对建筑墙体节能设计的几点分析

孔凡军　李怀禄

摘要：随城市建设规模的迅速发展和住宅商品化的深入，人们对节约能源和保护环境要求不断提高，建筑节能和建筑环保日益得到人们的重视，出现了不少新技术、新工艺、新材料，建筑结构围护保温（即建筑外墙的保温）便是其中之一。本文叙述了高层建筑节能与气候、地理条件的关系。建筑位置、朝向与接受太阳辐射热能的关系及高层围护结构墙体的保温、隔热存在的问题及今后发展方向。

关键词：建筑复合墙体 节能 分析

0 引言

我国东北地区，现代化高层建筑的诞生仅有二十几年的历史，然而城市中任何建筑都是城市设计、规划的一部分，城市设计是一项十分复杂的工作，我国在这方面的经验不多，而且管理机制尚不健全，往往受一些因素的影响，工作不甚周密和协调，甚至失去控制，有许多的问题等待我们去解决，有待于探索和改进，所以说，今天的高层建筑设计仍处在一个不太成熟的阶段。高层建筑体形庞大，如，容积率过高，相邻建筑互相遮挡、不通透，形成大面积阴影区，城市人居环境质量下降，市中心人口膨胀、交通拥挤。除此之外，近些年在某些城市建高层建筑已成风气，设计者往往贪大求高，大部分精力放在追求立面形式和使用功能上，而往往忽略生态环境的保护、建筑设计节能意识淡薄，造成高能耗、低效益，影响常年使用，浪费巨大。所谓建筑节能不仅是建筑本身的节能，且由城市的综合环境、气候条件、总体布局；建筑物的形体变化、朝向；外围护结构保温、隔热的性能；门窗质量等许多综合性因素构成，因此，高层建筑的节能首先应为设计者重视。

1 外墙保温形式

外墙保温是指一般的墙体与一层热阻材料复合成一种新型建筑围护结构，它具有承重又具有保温隔热双重功效，外墙保温可分为两种形式，一是墙体个保温，二是墙体内保温，经过十几年的实践，我国的建筑墙体保温已经从内保温转移到外墙保温，这是因为：

1.1 采用外保温，内部结构得到保护，室内气候不断变化引起墙体内部较大的温度变化发生在外保温层内，使内部的主体墙温度变化缓，热应力减少，因而主体墙产生裂缝、变形、破损的危险大为减轻，寿命得以延长。

1.2 外保温可以避免产生热桥，不做保温的墙体，外墙即要承重又要保温作用，墙体势必较厚，采用热阻材料复合后，墙的厚度减薄，但如果采用内保温，墙体越薄，保温层越厚，热桥的问题越严重，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，结雾，而外保温杯不存在这种问题，由于外墙避免了热桥，在采用同样厚度的保温条件下，外保温要比内保温热损失少20%，从而节约了能源。

1.3 进行个温后，由于内部的墙体热容量大，室内能蓄存更多的热量使室内的温度随室外的温度变化较慢，室温较为稳定，人的感觉更舒适，在冬季，太阳辐射热、人体散热、电气散热所产生的热量，得到较好的利用，有利于节能，在夏季，外保温能减少和辐射热的进入使外墙表面温度得到降低，可见外保温的利于建筑冬暖夏凉。

1.4 采用内保温的墙上难以安装窗帘盒及吊挂物体，进行室内装修时也容易把内保温层破坏，而外保温可正常施工。

外保温的综合经济效益很高，虽然外保温工程每平方米造价要比内保温相对高一些，但只要技术选择适当，单位面积造价主的并不多，特别是由于外保温增加了使用面积近20%实际上是单位面积造价的降低。外保温具有上述特点，外保温技术已经得到人们的重视，通过国外技术的引进与交流，并结合国内实际情况，国内外保温新产品不断出现，技术及应用日趋完善。

