建筑围护结构节能技术及应用

李爱华

(河南建筑职业技术学院，河南 郑州 450007)

1 引言[1，2]

建筑能耗是指在生产建筑材料、建筑施工以及使用建筑的过程中所利用的能源。即建筑能耗指在建设和运行使用过程中的利用能源的数量，使用过程中能源利用量占主导部分，包括建筑制冷、采暖、照明、通风、炊事等方面的能耗。

在我国，建成的房屋面积每年近20亿平方米，比所有发达国家新建建筑面积的总和还要多，由此可见建筑规模宏大。比较遗憾的是，在已建成所有建筑中99% 为高能耗建筑，95%以上新建建筑还是高耗能建筑，每平方米建筑能耗为发达国家新建建筑能耗的3倍以上，在中国发展基金会的报告中也明确指出，全国能源消耗总量的30%源自建筑能耗的消耗。如今，特别是空调和采暖设备等建筑能耗在炎热和寒冷月份的耗电耗能成为近几年的“电荒”中已成为主导性因素。长期以往，若仍然保持目前的建筑能耗以及节 能状况，到2020年，建筑能耗将是2000年能耗的三倍，有10.89亿吨标准煤将被建筑能耗所消耗。但如果从现在开始设定节能标准，强制新建建筑实施，对建筑的建设和使用进行节能改造，那么仅空调一项，到2020年，大约8000万千瓦的电就可以被节约出来，这相当于目前三峡电站满负荷出力的4.5倍，可以节省6000亿元的电力建设投资。

建筑节能在我国发展水平比较落后，我国大部分地区围护结构的热功能都比气候相似的发达国家差很多。外窗传热系数为发达国家2至3倍，外墙的传热系数为3到5倍，屋面为3到6倍，门窗的空气渗透为3到6倍。制冷采暖能耗为欧美国家的3倍。

我国建筑面积庞大，人口多，而人均煤、石油等资源少。在这样的国情下，建筑节能水平的改善更显得尤其紧迫。

2 建筑外围护结构技能技术[2，3]

建筑节能技术的推广，主要是增强建筑围护结构的保温隔热能力。建筑外围护结构通常指的是外墙、窗户、阳台门、外门、屋面以及不需要采暖楼梯间的隔断和室内门等。

建筑物的总损失热包括围护结构的传热耗热量(约70%到80%)以及渗透通过门和窗的空气间隙的耗热量(约20%至30%)。若总得热和总失热相等时时，建筑物室内温度将不会变化。因此，建筑节能的主要途径是:要减少建筑物外表面积和加强围护结构保温隔热能力，以减少传热量，以及是增强门窗的气密性，减少夏季空气渗透得热量和冬季空气渗透耗热量。

2.1 墙体节能

在建筑外围护结构中，采暖能耗在墙体上的占有最大的比例，占能源消费总量的32.1% ～36.2%。因此，如何提高墙的保温性能已成为当务之急。目前，外墙节能住宅分为外墙外保温，外墙内保温，单一材料墙体保温四种，夹心复合墙体保温。在一般情况下，工程建设推广的主要形式是外墙外保温，是最直接的保温方式，效果是最好的，也是我们的国家是目前使用最广泛的一种建筑保温技术。

2.2 门窗节能

建筑物的主要组成部分是门和窗，起着重要作用，连接室内和室外的热量，光线和通风，设计合理的门和窗户是建筑节能的重要措施之一。门窗能耗约占建筑围护结构总能耗的40%至50%。建筑门窗既起着室内外隔热作用，也起着室内外沟通作用。因此，提高门窗的保温隔热性能，减少门窗的能耗，是改善室内热环境质和提高建筑节能的关键环节。

(1)合理安排墙窗比例，尽量在南北方向开大窗，采用活动式或活固定式的遮阳方法，增强窗户的遮阳性能以及窗户的气密性，风密性和水密性。在窗户制作安装时，严格控制规格尺寸、准确度、精确度，增加开启缝隙的搭接长度，尽量减少空气渗透。

(2)提高镶嵌部分的空间层数和镶嵌材料对红外线的反射能力，改善其热绝缘性能，从而提高镶嵌部位的保温隔热能力。

(3)加强对窗框部分的保温隔热处理，主要方法是对窗框进行阻热隔热处理，把保温材料镶嵌于金属窗框之间，降低窗框的传热能力，还可以采用空腹钢窗内存在空气隔热降低窗框传效率，也可以采用塑料窗框，降低通过窗框部分的热耗。

(4)根据建筑所处的地区的环境、气候等自然因素，选择合理玻璃，降低通过门窗的传热量。

(5)合理选择中空玻璃隔层气体性能，一般选择充入氩气。因为氩气具有良好的化学稳定性，基本不与其它物质发生反应，而且密度比空气重，在玻璃层间不易流动，传热性能比空气还低。

2.3 屋面节能

屋面节能的原理和外墙节能原理一样，改进屋面层的隔热保温性能，阻止热量在屋面层的传递。屋顶节能措施要点:首先，屋面保温保温层应该选用密度较小，导热性能很低的保温绝缘材料。其次屋面保温材料还应选择吸水率较高的材料，以防止屋面潮湿工作，降低绝缘效果。屋顶保温隔热常见的有以下几种做法:

