公共建筑围护结构的节能设计

2015-10-26张世林大庆油田有限责任公司第二采油厂规划设计研究所

石油石化节能 2015年2期

张世林（大庆油田有限责任公司第二采油厂规划设计研究所）

公共建筑围护结构的节能设计

张世林（大庆油田有限责任公司第二采油厂规划设计研究所）

建筑外围护结构的传热损失是严寒和寒冷地区建筑能耗中的主要部分，因此，提高建筑围护结构的保温隔热性能对于实现公共建筑50%的节能目标具有重大意义。结合《大庆油田采油二厂员工食堂及公寓楼改造工程》围护结构节能设计方案，探讨了公共建筑外墙、屋面、门窗三大构件的保温隔热设计原则，以及设计中应重点注意的问题，如外保温与内保温复合墙体的比较及选用、防止围护结构表面结露以及提高窗的气密性的具体措施等内容，对类似工程设计具有一定的借鉴意义。

公共建筑围护结构保温隔热节能

我国建筑耗能占全国能源总消费的比例已经超过27.5%，目前仅有3.2×108m2的居住建筑可以算作节能建筑，而95%的新建建筑都属于高耗能建筑。与气候接近的发达国家相比，单位面积的采暖能耗为其3倍，而舒适度则远远不如发达国家。严寒和寒冷地区的建筑能耗主要是冬季采暖能耗，室内外温差非常大，外围护结构的传热损失是主要部分。因此，提高建筑围护结构保温性能对于实现公共建筑50%的节能目标意义重大。

1　建筑围护结构节能设计实例

采油二厂员工食堂及公寓楼改造工程为大庆采油二厂2012年改造项目。公寓楼部分为原有建筑，建筑面积5990m2；食堂为新扩建部分，建筑面积2876m2。该建筑新旧部分均按节能要求进行设计。

该建筑围护结构采用的节能设计方法：

1）该建筑所在区域为严寒A区，在总体布局上该建筑体型系数确定为0.25。

2）新建部分外墙为200mm厚陶粒混凝土砌块+ 100mm厚岩棉板［导热系数小于0.045W/（m2·K）］+ 100mm厚陶粒混凝土砌块；旧建筑外墙为490mm厚红砖（原有）+100mm厚岩棉板+外挂GRC成品构件；外墙传热系数均小于0.45W/（m2·K）。

3）新旧建筑屋面保温层分别为130mm和150mm厚岩棉板；金属屋面内部采用不燃烧体玻璃棉卷毡进行保温［导热系数小于0.058W/（m2·K）］；屋面传热系数均小于0.35W/（m2·K）。屋面透明部分的面积小于屋顶总面积的20%，传热系数小于2.5W/（m2·K）。

4）外窗采用塑钢双玻璃窗，抗风压性能为4级，保温性能为6级，气密性能为6级，传热系数小于2.5W/（m2·K）。玻璃幕墙为隐框格构式幕墙，抗风压性能为6级，气密性能为3级，水密性能为5级，遮阳系数0.49，玻璃可见光透射比0.4。所有冷桥及门窗洞口均采用30mm厚岩棉进行保温。

5）首层地面距外墙2m范围内采用50mm厚挤塑苯板保温。

以上建筑围护结构热工计算均能满足公共建筑节能设计标准。

2　建筑围护结构节能设计要点

2.1屋面的保温隔热

建筑围护面积中屋面所占比例虽然远低于外墙，但对于建筑物顶层却是比例最大的外围护结构。如果屋面保温隔热性太差，对顶层房间的室内热环境和建筑采暖空调所需能耗的影响很大。

为了提高屋面的保温隔热性能，在设计中可参照以下原则：

◇保温材料的选择综合考虑建筑物的使用要求、环境气候条件、屋面的结构形式、防水处理方法、施工条件等各种因素，经过技术经济比较后方可确定；

◇选用导热系数小、蓄热系数大的保温隔热材料，但不适合选用密度过大的材料；

◇根据节能建筑的热工要求来确定建筑物保温隔热层的厚度，同时也要注意屋面材料层的排列顺序，可考虑倒置式屋面；

◇不适合选用吸水率较高的材料，否则湿作业时隔热层会大量吸水，从而降低屋面的热工性能；屋面最好设置排气孔，可以排除隔热层内部不宜排出去的水分。

2.2外墙的保温隔热

外墙是建筑围护结构中比例最大的部分，冬季在严寒地区建筑物的室内外温差能达到30～60℃，墙体热损失特别大，所以墙体的保温隔热是建筑节能的重要部分。

在确定外墙的传热系数时应采用平均传热系数，即按面积加权法求得的传热系数，主要是应考虑围护结构周边混凝土梁、柱等热桥部位的影响，避免造成建筑物耗热量或耗冷量的计算值偏小，从而达不到预期的保温节能效果。