2 建筑的科学定位与优化朝向

高层建筑的定位首先应考虑对城市环境的影响容积率过高很难满足日照要求，阳光有着巨大辐射能量，在寒冷地区人们十分珍惜阳光带来的温暖。据有关资料分析，地球每年接收的能量有60亿亿千瓦，这么大能量弃之可惜，从某种意义上讲地球本身就是巨大的太阳能接收器，阳光不仅对人的身体健康有着很大影响，对建筑的节能也有着十分重要意义。寒冷地区城市规划应注重应用日照原理，合理的确定建筑位置与朝向，使每幢建筑能接收更多的太阳辐射热能，因此，建筑的方位与节能有着直接关系。如，在北纬40度～45度地区，冬天建筑的朝向所得到的辐射能量几乎比夏天多两倍，而在夏天东、西向所得到的能量比南向多2.5倍，不同朝向，不同季节，建筑物所得到的太阳辐射热能量不同，热损失也不同，尤其是在冬至前后，由于太阳高度角低，房间所接收的太阳光线的面积比夏天多得多。在确定建筑的方位时首先应考虑环境情况，按其太阳高度角做出日影响图，以确定冬季每天的日照时间，建筑南向开窗面积尽可能大些，在满足采光条件下，北向、东向窗尽可能小些，从而获得更多的太阳光线，减少热损失，保持室内舒适的温度环境。

3 外墙围护结构的优化设计

3.1 外墙是围护结构的主体部分，高层建筑的围护结构不同于砖石结构房屋，前者是钢筋混凝土框架或剪力墙结构承重，因此，围护结构属于填充材料，为了减轻荷载，达到保温、隔热要求，采用轻质高效保温材料，目前在寒冷地区常用的墙体做法有：页岩陶粒混凝土空心砌块；粘土空心砖与实心砖复合墙体；粘土实心砖或空心砖岩棉夹心复合墙体等。但存在问题较多，节能的效果仍达不到标准的要求。围护结构的材料布置分外侧和内侧，在寒冷地区的同一气候条件下，由于材料层次布置不同所取得的保温效果也不尽相同，为防止墙体内产生冷凝水，保温层设在外侧更为妥些。

3.2 高层建筑的围护墙体不宜采用外侧保温的聚苯乙烯泡沫板（舒乐板、PG板），岩棉板等轻质保温材料。一幢建筑的寿命少则几十年，多则上百年，材料的应用与建筑整体的寿命应同步。对于轻质的外保温复合墙体，笔者认为存在以下不足之处：①抗震能力差，易松散，与结构构件结合不好，整体性能差。②不能承受外部装修贴、挂荷载，如：贴石材，安装装饰构件等。③不能承受有振动的凿、刨的装修，如：剁斧石面层、予留洞、槽易出现冷桥。④墙表面易出现裂纹。除此之外，复合墙体由于框架梁拉、剪力墙的嵌入，墙体内容易造成冷桥，是保温、隔热的薄弱环节。据测定，高层建筑所出现的冷桥约占整个热损失的5%～13%，因此应引起设计者重视，采取有效构造措施尽可能避免产生冷桥。

3.3 国外普遍推广采用混凝土空心砌块用于高层建筑围护结构保温，欧、美各国取得不少先进经验。如：美国研制的TB型保温隔热复合砌块；波兰的咬合式保温砌块，两块组合成320厚墙体，在空心砌块内填入高效保温材料，墙体传热系数K=01209～1100W/m2 k；芬兰研制的一种空心砌块，空隙之间填入聚胺脂保温材料，300厚，传热系数K=0.25～0.28W/m2 k。某些欧美国家50%左右的建筑已应用多种形式的混凝土空心砌块。由于混凝土空心砌块保温效果好，又具有一定强度，避免了轻质复合材料墙体的一些弊端。

4 影响建筑节能的相关因素分析

4.1 墙体外围面积对能耗影响大 高层建筑外围护墙体耗能量较大，占整个建筑耗能的25%左右。建筑的形体变化是建筑外露面积的主要因素之一，体形系数越大耗能越多，国外的一些高层建筑造成圆塔形，比如美国洛杉矶的好运饭店、法国戴高乐机场候机楼、纽约第三大街53号办公楼都是圆型或椭圆形，我们知道，相同的面积，圆的周长最短，这样使建筑外露面积较小。因此，基于能量损耗的考虑，高层建筑的形体变化不宜过多、复杂。

4.2 风对建筑能耗的影响 在冬季，风力对建筑的热损失很大，增大冷空气的渗透量，使室内热损失加大。由于建筑某些部位处理不当，墙体内部易产生冷凝水。高层建筑的“风环境”是影响建筑耗能的又一重要因素。因此，建筑保温材料的选用，建筑构造的合理性应建立在科学、可靠的基础上。