建筑外维护节能策略研究

郑州大学建筑学院 李文倩

中原工学院 张淑润

建筑外维护节能策略研究

郑州大学建筑学院 李文倩

中原工学院 张淑润

我国每年新增建筑面积达18亿～20亿m2，是世界上最大的建筑市场，而每年的能源消耗则高达27.5%，外维护部分的节能系统占其总能耗的绝大部分。外维护结构的保温隔热性能是改善室内外热环境及提高建筑节能技术的关键。无论是严寒地区、寒冷地区还是夏热冬冷地区等，外维护结构的设计都与其气候特征有明显关联，夏季应阻挡室外热辐射，并通过遮阳技术和自然通风来为建筑降温，冬季则应加强保温隔热和提高气密性来防止室内热量流失，另外太阳能技术的利用也是其重要方面。

一、建筑外维护系统节能构造设计原则及要求

要实现建筑外维护的节能构造系统，首先应按照气候分区的节能设计标准来执行。应充分利用冬季日照并避开冬季主导风向，利用夏季自然通风，在建筑总体布局、外环境设计和建筑体型设计等方面提供有效条件。对外维护部分所涉及的墙体、门窗、屋面以及楼地面等，通过节能型的材料选择和合理的构造技术，才能有效改善外维护的保温、隔热和气密性，从而保证室内的热环境和减少能源消耗。

二、外维护节能要素分析

良好的外墙保温系统、合理的开窗面积、门窗气密性的提高、屋面绿化等都是提高围护结构保温隔热性能的主要途径，随着建筑技术、材料和构造的进步，这些方面对降低建筑能耗的意义越来越大，成为建筑设计不可忽视的环节。外维护部分节能要素主要分为外墙系统、屋面系统和门窗系统3部分。

1.外墙系统节能。外墙的节能在外维护中是至关重要的，因为它不仅面积大，而且构造复杂，涉及外墙形式、材料，以及保温、隔热、防水、防风、防火和安全性等的处理。

（1）实体外墙保温材料和形式。实体外墙保温材料根据砖、块、板、幕墙的不同分单一材料和复合材料。单一材料如空心砖、加气混凝土等，混合材料由不同材料来承担，更好地兼顾了保温和隔热，使用较为普遍。

外墙的保温隔热形式可分为外墙外保温、内保温、自保温、加芯保温和组合保温5种，但外保温隔热应用更为广泛，内保温次之，中间保温则较多使用于寒冷地区。

这几种保温隔热系统原理都是使用导热系数较小的材料来增加对热量的阻隔能力。外保温隔热系统绝热性能优越，消除热桥，不占用室内面积，但对防水、抗裂和抗腐蚀性能提出了较高要求。

另外，外维护结构的蒸汽渗透主要为了防止维护结构的结露现象，避免造成室内潮湿、墙体发霉等，可通过设置隔气层来解决，可用卷材、隔气涂料、铝膜等材料。

（2）幕墙形式。幕墙（图1）作为一种新颖、通透性强、简洁美观的建筑形式，是外维护结构中现代艺术与建筑技术最完美的结合，但因其消耗能量较大，目前国内外推广使用较多的是双层通风玻璃幕墙和光电玻璃幕墙系统。双层通风玻璃幕墙为智能化、呼吸式、热通道式的新型幕墙，由内外两道幕墙组成，中间设有空气间层，最大程度上达到节能，冬季可利用自然能来获取热量和减少损耗，夏季可利用遮阳、通风来降温，还可改进为真空玻璃双层通风幕墙，更节能舒适。而光电幕墙则集合了光伏发电和幕墙技术的绿色环保幕墙，可将光能转化为电能。