提高外墙的保温隔热性能，设计时必须考虑外墙保温层应满足水密性、抗风压、温湿度变化的耐候性要求，墙体不能产生裂缝；同时应能抵抗外界的碰撞，在边角处、面层装饰等方面，以及与门窗洞口、穿墙管等相邻部位之间均应设计合理。

在严寒地区建筑的保温性能主要取决于围护结构本身材料的热工特性，以及围护结构内外表面与室外空气的换热状况。如果围护结构的热阻值越大，则保温性能就越好，向室外散热量也就越小；减小围护结构的传热系数是提高外墙保温性能的最主要措施。减少传热系数的途径主要是采用不同材料和做法的复合节能墙体。根据绝热材料在墙体中的位置，分为内保温、外保温和中间保温三种形式，综合比较外墙外保温技术更适合严寒地区建筑外墙，它与外墙内保温优缺点的比较见表1。

在寒冷地区如果建筑物地下外墙的热阻值过小，则建筑内表面尤其是墙角部位就容易结露。从节能和卫生角度要求出发，这些部位必须达到防止结露或产生冻脚的热阻值。外墙热桥部位的内表面温度不应低于建筑室内空气露点温度。为防止围护结构表面结露，设计应遵循以下原则：

◇对梁、柱等热桥部位应采用外保温措施，加强保温层厚度、减少热损失，能有效控制热桥内表面温度不低于室内空气露点温度；

◇防止室外冷风渗透进入室内，如门洞口、窗过梁等热桥部位造成的表面温度低而产生结露；

◇避免墙体和屋面及地面相接处阴角部位的结露，由于阴角部位易形成二维或三维热流，热量损失较大，应适当加强这些部位的保温层厚度；

◇对冬季气候阴冷潮湿地区，应控制室内相对湿度；

◇如果公共建筑采用间断式采暖，应防止夜间温度下降造成的结露［1］。

2.3门窗的保温隔热

在建筑墙体、屋面、外窗三大围护构件中，窗的热工性能最差，它是影响室内热环境和建筑耗能最主要的因素之一。对于公共建筑，窗的耗能约为屋面的4倍、墙体的3倍，占建筑围护结构总耗能的40%～50%，因此提高窗的保温隔热性能十分重要。公共建筑每个朝向的窗（包括透明幕墙）墙面积比均不应大于0.7。当窗墙面积比小于0.4时，玻璃的可见光透射比不应小于0.4。外窗的气密性不应低于GB7107《建筑外窗气密性能分级及其检测方法》规定的4级［2］。在工程实践中，常见外窗中塑料平开窗100%大于4级，而铝合金推拉窗只有59%大于4级。提高窗的气密性可采取以下措施：

◇通过提高窗用型材的规格尺寸、准确度、组装的精准度、尺寸稳定性来增加开启缝隙部位的搭接量和减少开启缝隙的宽度，从而达到减少空气渗透的目的；

表1　外保温、内保温复合墙体比较

◇改进窗户的密封方法，宜逐步推广采用三级密封方式；

◇注意各种密封材料和密封方法的互相配合，可在玻璃下安设密封的衬垫材料，在玻璃两侧用密封条来密封，在密封条上方再加注密封料。

不提倡建筑外立面采用大面积玻璃幕墙。当追求通透效果、大面积使用透明幕墙时，可采用中空玻璃、填充惰性气体、暖边间隔技术和“断热桥”型材龙骨或双层皮通风式幕墙，把玻璃幕墙的传热系数由普通单层玻璃的6.0W/（m2·K）以上降到1.5W/（m2·K），在玻璃间层中设百叶或格栅，可以使玻璃幕墙具有良好的遮阳隔热性能。

此外，屋面透明部分的面积不应大于屋顶总面积的20%。在严寒地区建筑的外门应设门斗，设置门斗可以避免冷风直接进入室内，在节能的同时，也提高了门厅的舒适性。