建筑结构节能设计

【摘 要】建筑节能设计符合建筑发展的趋势,利国利民.本文深入分析了外墙、外窗以及屋顶等三个方面的建筑结构节能设计,针对不同的方面,笔者给出了详细的节能设计策略,并展望了建筑结构节能设计的发展方向,旨在为相关领域的工作人员提供有价值的参考.

【关 键 词】节能设计；结构；外墙；外窗；屋顶节能

引言

众多周知,冷风渗透以及围护结构保温性能对建筑物的能耗有直接的影响.有关研究表明,住宅围护结构产生的能耗量大约为整个采暖热耗的30%以上,因此,良好的围护结构的保温性能对降低建筑能耗有非常重要的作用,它的保温隔热性能直接关系到整个住宅室内环境的舒适性及热稳定性.从另一个方面来说,若建筑围护结构本身采用良好的保温隔热设计,具有很好的保温隔热性能,那么在夏季就会减少传入室内的热量,而在冬季则会保持室内的温度不散发出室外,这能够有效地减少建筑物的能耗损失.

1外墙节能设计

外墙是建筑护结构中的主要组成部分,所占据的比例最大,对外墙进行有效的节能设计可大幅度减少建筑能耗的损失.有关数据也表明,将近一半的建筑节能设计主要是通过外墙的保温隔热性能实现.某些较为寒冷的区域,室内外温差有时甚至超过60℃,通过墙体传热引起的损失占了非常大的部分.因此,对外墙进行节能设计,是降低建筑能耗的最直接、最有效的途径.

目前,占据国内外墙保温市场的保温材料主要分为四大体系：保温砂浆、聚氨酯（EPS,XPS）、聚苯板以及墙体自保温.其中,保温砂浆与聚苯板虽然在国内的市场占有率较高,但是却有较多的缺点,如保温性能不佳,阻燃性能较差,实际的外墙施工工艺也非常复杂、繁琐；聚氨酯经过不断的发展,如今的聚氨酯延续了传统聚氨酯良好的保温性能,并对传统聚氨酯硬泡板材的适用范围进行了扩展,新出现的聚氨酯不仅具有极好的保温性能,而且可适用于各种复杂外墙的施工环境,施工方便,可满足外墙的各种环境及工艺要求.

随着国内市场对建筑节能材料要求的提高,新型的复合墙体逐渐取代了传统的单一材料墙体,并在国内得到了深入推广.现阶段,我国已经意识到新型复合墙体的优势,并开始提倡在墙体节能设计时采用新型复合墙体自保温系统以及外隔热保温技术.新型复合墙体的主要原理较为简单,即采用砖或钢筋砼作为承重墙,同时将其与各种绝缘保温材料复合,从而达到整个墙体保温隔热性能提高的目的.现阶段,复合墙体的生产工艺主要有如下三种：第一,内保温.内保温是指将绝缘材料复合于承重墙的内侧.这种复合墙体是目前使用最为广泛的,施工方法比较简单；第二,夹心保温.这种复合墙体是将绝缘材料置于外墙与内墙中间.该类型复合墙体可获得较好的保温性能,但是若外墙与内墙中的绝缘材料没有填充密实,则会影响墙体的隔热保温效果；第三,外保温.这种复合墙体是将绝缘材料复合于承重墙外侧.该类墙体可使墙体具有非常好的热稳定性,但是墙体外侧的绝缘保温材料是否能够经得起风吹日晒以及各种极端天气,却是值得深思的问题,因此,外保温类型墙体的外保温材料的需具有非常高的耐久性.由于复合墙体依托于承重墙,既能保证承重效果,又能不加厚墙体,起到良好的保温隔热性能,因此,复合墙体在许多发达国家被广泛地采用.对于国内的节能建筑设计,若节能设计要求为50%,施工时除部分采用加气砼单一墙体外,更多的是采用新型复合墙体.笔者相信,随着国内对建筑节能意识的增强,复合墙体的使用将变得更加普遍.

除了采用保温材料及新型的复合墙体,墙体节能设计还可以结合当地环境,设计特殊的建筑构造以达到节能效果.

