民用建筑围护结构节能技术

民用建筑围护结构节能技术研究摘要：本文通过对市民用建筑屋面、外窗、外墙围护结构的节能现状进行调查，分析了围护结构在节能方面所存在的薄弱环节，并结合市民用建筑的现状和技术、经济条件，对市已建和新建民用建筑围护结构节能技术的实施进行探讨，以期为广大同仁提供借鉴和参考。关键词：民用建筑；围护结构；节能技术；实施1、前言能源作为国民经济发展的基础，关系到国计民生。随着我国经济的快速增长，能源消耗也随之增加，目前我国已跃居世界第二能耗大国，而能源供给状况堪忧，节约能源已刻不容缓。据统计，我国建筑能耗统按广义能耗计算，约占全国总能耗的40%以上，可见，建筑节能潜力很大，它对于缓解我国能源状况、有效实施节约能源将起到极为重要的作用。围护结构包括建筑物的屋面、外窗、外墙等部位，由于其暴露在外，直接与自然界进行热量交换，其节能技术的实施直接关系到建筑节能的效果，对推行建筑节能意义巨大，因此，本文将对民用建筑围护结构的节能技术进行分析论证，并结合油区民用建筑的现状和技术、经济条件，对油区已建和新建民用建筑围护结构节能技术的实施进行探讨，以期为广大同仁提供借鉴和参考。2、我市民用建筑围护结构节能现状2.1我市的气候特征依据《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134—2001，以下简称《标准》），河南油田属夏热冬冷地区。该地区的气候特点是：夏季闷热，太阳辐射强度大，气温较高，最热的月份室内气温高达34℃左右，特别是在顶层及西晒房间室内气温更高，十分闷热难受，而且持续时间长达1个月以上；冬季较冷，室内阴冷潮湿，最冷月份室内平均气温只有4～6℃，时间长达2个月，相对湿度较大，季风旺盛，不符合《标准》中规定的冬夏季室内温度设计值。2.2屋面节能技术落后通过对我市民用建筑屋面节能状况进行调查发现，其保温隔热节能措施有以下几种：1）采用传统的保温隔热材料---现浇水泥珍珠岩板。但现场发现保温层厚薄不均，最厚处仅有60mm左右（其传热系数K=0.925W/m².K），最薄处甚至漏铺；2)采用新型保温隔热材料---150厚加气混凝土保温块（其传热系数K=0.895W/m².K）。但由于其自重较大，使屋面恒载大幅度增加，对建筑结构安全不利；3）采用架空隔热屋面，也就是在防水层上面再设一道架空隔热层（其传热系数K=0.99W/m².K）。现场调查发现，架空隔热屋面的隔热效果并不理想，对于实施屋面节能意义不大，同时，由于架空隔热层增加了屋面恒载，对建筑结构安全不利，经济效益也受到影响；根据《标准》中规定的屋面传热系数K≤0.8W/m².K的要求，以上材料的传热系数不符合建筑节能的强制性要求，而且，笔者经过现场调查后发现，夏季油区民用建筑屋面温度可达60°C以上，顶层室内顶板的温度可达40°C以上，可见，上述屋面节能措施实施效果较差，节能技术落后。另外，根据砌体结构、砼结构构件的力学性能特点（其线膨胀系数相差2.4倍），由于屋面保温隔热性能差，节能技术落后，使屋面板与砖砌体间产生较大的温度应力，从而成为导致顶层砌体出现温度裂缝的直接原因，严重影响了建筑物的使用寿命（现场发现已建老楼顶层砌体出现温度裂缝的机率很高），可见，实施屋面节能技术对确保建筑物的结构安全同样具有重要意义。2.3外窗节能技术应用滞后1）铝合金窗。现场调查发现，目前我市民用建筑外窗多采用5厚浮法玻璃单层推拉铝合金窗，该窗的传热系数K=6.4W/m².K，远大于《标准》中规定的K≤3.2W/m².K（取最大值）的要求，节能效果较差；2）少部分外窗采用推拉塑钢窗、钢窗，其传热系数分别为4.7W/m².6.4W/m².K，大于《标准》中规定的数值，不符合建筑节能的强制性规定；3）经过现场实测发现，夏季以上外窗外侧温度可达45°C以上，内侧温度可达40°C以上，可见，我市外窗节能技术应用滞后，对围护结构节能极为不利。2.4外墙节能技术急需改进多年来，我市民用建筑外墙多采用240厚实芯粘土砖砌体作为围护、承重结构，该结构造价较低，施工方便，但最大的弊端是其平均传热系数较大（K≈1.96W/m².K），保温隔热性能差，不符合《标准》中强制性规定的K≤1.5W/m².K的要求，对围护结构节能不利，而且，由于粘土砖生产时浪费大量农耕土地资源，因此被建设部列为“限用”产品。