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建筑围护结构的节能设计

摘要:建筑外围护结构的能耗占建筑总能耗的比例很大,如果能将外围护结构

所耗能量降,则对建筑节能有很大帮助。因此,对建筑外围护结构的研究与材料

的创新是很有必要的。

关键词:外围护结构;U值;保温;节能

1建筑围护结构发展概况

建筑围护结构就像人类的衣服一样,保护着它们不受极端温度和气候变化的

影响。它起的作用越大,采暖或空调的能耗就越小。因此技术手段和构造方法必

须在每一个细节上都与功能和气候所决定的要求相协调。

建筑的采暖要求很大程度上取决于建筑围护结构的热量损失,建筑构件的热

量传递损失是和它的面积和导热能力相对应的。首先要把建筑变得更加紧凑,其

次是要采取优质均匀的材料。对于那些面积比较大的元素来说,保温性能的好坏

显得尤为重要。

建筑围护结构通常包括透明和不透明两个部分。由于玻璃的U值(室内外温

差时热传递的参数,用于描述通过物体时的热损失,它表示室内外温差相差每1华

氏度,每1个小时每平方英寸玻璃通过的热量)比较高,所以它的热损失要比其它不

透明的建筑围护结构大得多。窗户必须满足自然通风和采光与外界的视觉联系和

建筑表现等一系列功能要求。同时,这些围护结构如果是经过正确的规划和设计

的话,还可以作为被动式利用太阳能的基础。

对于玻璃区的构造来说,窗框和玻璃的质量有着至关重要的意义。近年来,玻

璃工业有了很大的进步。三层中空玻璃和特殊的表面处理可能实现很低的U值。

这种玻璃的造价只比传统的隔热玻璃贵了不到25%,而且随着它们的大规模推广,

价格还会大幅下降。即使对于传统的隔热玻璃来说,窗框的隔热性也比玻璃要差

得多。因此在采用三层中空玻璃时,必须对窗框的隔热性有相应的提高,有保温层

的窗框应运而生。这些窗框要昂贵得多。而且,由于三层中空玻璃的厚度比较大,

所以就要求窗框的截面也比以前更宽,这对设计和美观来说是一个美中不足的地

方。在这种情况下,大型整体窗户可以降低窗框的用量,固定扇和开启扇开启的合

理划分也可以减少厚窗框的用量。几乎没有可开启扇的梁柱式里面与三层中空玻

璃的结合会更加经济,受力面也会少得多。

对于提高窗户标准来说,与立面其他部分结合时,避免热桥的产生和保证气密

性是非常重要的,建筑维护结构上的渗漏电往往出现在这些地方。

不透明的墙体必须同时满足各种不同的要求,例如,用同一种材料,既要满足

保温的要求,又要满足热量储存的要求,这样就会导致两种效果都不是很理想。在

这种情况下,正确的方法是采用不同特征的裁量和设计相结合的办法在外墙上添

加轻质保温材料,可以提高墙体的U值。这个设计取决于室内建筑围护结构的蓄

热能力对温度波动的补充。多个层次的外墙设计为把具有蓄热功能的实体构件放

在内侧提供了条件,而保温层则设置在外侧。整个建筑外围护结构外表面均匀的

保温层有利于避免在外墙上出现保温的薄弱环节。在建筑节能中,需要对建筑围

护结构之间的连接点予以高度的重视,尤其是要避免热桥的产生。

保温材料的发展趋势主要集中在针对性的应用,而不是要实现单个产品或系

统的普遍适用。采用高效保温材料后,墙厚得以减薄。但如果采用内保温,主墙体

越薄,保温层越厚,热桥的问题就越趋于严重。在寒冷的冬天,热桥不仅会造成额外

的热损失,还可能使外墙内表面潮湿、结露,甚至发霉和淌水,而外保温则不存在这

种问题。由于外保温避免了热桥,在采用同样厚度的保温材料条件下,外保温要比

内保温的热损失减少约20%,从而节约了热能。

2建筑外墙保温效果分析

对外墙进行保温,无论是外保温、内保温还是夹心保温,都能够使冷天外墙内

表面温度提高,使室内气候环境有所改善。然而,采用外保温则效果更良好,其原因

主要表现于以下几个方面。①外保温可以避免产生热桥。在采用同样厚度的保

温材料条件下,外保温要比内保温的热损失减少约1/5,从而节约了能耗。②在进

行外保温后,由于内部的实体墙热容量大,室内能蓄存更多的热量,使诸如太阳辐

射或间歇采暖造成的室内温度变化缓慢,室内温度较为稳定,生活较为舒适;也使

太阳辐射热、人体散热、家用电器及炊事散热等因素产生的“自由热”得到较好的

利用,有利于节能,而在夏季,外保温层能减少太阳辐射热的进入和室内高气温的

综合影响,使外墙内表面温度和室内空气温度得以降低。可见外墙外保温有利于

使建筑冬暖夏凉。③室内居民实际感受到的温度,既有室内温度又有围护结构内

表面温度的影响,这就证明,通过外保温提高外墙内变面温度即使室内的空气温度