(1)导热系数高、密度较大的材料不易做屋面保温层的材料，另外，要求材料具有较小的吸水率，因为如果保温层含水量较高，保温效果就会降低。若保温材料吸水率高，则应在屋面设排气孔，把保温层内的水汽排出，保持干燥。

(2)在屋面上铺绝热材料，形成节能复合型屋面。具体可以选择岩棉板聚苯板为材料，而且要通过热工计算得出材料的厚度，另外还要注意防水。

(3)屋面做法采用倒置式，即在防水层上面设置保温层。这样做的好处在于:材料具有较好的防水和耐气候性，使防水层不易老化，避免温度剧烈变化引起防水层开裂，而且这种方式下，保温层覆盖了防水层，阳光不会直射到防水层上，避免防水层温度过高，此外，保温材料在屋面内部的吸湿问题也得到了很好的解决，使保温材料的使用寿命得到延长。

(4)在屋面设置架空隔热板，与传统意义上的架空板不同，架空隔热板的特点在于板内填充有玻璃棉、岩棉等保温材料，板面与屋面之间还存在着300mm的架空距离，能够起到通风、散热和隔热等功能。

(5)做反射降温屋顶，比如在屋面上涂上浅色的光滑材料，增强屋面对太阳辐射的反射能力，降低屋面内表面温度，这种做法也起到隔热降温效果。

(6)在屋面布置植被，在屋面上布置植被，在使屋顶环境得到美化的同时，也使城市景观得到美化，而且在防止污染、调节气温方面具有一定的作用。而具体到建筑节能方面，被可以使建筑的保温隔热性能得到提高，从而降低建筑能耗。

(7)蓄水屋面的采用。在一些气温较高的地区，适宜采用蓄水屋面，这种屋面降温、隔热的作用较好，可以对太阳辐射起到遏制作用，减少大气高温对屋面的不利影响，使屋面得到冷却。

2.4 地板节能

地板作为建筑的一个重要组成部分，在建筑节能设计所中也是不可以忽略的。为了使节能效果更好，我国很多建筑都有地下室，地下车库等地下空间，这位地板保温提供了场地。一般情况下，在一楼地下板下填充高效保温隔热材料。

低温地板采暖系统，是基于对整个地面作为散热器，相比传统采暖系统的热舒适有了质的飞跃。注入管内60℃以下的低温热水加热地板混凝土层。地面温度在26°C左右，室内温高达16℃到20℃，这样的做法有很多优点:低温地板采暖地面温度高于室内的上部的温度，让人感觉头冷脚热，头脑清醒，非常舒适;无散热器，既增加了室内使用空间，便于室内装饰;选用铝塑复合管埋在地板混凝土中，不怕腐蚀，无结垢，基本没有维修费用;同时地板内增加了保温层，也提高了隔声效果。有些地方地板采暖系统采用供电缆，采用电加热使地板表面温度达到20℃ ～28℃，效果也非常好。

3 案例应用[4-6]

3.1 工程简介

根据郑州地区具体情况，考虑气候、环境生态等自然因素，选择郑州康桥溪山御府小区为对象进行简要分析。该小区紧邻金水河，交通便利，考虑了建筑朝向、日照、通风对能耗影响，充分利用了节能技术。小区一期由三栋高层住宅组成，两梯四户，总建筑面积为11万平方米。其设计指标见表1。

表1 设计指标

3.2 工程整体围节能方案

围护结构为外墙、外窗以及外屋面，这些都是节能的关键因素。下面针对各个部分进行改造，改造方法见表2。

表2 围护改造部位

3.3 经济技术分析

选择一栋楼为例，分析门窗、屋面、外墙采用节能技术费用增加量，采用节能技术后空调制冷制热耗电减少量，综合分析节能效果。

表3 费用增加分析

建筑节能改造后增加总费用为257.99万元，一栋楼建筑面积为3.66万平方米，增加建筑成本为70元/m2，郑州地区采用阶梯电价，180度以内为0.56元，150度 ～230度为0.61，230度以上为0.86元。五年以上贷款基准利率为6.55%，建筑物暂取寿命70年(高层寿命更长)。郑州冬季寒冷，夏季炎热，采用节能技术后，全年累计节约空调基本上达到30%。

外围护结构节能改造后，后期维护成本基本上没有。因此采用动态投资回收期计算，按使用70年寿命，利率为6.55%，减少空调能耗为30%，计算出动态投资回收期为7年，国际上通用的住宅建筑节能回收期为8年，符合要求。

4 结束语

本文针对围护结构节能技术，从墙体、门窗、屋面、地板方面进行了系统的阐述。并以一个小区为例，对围护结构节能技术在实际应用中进行了经济分析。本应用案例验证了采用围护结构节能技术，在成本增加不多的情况下，极大的降低了建筑能耗，基本上达到了发达国家水平要求，充分显示了建筑节能的经济效果及其优越性。

[1]杨金强，住宅建筑节能方法研究.青岛理工大学，2011.

[2]杨环，建筑节能技术在建筑中推广应用 .西南交通大学，2011.

[3]赵立.成都地区建筑节能评价体系分析[M].四川建筑科学，2012 ，38(4):321.

[4]杨锐，王兆 .民用建筑节能技术应用探讨[M].徐州建筑职业技术学院学报，2010.

[5]马秀力，范学平 .建筑节能技术探讨[M].建筑热能通风空调，2011.

[6]唐洪乐.谈建筑节能[M].山西建筑，2010，36(9):238-239.