3、屋面节能技术措施屋面是建筑物的最上层，除了有防水作用之外，它还有保温隔热的重要作用。通过以上对我市民用建筑屋面节能状况分析可知，其节能技术有待改进。屋面实施节能技术包括（一）构造节能技术；（二）材料节能技术两大方面。3.1构造节能技术倒置式保温防水屋面所谓倒置式屋面，也就是将憎水性保温材料设置在防水层上的屋面，它是一种新型的保温节能屋面。与普通保温节能屋面相比较，其具有构造简化、避免浪费，防水层受到保护、不易被损坏，屋面节能效果得到改善等优点。当然，倒置式屋面特别强调了“憎水性”保温材料，而工程中常用的保温材料如水泥膨胀珍珠岩、水泥蛭石、矿棉岩棉等都是非憎水性的，这类保温材料如果吸湿后，其传热系数将陡增，从而影响了屋面的保温隔热效果，这对于屋面节能是不利的，因此，选用倒置式屋面，一定要选用“憎水性”保温材料如市场上的聚苯乙烯泡沫保温板等。实践证明，倒置式屋面的保温隔热效果高于普通的正置式屋面，节能效果比较明显。但选用倒置式屋面应注意：1）屋面坡度宜优先采用结构起坡，省却构造找坡层，以便减小屋面恒载；2）防水层与保温层之间可设置一层滤水层，滤水层可采用干净的卵石或排水组合，一方面可使防水层与保温层之间产生一个隔离层，另一方面可同时造成一个集水和结冻的空间。此类屋面在我市应用较少，对推行节能有利。当然，倒置式屋面具有屋面渗漏点不易察觉、防水层维修不便等缺点，选用时应全面考虑。“平改坡”屋面“平改坡”屋面为将已建的民用建筑平屋面改为坡屋面，以期实现通风隔热、屋面节能目的，而且建筑物的立面效果得到丰富。“平改坡”屋面特别适用于油区已建民用建筑，但实施时应注意：考虑“平改坡”所引起的造价提高和建筑面积增加的综合效益；应对“平改坡”引起的地基、基础恒载的加大充分考虑，必要时应对其进行结构验算，确保结构安全。3.2保温隔热材料节能技术众所周知，屋面节能效果的好坏主要取决所用保温材料传热系数K值的大小，K值大，屋面传热快，保温效果差，节能的效果就差，反之则相反。因此，降低屋面保温材料的K值，成为研究的技术目标。研究发现，目前市场上的现有的屋面保温材料有两类：1）无机物类，如加气混凝土保温块岩等；2)有机物类，如聚苯乙烯泡沫保温板等，对使用上述材料的工程项目进行现场调查后发现，由于以上材料K值大，保温隔热效果差，因此对屋面节能不利。在我市第二批经济适用住房建设过程中，我们通过技术攻关，在传统保温隔热材料的基础上研制出了一种新型屋面保温材料---夹层复合型水泥珍珠岩保温板，它是利用先进的生产工艺，通过物理方法形成“密闭的空气气腔”将资源丰富的空气资源与水泥珍珠岩保温材料复合而成的。经检测该材料传热系数K≤0.8W/m².K（90厚）,与200厚的加气混凝土保温块导热系数相当，而且具有价格优势。另外，由于其干容重G≤350Kg/m³,而加气混凝土块保温材料的干容重为600Kg/m³，因此，使用后屋面的恒载将大大减小，提高了建筑物的结构安全系数，同时，由于其较好的保温隔热性能，减小了屋盖与砖砌体之间的剪应力，从而使顶层砌体出现的正“八”字形、倒“八”字形斜裂缝、水平裂缝得到有效预防,符合《砌体结构设计规范》（GB50003—2001）的要求。当然，低传热系数的新型屋面保温材料种类很多，但通过该新型保温材料在我市第二批经济适用住房中的推广应用，证明节能效果非常明显，而且建筑物顶层砌体的温度裂缝也得到控制，根据河南油田的气候状况和居民的经济承受能力，笔者以为上述节能型材料的应用是实施我市屋面节能最直接、最有效的途径之一。4、外窗节能技术措施窗户是建筑外围护结构的开口部位，应该满足人们对采光、通风、日照、视野等方面的基本要求，还应具备良好的保温、隔热、隔声性能，才能为用户提供安全、舒适的室内环境。在外窗、外墙、屋面和地面为四大建筑能耗部位中，作为围护结构中保温节能的最薄弱的环节，外窗的能耗列居首位，其能耗占全部建筑能耗的40％～50％。因此，研究和应用新型节能外窗，对于减少外窗热量损失、促进建筑整体节能具有重要意义，其节能技术的实施包括（一）结构节能技术；（二）材料节能技术两大方面。4.1结构节能技术4.1.1推拉窗推拉窗的开窗面积为窗框的一半，窗扇四周空隙较大，而且随着使用时间的延长，密封毛条表面毛体磨损，四周空隙也会加大，能量消耗更为严重。不论是铝合金或塑钢材料制成的推拉窗，其节能效果都不理想。可以说，推拉窗的结构决定了它不是理想的节能窗。

