谈建筑节能

唐洪乐

1 建筑节能的必要性

1)能源为经济发展提供动力,经济发展离不开能源的发展。而我国能源发展存在的问题是：人均能源拥有量低、储量低;能源结构依然以煤为主,燃煤效率低,形式单一;能源分布不均;能源利用率低。这需要进行节能设计,以实现国民经济的可持续发展。2)建筑耗能非常惊人,在建造和使用过程中直接消耗的能源占社会总耗能的30%。建筑能耗不仅比例高,而且利用率低。譬如北京的采暖建筑,一个采暖期的平均能耗为20.6 W/m2,而相同气候条件的瑞典、丹麦等国家仅为11 W/m2。建筑节能设计势在必行。3)矿物燃料燃烧所排放的二氧化硫、氮氧化合物以及烟尘等颗粒物会危害人体健康;还会形成酸雨破坏森林、损坏建筑物;产生的二氧化碳会造成地球温室效应。因此,为了改善大气环境,也必须抓紧建筑节能工作。4)开展建筑节能,室内热环境可以得到改善,使其稳定、舒适,进而大大提高居住环境的水平。

2 建筑节能技术理念

2.1 外墙外保温的主要优点

1)适用范围广。既可用于新建建筑,又可用于旧房改造。2)保护主体结构、延长建筑物的寿命。外保温的特点就是使主体结构处于同一个温度环境,其温度形变主要受室内温度影响,避免室外年温差引起的主体结构不同部位形变不同的现象;另一方面,外保温缓冲了因温度变化导致结构变形产生的应力,避免了雨、雪、冻、融、干湿循环造成的结构破坏,减少了空气中有害气体和紫外线对围护结构的侵蚀。因而使主体结构安定下来,建筑寿命得以延长。3)基本消除了“热桥”的影响。室内热量散失与热桥的多少、大小相关。而外保温使建筑物的外部构件如同穿上了“棉袄”,使内外墙交界处、外墙圈梁、构造柱、框梁柱、门窗洞口以及顶层女儿墙与屋面板交界处所产生的“热桥”导致的热量损失降到最低,计算表明,在厚度为240 mm砖墙内保温条件下,周边“热桥”使平均传热系数比主体部位传热系数约增加51%～59%,而在厚度为240 mm砖墙外保温条件下,这种影响仅为2%～5%。4)使墙体潮湿情况得到改善。由于水蒸气渗透性高的主体结构材料处于保温层的内侧,用稳态传湿理论进行冷凝分析,只要保温材料选材得当,在墙体内部一般不会发生冷凝现象,同时,由于采用外保温措施,结构层的整个墙身温度提高,降低了它的含湿量,因而进一步改善了墙体的保温性能。5)外保温做法的其他优点。有利于室温保持稳定;有利于改善室内热环境质量;有利于提高墙体的防水和气密性;减少保温材料用量;便于旧建筑物进行节能改造。

2.2 柔性渐变抗裂原理的应用

在以往外保温的构造方案中,对温度应力的产生及释放考虑不充分,缺少能够合理解释释放温度应力的材料及构造做法,因而最终导致外保温墙体面层产生裂缝。如果材料所处的环境没有对其产生约束力或者变形得到满足,就不会产生裂缝;否则材料应有足够的抗拉强度和极限拉伸,则不会产生开裂现象。柔性渐变抗裂原理就是两者的结合,在保温系统各构造层的设计中,要采用“柔性渐变逐层释放应力”的抗裂技术路线,即要求各层材料的性能要逐层渐变,各层材料之间的性能指标要有一定的联系,不允许相邻层材料的性能发生突变。

保温系统能满足随时分散应力和释放应力的需要,从主体结构层、保温层一直到饰面层各层材料的变形均未受到约束,各层材料的变形都可得到满足,同时,在构造设计中还利用软配筋和多种纤维来改变应力传递方向,充分分散各层材料所产生的应力,防止了各种变形应力集中发生的可能。采用了这样的设计后,保证了各层材料的温度应力曲线始终位于抗拉强度曲线之下,同时,各构造层的设计又能满足逐层渐变、柔性释放应力的原则,外层材料的变形能力高于内层材料的变形能力,从而保证整个保温系统不会出现开裂现象。

这就是柔性渐变抗裂原理的体现,以“放”为主,在“放”的基础上适当加入“抗”的思路。在建筑构造上防止外墙外保温开裂。

2.3 无空腔构造的优越性

高层建筑采用外墙外保温方案的抗风压值应不小于风荷载设计值,外墙外保温系统的抗风荷载安全系数不应小于1.5。在高层建筑工程做外墙外保温时,应充分重视风荷载对外墙外保温的破坏作用,应尽可能的增大粘结面积,采用无空腔做法或减小空腔,并在此基础上做补充的机械固定防护措施,以满足上述要求。

对有空腔的外墙外保温系统来说,当保温墙面局部所受负风压较大时,空腔内与外表面的压力差必然会增大,从而向外产生一个推力,加大风荷载作用于保温墙面向外的吸力,由于内外压力差造成的对保温层向外的推力,往往是造成有空腔保温墙面破坏的主要因素之一。一般的说,风荷载作用随建筑物高度的增加而增加,在高层建筑结构中,要特别重视风荷载对外墙外保温层的影响。

胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外墙外保温系统为满粘无空腔系统,粘结面积大,聚苯板各点受力平均,抗风压能力强,使用寿命显著高于有空腔的保温构造系统。

3 建筑节能技术将来的发展趋势

1)优化建筑设计。建筑造型及围护结构形式对建筑物性能有决定性影响。直接的影响包括建筑物与外环境的换热量、自然通风状况和自然采光水平等。而这三方面涉及的内容将构成70%以上的建筑采暖通风空调能耗。不同的建筑设计形式会造成能耗的巨大差别,需要利用动态热模拟技术对不同的方案进行详细的模拟预测和比较,在方案设计阶段就进行详细的模拟动态比较,可以最大限度的进行优化设计,获得最高的节能目标。2)新型建筑围护结构材料和产品。开发新的建筑围护结构部件,以更好的满足保温、隔热、透光、通风等各种要求,主要涉及的产品有：外墙保温与隔热、屋顶保温与隔热、热物理性能优异的外墙和玻璃幕墙、智能外遮阳装置以及基于镶边材料的蓄热性围护结构和基于高分子吸湿材料的调湿型饰面材料。3)通风装置与排风热回收装置。当围护结构保温隔热做到一定水平后,室内外通风形成的热量或冷量损失,成为建筑能耗的主要组成部分,此时,通过专门装置有组织的进行通风换气,同时在需要的时候有效的回收排风中的能源,对降低建筑能耗具有重要意义。4)各种热泵技术。通过热泵技术提升低品位热能的温度,为建筑物提供热量,是建筑能源供应系统提高效率降低能耗的重要途径,也是建筑设备节能技术发展的重点之一。目前主要有：热泵型家庭热水机组、空气源热泵、地下水水源热泵、污水水源热泵、地埋管式土壤源热泵。5)空调干湿分离等新技术的出现会使我们以后的建筑能耗能够不断降低,最终实现“零能耗”的目标,这将有利于社会节约能源,有利于实现可持续发展的目标。

[1] 王景环.浅谈建筑节能的紧迫性及途径[J].山西建筑,2008,34(24)：234-235.