围护结构的保温与隔热

韩莹

摘要本文简述了建筑传热原理、围护结构的保温与隔热的构造要求和工程问题

关键词节能、传热、建筑保温、建筑隔热

中图分类号：TE08 文献标识码： A

引言

在我国一次能源消耗中，建筑能耗占有较大比重。随着我国能源消耗的飞速增长，尤其在当前我国电力、煤炭等能源供应日趋紧张的情况下，如何降低建筑能耗对于国民经济的可持续发展十分重要。通过加强建筑物的保温隔热能力，可以有效降低建筑物的能耗；达到节能的目的。因此国家对建筑节能工作也十分重视，相继出台了《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》、《公共建筑节能设计标准》等标准，并制定了建筑节能50％的目标。同时指出由于过去夏热冬冷地区不采暖、不空调，居住建筑的设计对保温隔热问题重视不够，围护结构的热工性能普遍很差，使得该地区的采暖、空调能源消耗非常大，从而造成自然资源的浪费，还污染了自然环境，影响国家的可持续发展步伐。因此建筑节能工作除了提高采暖和空调的能源利用效率，还必须改善建筑物围护结构的保温和隔热性能。现建筑节能工作越来越受到人们的重视，我国不少的城市居住建筑已制定节能65%的目标。

1建筑传热原理

凡是一个物体的各个部分或者物体与物体之间存在着温度差，就必然有热能的传递、转移现象的发生。围护结构传热就是由于室内外存在温差导致的。

1.1影响建筑传热的因素

传热的基本方式分为三种：导热、对流和辐射。围护结构的传热过程是一个综合的过程，做好节能工作则需要了解每一个传热方式的形成原因及影响因素，这对于选择保温或隔热材料起到关键性的指导作用。

1.1.1影响导热的因素

导热是由温度不同的质点（分子、原子、自由电子）在热运动中引起的热能传递现象。其受到以下因素影响：

1）材料材质的影响：由于不同材料的组成成分或者结构不同，其导热性能也就各不相同，甚至相差悬殊，工程上常把导热系数小于0.3W/(m.k)的材料称为绝热材料，做保温隔热之用。

2）材料干密度的影响：材料的干密度反映材料的密实的程度，材料愈密实干密度愈大，材料内部的空隙愈少，其导热性能也就愈强。因此，在同一类材料中，干密度是影响其导热性能的重要因素。

3）材料的含湿量的影响：在自然条件下，一般非金属材料常常并非绝对干燥，而是在不同程度上含有水分，表明在材料中水分占据了一定体积的孔隙。含湿量愈大，水分所占有的体积愈多。水的导热性能约比空气高20倍，因此，材料含湿量的增大必然使导热系数值增大。因此，在工程设计，材料的生产、运输、堆放、保管及施工过程对湿度的影响都必须予与重视。常用的保温材料中，聚氨酯泡沫板由于其泡沫均为封闭体，水不宜浸透，所以可使用于潮湿环境，如地下保温。

1.1.2影响对流的因素

对流是由于温度不同的各部分流体之间发生相对运动、互相掺合而传递热能。对流换热分为自然对流换热与受迫对流受热。自然对流是普通的对流，而受迫对流是当流体与紧邻的固体表面之间存在温度差，但同时流体又受到其他气流的扰动而产生的现象。建筑围护结构中，风是受迫对流的主要影响因素。

而建筑围护结构中，主要考虑气流状况是自然对流还是受迫对流；构件是处于垂直、水平或者倾斜；壁面是有利于气流流动还是不利于流动；传热方向是由下而上或是由上而下等主要影响因素。在建筑工程中，墙体的空气夹层的构造及屋顶设置空气夹层隔热构造，对流是主要影响因素。

1.1.3影响辐射的因素

凡是温度高于绝对零度的物体，由于物体原子的中子振动或激动，就会从表面向外界辐射电磁波，其中波长在0.4~40um范围内的电磁波为热射线。通过热射线传播热能就称为辐射传热。建筑围护结构中，主要受到材料界面色彩，光滑度，反射度等因素影响。

1.2围护结构传热过程

在建筑物理中，建筑围护结构的传热过程分为稳定传热过程和周期性传热过程。稳定传热是假设围护结构的内、外热作用都不随时间而变。但实际上，室内外热环境都在变化，围护结构受到的热作用也会不同程度地随时间而变化。

2建筑保温隔热

对于室内热环境条件有要求的房屋建筑，为了使室内热环境满足人们正常工作和生活的需要，常常需要在室内设置采暖设备或制冷设备，如果围护结构没有采取合理的保温与隔热措施，势必增加建筑的能耗，也可能带来相应的隐患或造成损失

2.1围护结构的保温构造

常见围护结构的保温构造类型

1）保温、承重合二为一

指的是承重材料或构件除具有足够的力学性能外，同时还具有足够的热阻值。例如粘土砖，加气混凝土砌块、混凝土空心砌块等。常用于对保温要求不高的建筑。

2）单设保温层

承重材料仅具有足够的力学性能，而导热系数很大，在结构要求厚度内，热阻远不能满足保温要求，采用导热系数较小的材料作保温层，铺设或粘贴在承重层上。

3）复合构造

当单独用某一种方式已不能满足功能要求时，由于技术经济方面不合理，或者施工甚为困难时往往采用复合构造。常用的复合构造是采用墙体加设单层或多层封闭空气间层与带反射材料的封闭空气间层。