2外窗节能设计

窗户与外墙相比,是较为薄弱的轻质构体,因此,在建筑护结构中,外窗已成为建筑能耗损失的主要环节.有关统计数据表明,通过普通玻璃窗损失的能耗约占到建筑保温能耗的一般以上.所以,如何把握门窗节能是值得深入探讨的问题.要保证外窗节能设计,首先需对窗墙比进行合理控制,窗墙比应结合不同地区的气候特征合理设置.若建筑物所处地域天气较为炎热干燥,可采用窗墙比较小的外窗设计,这能够有效地减少白天进入室内的辐射热量及降低夜晚通过窗户向外流失的热量,还可以保持室内温度的湿润.与之相反,在天气较为温热湿润地域,可适度的增加建筑的窗墙比,这可使夏季室内环境与室外环境进行空气流通,而冬季则可以通过窗户获取更多的太阳辐射热.

除上述所介绍的控制窗墙比以达到外窗节能设计外,减少窗户热能耗的另外一种方式是增加玻璃门窗的热工性能.提高玻璃门窗的热工性能,一方面需采用单层或多层中空低辐射玻璃以及经过热断桥工艺处理的门窗型材,另一方面还需提升框扇间、窗墙间的接缝气密性.若在窗框部分使用“热断桥”型材,会产生较好的节能效果.另外,在外墙玻璃窗处增加遮阳设计,也能有效地提升建筑的保温隔热性能.例如,可以在玻璃间层中增加格栅、百叶,或者在窗户上方设计水平式外遮阳、垂直式外遮阳等,这均能使窗户拥有较好的遮阳隔热效果.

3屋顶节能设计

虽然屋顶耗热量占整个建筑物耗热量的比例较少,仅为7%到8%左右.但是,屋顶节能设计依然是降低整个建筑能耗的一个方面.因此,建设节能设计过程中,在对建筑进行外墙节能设计以及外窗节能设计后,还需对屋顶的保温隔热作深入的研究.影响屋顶节能设计的因素较多,总的来说,包括如下几种：

（1）高效保温材料.保温屋面通常采用聚苯板作为保温层,主要是通过增加围护结构本身的热惰性以及热阻指标的方式提高屋顶面的隔热性能.根据有关统计数据,有无保温层设计情况下,两者温度相差6℃左右.可见,保温材料使用于屋顶节能设计中可起到较好的作用.

（2）种植隔热屋面.种植隔热屋面指的是通过在屋顶种植作物,利用植物在阳光下进行的蒸腾作用以及光合作用,有效地遮挡太阳辐射,从而减少太阳辐射对屋面的作用.另外,由于土层本身能够积蓄一定量的水分,而水分具有较好的蓄热能力,通过水分蒸发吸热也能够较好地提升屋面的隔热效果.值得注意的是,由于种植于屋顶的植物扎根环境远比不上地面,因此,屋面放置的植土不可过浅,且只能适合弱风环境下种植.对于条件较差的屋面环境,可种植花架代替屋顶植物,虽然在隔热保温效果上存在差距,但是也能在一定程度上缓解能耗损失的状况.

（3）蓄水屋面.可在屋顶设置某深度的水层,利用水较大的比热,能很好地对干燥环境进行隔热.

（4）架空型保温屋面.这种保温屋面的最外层需设置遮阳板,遮阳板与屋面之间有一定的距离,这样的设计一方面能使遮阳板直接拦截照射在屋顶的太阳辐射热,另一方面,屋面与遮阳板之间的空间能使遮阳板吸收的太阳辐射热通过空气转移至周边环境.这种节能设计在干燥多风的地区隔热效果尤为明显.

（5）倒置式屋面.这种屋顶节能设计方式思路是将吸水性能较差的保温材料置于屋顶防水层的上部,该做法能避免防水层的直接暴晒,可延长防水层的使用寿命.除使用这种方式外,还可设计坡屋顶,通过阁楼层实现屋顶的通风散热,这也能有效地提高建筑的保温隔热效果.

4结束语

护结构节能设计只是建筑节能设计中的一个方面,节能设计是一项复杂的系统工程,还涉及到方方面面的许多问题.因此,在实际的建筑节能设计过程中,不仅要熟悉热工规范,尽量使设计的建筑节能符合要求,还需建立全方位的节能意识,从细节入手,最大限度地提升建筑节能效果,降低建筑的能耗损失.