建筑外圍護結構節能設計與施工技術的探討

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摘要：近幾年隨著我國國民經濟放緩，國家越來越重視資源和能源問題。當前建筑耗能問題嚴峻，已經給我國經濟建設造成了巨大的負擔，而且也成為當前影響我國社會可持續發展的重要原因。而住宅建筑外圍護結構會直接影響到建筑的節能性，可喜的是我國當前建筑圍護結構的節能設計和施工技術越來越成熟，圍護結構的設計和施工技術也逐漸向節能需求靠攏。為此我們結合具體工程案例，分析如何進行建筑外圍護結構節能設計和施工。

關鍵詞：外圍護結構；節能技術；施工技術；隔熱保溫

0引言

日益增長的人口與資源和能源之間的矛盾是人類社會最基本的問題，無形中也影響了環境和生態的穩定，人們也越來越認識到節能的重要價值。近幾年我國建筑業發展迅速，建筑耗能問題不但加重，也讓我們不得不考慮建筑節能的措施。而建筑的外圍護結構是建筑的重要組成部分，主要包含了外墻、屋面、門窗、地面等，這些結構的材料選擇、隔熱保溫等都影響著建筑的耗能，如果建筑保溫水平無法滿足外圍結構的要求，那么在冬天需要供暖的建筑中自然會增加耗能。因此對建筑的外圍護結構進行節能設計和優化就有著非常重要的意義，為此我們以某大廈的節能改造項目為案例分析建筑外圍結構節能設計與施工技術的有關問題。

1工程施工概況

該大廈為上世紀九十年代設計建設的高層辦公建筑，是比較大型的公共建筑。該建筑的結構類型為框架剪力墻結構，總建筑面積為43655.38m2，其中地下部分為4480m2，地上部分為為39175.3m2地上26層，地下2層，總高為80.0m。建筑室內地坪為±0.000，相當于絕對標高52.90m，室內外高差1.60m。

2節能改造調研分析

2.1外墻

該大廈的外墻分為兩個部分，包含了外墻的周邊熱橋部分與外墻的主體部分。其的結構見圖1所示，其中FP為外墻周邊的熱橋部分，而FB則為外墻的主體部分。其外墻主體部位的構造做法見圖2所示。按照我國《公共建筑節能設計標準》對該建筑的外墻構造和熱工性能進行了分析，計算公式如下：Km=（AKP+BKB）=1.91W（/m2•K）其中，Km為外墻體的平均傳熱系數，《公共建筑節能設計標準》中對其有明確的規定，規定外墻平均傳熱系數（Km）為外墻主體部位傳熱系數與熱橋部位傳熱系數按照面積的加權平均值。由于該建筑為框架剪力墻建筑，為此外墻的周邊熱橋部分與外墻的主體部分的面積比值選擇了0.45和0.55，帶入計算得出結果。

2.2屋頂

該建筑改造前的屋頂為采用彩色劈離磚作面層的上人屋面，彩色劈離磚面層經歷多年的使用和環境影響，局部已經出現了比較嚴重的磨損現象。其而由于多年使用，出現了一定的滲漏現象，其基本的構造做法如圖3所示。從上到下按照其厚度以及材料分別調查并記錄其導熱系數和修正系數，得出其傳熱系數。2.3外窗建筑采用了以淺綠色為主的鋁合金框單層玻璃窗，整體的形式呈現出帶形，并在建筑的外墻表面均勻分布。我們結合鋁合金窗戶的傳熱系數計算，可知鋁合金窗戶有著非常大的導熱系數和傳熱系數，其傳熱系數約為6.22W（/m2•K）。而玻璃則采用了單片玻璃，單片玻璃是傳統建筑中應用較多的玻璃，這種玻璃同樣傳熱系數很大，一般為6.18（/m2•K）左右。因此可以得知該建筑的外窗有著非常差的保溫性能。