此种构造既能有效增大热阻，满足保温性能的要求，也可以减轻围护结构自重，使承重结构更经济合理。

在建筑工程中，设置保温层的位置对围护结构的使用质量、造价、施工等都有很大影响。保温层设置的位置要求我们根据建筑物的实际实用功能来选用。如对于影戏剧院、体育场馆等一些人集中使用的场所，要求供热或制冷速度快，应该优先选用内保温材料。而对于居室、办公楼

等场所，热稳定要求较高，不宜选用内保温，应选用外保温的做法。外保温有如下优点：1）可利用承重墙体如砖砌体、钢筋混凝土等材料热容量高的特性，提高房间热稳定性；2）对防止或减少保温层内部产生凝结水和防止围护结构的热桥部位内表面局部结露都有利；3）可有效保护主体结构，降低主体结构内部温度应力的起伏，提高结构耐久性。 当布置保温层在两个结构层中央，这种方式对保温材料的强度要求不高，但不宜在两边均为非透气材料的结构层内使用；因为一旦施工没有严格控制保温材料的湿度，可能使保温层长期处于潮湿状况，使围护结构达不到应有的保温性能。

公共建筑常见外保温构造节点

在房屋建筑的围护结构中，有一些异常部位，包括门窗洞口、外墙体转角、围护结构的嵌入体、地面等。对于这些部位，我们称之为‘热桥或‘冷桥；在设计上需要采取一些措施来减少这些部位对围护结构保温隔热性能的影响，如下：

1）提高门窗本身的保温性能，在门窗洞口周边设置保温层。门窗不宜内侧平齐；

2）在窗的内侧或双层窗的中间挂窗帘是提高窗户保温能力的一种灵活、简单的方法；

3）设计中避免贯通式‘热桥；

4）校核外墻与屋面的热桥部位的内表面温度不应低于室内空气露点温度而导致结露；

5）热桥部位加设保温，控制热桥。

2.2围护结构的隔热构造

对于炎热地区，夏季时间长，需要采取必要的隔热措施，防止室内过热，减少对人们的生活与工作的影响。设计中，建筑隔热主要考虑屋顶隔热与围护结构的西晒。

常见围护结构的隔热措施：

1）采用浅色外饰面，减少当量温度；

由于太阳辐射热直接作用于围护结构，采用浅色饰面可以增大表面辐射能力，减少辐射得热。设计中常常忽视屋面表面材料的辐射换热。采取此类隔热方法要求合理选用材料，注意周边建筑环境，减少对周边环境的影响，杜绝光污染。

2）西墙开设窗口时，增设遮阳措施；

通过遮阳措施，遮挡太阳直射辐射通过窗口进入室内，减少对人体与室内的直接热辐射。

3）增加围护结构的热阻与热惰性；

这种构造方式不仅具有隔热的性能，冬季也能起到保温的作用，常用于办公、学校或空调建筑。

4）通风隔热、水隔热、植被隔热

通风隔热屋面是通过屋顶內部的通风带走面层传下的热量而达到隔热目的，构造方式较多，常用于南方沿海地区民居。水隔热屋顶是通过水蒸发吸收大量汽化热的原理，有蓄水、淋水和喷水等形式，隔热效果显著，但需要经常补水维护。植被隔热屋面是利用植物光合作用蒸发散热量，同时利用植物培植材料的热阻与热惰性来综合隔热。植被隔热有很好的环境效益，被广泛使用于大型公建。

现在设置空调的房间已非常普遍，建筑设计中必须综合考虑保温及隔热效果，来降低建筑物采暖及空调能耗。

3保温材料的工程应用

在工程设计中，常常由于某些原因遗漏一些细节，如考虑计算墙体及屋面的保温设计，常忽略冷桥部位的处理，有可能导致墙体内表面结露的危害。

右图是女儿墙上部保温施工照片，墙体采用的是图1的构造方式。此类构造很容易遗漏女儿墙的内侧与屋面保温处的处理，使女儿墙内侧成为热桥，有可能导致室内冷凝的出现。此类构造还需注意外饰面的密封，要求避免雨水进入夹层，导致保温材料潮湿，直接影响材料的保温性能。金属固定件处的热桥，由于采用的是点式固定，触点较少及不会引起房间室内表面结露，设计中可不处理。

右图是门洞口处施工未完成的照片，此类是图3的构造方式，保温板与墙体之间有150的空气夹层，在门窗洞口等各处收口处理要求较高，夹层空气层必需封闭，如果封闭不严，可能导致内部空气与外部空气进行直接对流热交换，直接降低了保温的效果，其次，如果门窗收边处没有保温收边，那么收边就会与夹层空气进行热交换，保温性能也会有所降低。

除了存在工程设计缺陷外，在一些现场的施工当中，也存在很多由于施工问题导致的保温失效的问题。随着建筑保温及隔热技术的广泛使用，设计和施工技术都将慢慢走向成熟。

4结语

房屋建筑设计过程中不应仅仅考虑建筑围护结构自身的构造措施，还应结合建筑物的周边环境，合理地进行场地设计，建筑选型在考虑美观、经济的条件下尽量规整，这对围护结构的保温隔热都有重要的意义。

参 考 文 献

[1] 西安冶金建筑学院主编. 建筑物理.北京：中国建筑工业出版社，1987。

[2] 中华人民共和国标准. 公共建筑节能设计标准 GB 50189-2005。