4.1.2平开窗平开窗平开窗分内外平开窗。窗扇关闭后，密封橡胶压条压得很紧，密封性能很好，很难形成对流。这种窗型的热量流失主要是通过玻璃和窗框窗扇型材进行的，如果能解决这个问题，平开窗的节能效果会得到有利的保证，从结构上讲，平开窗要比推拉窗有明显的节能优势。

4.1.3固定窗固定窗的窗框嵌在墙体内，玻璃直接安在窗框上，用密封胶把玻璃和窗框接触的四边密封。正常情况下，有良好的水密性和气密性，空气很难通过密封胶形成对流，因此热损失极少，固定窗要比推拉窗有明显的节能优势，但玻璃和窗框是热损失的源泉。4.1.4合理确定窗墙比窗墙比即窗墙面积的比值，是指窗户洞口面积与立面单元面积的比值，其数值的大小对房间内的热损失有重要影响，《标准》中窗墙比与外窗的传热系数互为约束，为强制性条文，必须严格执行，而且，在冬季采暖季节，由于窗玻璃具有的透明性，在太阳辐射作用下，可使建筑物获得一定的热量，减少围护结构的热损失，因此应对外窗节能与建筑物的立面、窗墙比进行综合考虑。4.2材料（玻璃）节能技术由于窗体散热大面积是玻璃，而不是窗框，玻璃占不同类型窗面积的70％～90％，同时，由于外窗结构的变化也会对用户的使用造成不便，因此，结构节能对实施外窗节能意义不大，而玻璃节能才会对外窗的节能效果起到关键作用。4.2.1双玻璃节能窗双玻璃窗由两层平板玻璃构成，四周不气密，其传热系数K≈3.7W/m².K，接近于《标准》中规定的K≤3.2W/m².K（取最大值）的要求，基本符合节能要求，具有推广价值。笔者家中的外窗即为双玻璃窗,实践证明，双玻璃窗的节能效果好于单玻璃窗，属可推广的节能窗，而且其隔音性能也有较大改善。4.2.2中空玻璃节能窗普通的中空玻璃窗是由两层或多层平板玻璃构成空隙层，四周用高强度气密性的复合粘合剂将两片或多片玻璃与铝条或橡胶条粘合而成。空隙层一般只在20mm左右，并不能有效的达到隔热的目的，要达到40mm才有一定的效果，这就使得空隙层的压力变得更小，采用的玻璃就必须有更大的强度。该窗的传热系数在3.0～2.5W/m².K之间，具有很好的保温隔热性能，符合《标准》中规定的数值。当然，如果在空隙间层填充反光材料，或在空隙处充入惰性气体，就会达到更好的保温、隔热及隔音效果（据报道，国外正在从事该方面的技术研究）。根据油区居民的经济承受能力，笔者以为该窗推广的潜力很大，对实施围护结构节能意义巨大。4.3窗框节能---平开真空玻璃塑铝框节能窗真空玻璃是在两层玻璃中抽真空，两块玻璃四周用特殊材料烧溶密封而成。它基本上消除了玻璃间气体对流及导热的热量传递，其保温性、密封性和耐久性优于中空玻璃窗，具有很好的保温隔热性能，但由于其价格昂贵推广受到限制。通过上述技术经济分析可以看出，以中空玻璃窗为代表的低传热系数窗为较好的节能外窗，它的推广应用不仅能给油区广大居民提供更加舒适的居住环境，节约能耗经济支出，而且节约了能源，可谓利国利民，推广价值极大。5、外墙节能技术措施外墙实施节能技术包括：（一）构造节能技术；（二）材料节能技术两大方面。5.1构造节能技术5.1.1内保温

外墙内保温施工，是在外墙结构的内部加设保温层。内保温施工速度快，操作方便，可以保证施工进度。内保温材料可采用增强石膏复合聚苯保温板、增强水泥复合聚苯保温板、内墙贴聚苯板抹粉刷石膏等。但内保温会多占用室内使用面积，容易引起墙体开裂，还会影响施工速度，影响居民的二次装修，且内墙悬挂和固定物件也容易破坏内保温结构。内保温在技术上的不合理性，决定了其必然要被外保温所替代。

5.1.2外保温

外保温技术常采用将岩（矿）棉、玻璃棉等低导热系数的保温材料包在主体结构的外侧的方法，能够保护主体结构，延长建筑物的寿命，有效减少了建筑结构的热桥，增加建筑的有效空间，消除了冷凝，提高了居住的舒适度。目前比较成熟的外墙保温技术主要有以下几种：1）外挂式外保温，常采用粘接砂浆或者是专用的固定件将保温材料贴、挂在外墙上，然后抹抗裂砂浆，压入玻璃纤维网格布形成保护层，最后加做装饰面的方法；2）常采用将聚苯颗粒等材料与墙体一次浇注成型的方法。以上几种保温材料的传热系数在0.51～0.65W/m².K之间，具有很好的保温隔热性能，对实施外墙节能意义巨大，而且对外墙渗漏质量通病的防止也有明显效果。外保温是目前大力推广的一种围护结构节能技术。与内保温相比，其技术具有明显的优越性，使用同样规格、同样尺寸和性能的保温材料，外保温比内保温的效果好。笔者以为，外保温技术不仅适用于油区的新建工程，更适用于旧楼改造，而且可以丰富建筑物的立面效果，它对构建油区文明小区室外景观具有重要意义，因此推广价值极大。5.2新型墙体材料节能技术

墙体材料节能主要是靠保温隔