāo)準(zhǔn)》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(jià)值。筆者家中的外窗即為雙玻璃窗,實(shí)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(gòu)成空隙層，四周用高強(qiáng)度氣密性的復(fù)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(dá)到隔熱的目的，要達(dá)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的數(shù)值。當(dāng)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(huì)達(dá)到更好的保溫、隔熱及隔音效果（據(jù)報(bào)道，國外正在從事該方面的技術(shù)研究）。根據(jù)油區(qū)居民的經(jīng)濟(jì)承受能力，筆者以為該窗推廣的潛力很大，對(duì)實(shí)施圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(duì)流及導(dǎo)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(jià)格昂貴推廣受到限制。通過上述技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(yīng)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(jì)支出，而且節(jié)約了能源，可謂利國利民，推廣價(jià)值極大。5、外墻節(jié)能技術(shù)措施外墻實(shí)施節(jié)能技術(shù)包括：（一）構(gòu)造節(jié)能技術(shù)；（二）材料節(jié)能技術(shù)兩大方面。5.1構(gòu)造節(jié)能技術(shù)5.1.1內(nèi)保溫

外墻內(nèi)保溫施工，是在外墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)部加設(shè)保溫層。內(nèi)保溫施工速度快，操作方便，可以保證施工進(jìn)度。內(nèi)保溫材料可采用增強(qiáng)石膏復(fù)合聚苯保溫板、增強(qiáng)水泥復(fù)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(huì)多占用室內(nèi)使用面積，容易引起墻體開裂，還會(huì)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(gòu)。內(nèi)保溫在技術(shù)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(shù)常采用將巖（礦）棉、玻璃棉等低導(dǎo)熱系數(shù)的保溫材料包在主體結(jié)構(gòu)的外側(cè)的方法，能夠保護(hù)主體結(jié)構(gòu)，延長建筑物的壽命，有效減少了建筑結(jié)構(gòu)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(shù)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(hù)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(duì)實(shí)施外墻節(jié)能意義巨大，而且對(duì)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(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)。與內(nèi)保溫相比，其技術(shù)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(shù)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(duì)構(gòu)建油區(qū)文明小區(qū)室外景觀具有重要意義，因此推廣價(jià)值極大。5.2新型墻體材料節(jié)能技術(shù)

墻體材料節(jié)能主要是靠保溫隔