图1 玻璃幕墙

2.屋面系统节能。屋面是建筑外维护结构中接受阳光辐射几率最大的部位，特别是对于顶层室内热环境的影响尤为重要。节能方式主要分为保温隔热、通风、架空以及屋顶绿化。

（1）保温隔热屋面。保温材料的选取和屋面的构造方式决定了屋面的保温隔热效果。保温隔热材料的选取要求材料吸水率低或不吸水、导热系数小、重量轻、性能稳定、使用年限长。目前有正置式和倒置式两种，倒置式较为常用，将保温层设于防水层上，有效延迟防水层老化。

（2）架空屋顶。通风屋顶是利用热压或风压产生的动力驱动室内外空气流过通风间层将热量带走，具有隔热好、散热快的特点，一般通风间层两端完全敞开，通风口应设于迎向夏季主导风向，可将屋面的热量带走，提高屋面的隔热能力，一般情况下通风间层高度以100～250mm为宜。

（3）蓄水屋面。蓄水屋面为在屋面防水层上蓄一定高度的水，多为150～200mm，利用水的蒸发以及反射作用，将热量散发到空气中，从而减少屋盖吸收的热量。同时还可保护防水层，延长其寿命。

（4）屋顶绿化。屋顶绿化（图2）是屋面冬暖夏凉的绿色空调，在绿化的同时还可降低顶层房间的室内温度。即由于使用的人工土壤具有优良的保水性与保温性，由植物的光合作用带走热量，降低了周边气温。同时拓展了室外活动空间，为工作人员提供舒适的休闲场所，起到美化环境、休闲娱乐的作用。屋顶绿化的常见形式有屋顶种植、屋顶花园、屋顶棚架等。

图2 屋顶绿化

3.外窗系统节能。外窗系统主要满足通风、采光和建筑造型的需求，也是建筑维护系统中最薄弱的环节，在外维护结构所有热损失中，外窗的热损失大致占40%，主要因窗框、窗玻璃的热阻太小，经缝隙渗透的冷风使热损失进一步增大。

（1）控制外窗的保温隔热性能。提高外窗的保温隔热性能主要是提高外窗的热阻，选择导热性能较小的窗框材料，如塑钢窗框，经断桥处理的钢或铝合金窗框都有良好的保温性能，低辐射玻璃或Low-E玻璃，与普通玻璃相比，它可反射太阳光谱中40%～70%的红外长波热辐射，同时遮挡少量的可见光，可改善玻璃的保温性能。另外，外窗的密闭性应良好，在严寒、寒冷及夏热冬冷地区不应低于国家标准的4级，夏热冬冷区7层及以上不少于3级，门窗四周应用密封条或密封胶密封。

（2）控制窗墙面积比。在满足建筑使用功能的前提下，外窗面积不应过大，合理控制窗墙面积比是外窗节能的重要措施之一。对于我国北方地区公共建筑，规定南向不能超过0.35，北向窗墙面积比不能超过0.25，东西向不超过0.3，对于夏热冬冷地区，既要考虑冬季日照，又要考虑夏季防热。

（3）遮阳的设置。外窗遮阳设计应结合当地气候特点，综合考虑立面设计和使用功能等。一般根据建筑的朝向，可利用外廊、阳台、挑檐等构件作为建筑构件，外窗的遮阳设计次序一般为外遮阳、内遮阳、中间遮阳和玻璃遮阳，其中外遮阳节能效果明显，应用十分广泛，可分为水平式、垂直式、综合式和挡板式。水平遮阳效果好，常用于东西立面；垂直遮阳利于导风，综合遮阳可整体固定，局部调节，用于任何立面造型；挡板遮阳为整体固定，但遮挡视线，影响采光。从节能的角度看，外遮阳（图3）是防止太阳热辐射进入室内效果最好的遮阳做法，它吸收或反射的太阳辐射绝大部分散发在室外。

图3 外窗遮阳

综上，通过对建筑外维护系统节能策略的分析，可以看出建筑外维护结构的保温隔热性能是改善室内热环境和提高建筑节能水平的重要因素，也是建筑节能的关键。节能设计的主要内容包括外墙保温系统、屋顶以及外窗等方面。