3節能改造方案分析

3.1外墻保溫設計

既有高層辦公建筑外墻節能改造可選擇的保溫方式有內保溫和外保溫，既定建筑不考慮夾芯保溫措施。其中外墻內保溫主要的措施是在外墻結構的內部添加保溫層，當前主要的施工方式有三種分別為：首先將預制的保溫板內貼，常見的有聚合物砂漿類、增強石膏類、水泥類等；在墻上內貼聚苯板、粉刷石膏等作為面層等；在內部的基層墻上涂抹膠粉聚苯顆粒，并用抗裂砂漿面層，使用玻纖網格增強。此類施工相對來說步驟和工藝簡單，工程造價也較低，而且施工的檢驗標準也相對來說較為成熟和標準化。外墻外保溫將保溫層設置在外墻外面，一般包含了保溫層、保護層和固定材料三個部分。保溫效果更好，熱工性能高，而且綜合來說投資更低；施工不僅僅適用于新建的建筑，同樣也能夠應用于舊樓改造中，有著更好的適用范圍；保溫層主要在鋪設在主題結構的外側，因此還能在一定程度上提高主題結構的穩定性，從而提高建筑物的使用壽命；基本不存在熱橋和冷橋的問題，并且也很大程度上消除了結露和霉變的問題，后期補修施工方便。綜合分析，該建筑施工不能影響正常辦公，因此選擇外墻外保溫，便于施工（施工簡圖見圖4）。圖4外墻外保溫施工簡圖基層墻體膠粘劑粘結點聚苯板保溫層聚合物抗裂砂漿（壓入耐堿涂塑玻纖網格布）飾面基層涂料飾面準8膨脹螺絲（或專用射釘）

3.2外窗保溫改造設計

在玻璃結構的門窗或者墻體中，玻璃的面積大小和框體材料是主要考慮的問題，并且直接影響了玻璃幕墻和門窗的傳熱大小，因此合理的選擇材料以及設計是核心問題。一般來說玻璃幕墻隔熱保溫的措施主要以下幾個方面：熱反射玻璃、鍍膜玻璃、LOW-E玻璃、中空玻璃等特殊的玻璃材料。對于既定建筑來說玻璃材料的選擇還要考慮到其外窗結構，結合該建筑的干掛鋁塑板，我們采用了明框玻璃幕墻。該玻璃幕墻的傳熱系數為1.88W（/m2•K），其中玻璃采用6mm+lZA+6mm鋼化中空低輻射玻璃，對建筑的安全保溫隔熱等起到關鍵性作用；窗框選用斷橋鋁合金型，采用隔熱墊和膠條密封，提高了窗框的熱工性能。這種采用中空玻璃與斷橋鋁合金型材相結合的窗戶保證了窗戶整體較好的保溫性能。

3.3屋頂節能設計

屋頂在整個建筑的外圍結構的內外溫差熱耗熱量的傳遞中有著至關重要的效果，一般來說大于多數外墻和地面的耗熱量。尤其是在一般的民用建筑的圍護結構中，屋頂本身所占的表面積比也很大，能耗大約可以占到總量的8%-10%。由于是城市高層建筑，為此綜合分析采用了倒置式屋面設計，但是倒置式屋面最大的特點就是將防水層和保溫層顛倒，不僅有著良好的保溫性，還能夠減少屋面負荷、工藝難度低、施工簡單等（倒置式屋面構造形式簡圖見圖5）。

4改造后能耗對比分析

模擬計算所得出的建筑能耗值為該建筑在運行時采暖、空調所耗的能耗值，這些能耗在建筑使用過程中一直發生。冬季能耗使用全年累計熱負荷指標，單位是kW•h/m2。夏季能耗用全年累計冷負荷指標，單位是kW•h/m2，全年能耗為采暖與空調年耗電量之和。改造前后的能耗對比見表1所示。5結語總之建筑的維護結構是最受外界環境影響的部分，其節能效果直接反應著整個建筑的節能情況，我們以大廈的節能改造工程為例進行了詳細的外圍護結構節能設計，并對其中的施工問題進行了討論，經過耗能對比發現，建筑節能效率大大提升。隨著我國對節能減排的重視，以及新型材料的不斷進步，建筑外圍結構的節能保溫技術也將日益完善。

作者:傅柏翔 單位:海軍總醫院

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