二級注冊建筑師建筑構造：墻體的節能設計講義

在使用中為滿足建筑對熱工環境舒適性的要求會帶來一定的能耗,從節能的角度出 發,也為了降低建筑長期的運營費用,作為圍護結構的外墻要具有良好的熱穩定性,使室內溫度環境在外界環境氣溫變化的情況下保持相對的穩定,減少對空調和采暖設備的依賴。

炎熱地區夏季太陽輻射強烈,室外熱量通過外墻傳入室內,使室內溫度升高,產生過 熱現象。外墻應具有足夠的隔熱能力。在設計中可以通過選用熱阻大、重量大的外墻材 料,例如磚墻、土墻等,以減少外墻內表面的溫度波動;也可以在外墻表面選用光滑、平 整、淺色的材料,以增加對太陽的反射能力。

因此,公共建筑和居住建筑設計均應滿足公共建筑節能設計標準和居住建筑節能設計 標準(包括采暖居住建筑、夏熱冬冷地區居住建筑、夏熱冬暖地區居住建筑)。

(一)公共建筑節能設計

按照公共建筑節能設計標準(GB 50189-2005)進行設計,公共建筑的氣候分區為嚴寒地區A區,嚴寒拌區B區,寒冷地區,夏熱冬冷地區,夏熱冬暖地區共5個區。 嚴寒、寒冷地區建筑的體形系數應小于或等于0.4,當不能滿足時,必須按該標準進 行權衡判斷。

外墻(包括非透明幕墻)傳熱系數限值W/(m2 · K):

嚴寒地區A區≤0.45(體形系數<0.3), ≤0.40(0.3<體形系數<0.40);

嚴寒地區B區<0.50(體形系數<0.5), ≤0.45(0.3<體形系數<0.40);

寒冷地區<0.60(體形系數<0.5), ≤0.50(0.3<體形系數<0.40);

夏熱冬冷地區<1. 0;

夏熱冬暖地區<1. 50

外窗的傳熱系數則根據窗墻面積比的不同而各不相同。

(二)采暖居住建筑節能設計

我國嚴寒和寒冷地區為采暖地區,目前執行《民用建筑節能設計標準》(采暖居住建 筑部分JGJ 26--95)和《既有采暖居住建筑節能改造技術規程》(JGJ 129-2000, J 682001)進行建筑節能設計。

1.建筑物朝向宜采用南北向或接近南北向,主要房間宜避開冬季主導風向。

2.建筑物體形系數宜控制在0.30及0.30以下;若體形系數大于0. 30,則屋頂和外墻應加強保溫。

3.既有采暖居住建筑,當其建筑物能耗熱量指標、圍護結構的保溫和門窗氣密性等 不能滿足《民用建筑節能設計標準》(采暖居住建筑部分JGJ 26-95)的要求時,應進行 節能改造。旅館、招待所、托幼建筑、集體宿舍等屬公共采暖居住建筑,當其圍護結構的 保溫性能不能達到當地采暖住宅建筑相應的要求時,也應予以改造。

4.對墻體進行內、外保溫改造時,應優先選用外保溫技術。墻體改造前必須進行設計計算,主要內容包括:外墻平均傳熱系數的計算;所用保溫材料的厚度計算;墻體改造的構造措施及節點設計。

提高建筑外墻的保溫能力,主要是要提高墻體阻止熱量傳出的能力和防止在墻體表面 和內部產生凝結水的能力兩大方面。寒冷地區冬季室內溫度高于室外,熱量從高溫一側向 低溫一側傳遞。為了減少熱損失,可以從以下幾個方面采取措施。

(1)通過對材料的選擇,提高外墻保溫能力以減少熱損失。

第一,增加外墻厚度,使傳熱過程延緩,達到保溫目的。以北方地區磚墻為例,因保溫要求,一般可由一磚墻增加到一磚半墻。第二,選用孔隙率高、重量輕的材料做外墻, 如加氣混凝土等。這些材料導熱系數小,保溫效果好,但是強度不高,不能承受較大的荷 載,一般用于框架填充墻等。第三,采用多種材料的組合墻,形成保溫構造系統解決保溫 和承重雙重問題。外貼保溫材料,以布置在國護結構靠低溫的一側為好,而將外觀密度 大,其蓄熱系數也大的材料布置在靠高溫的一側為佳。外墻保溫系統根據保溫材料與承重 材料的位置關系,有外墻外保溫、外墻內保溫和夾芯保溫幾種方式,目前應用較多的保溫 材料為EPS(模塑聚苯乙烯泡沫塑料)板或顆粒,此外,巖棉、膨脹珍珠巖、加氣混凝土 等也是可供選擇的保溫材料。

(2)防止外墻中出現凝結水。

人們為了避免采暖建筑熱損失,冬季通常是門窗緊閉,但生活用水及人的呼吸使室內 濕度增高,形成高溫高濕的室內環境。溫度越高,空氣中含的水蒸氣越多。當室內熱空氣 傳至外墻時,墻體內的溫度較低,蒸汽在墻內形成凝結水,水的導熱系數較大,因此就使 外墻的保溫能力明顯降低。為了避免這種情況產生,應在靠室內高溫一側,設置隔蒸汽 層,阻止水蒸氣進入墻體。隔蒸汽層常用卷材、防水涂料或薄膜等材料。

(3)防止外墻出現空氣滲透。

墻體材料一般都不夠密實,有很多微小的孔洞。墻體上設置的門窗等構件,因安裝不 嚴密或材料收縮等,會產生一些貫通性縫隙。由于這些孔洞和縫隙的存在,冬季室外風的 壓力使冷空氣從迎風墻面滲透到室內,而室內外有溫差,室內熱空氣從內墻滲透到室外, 所以風壓及熱壓使外墻出現了空氣滲透。為了防止外墻出現空氣滲透,一般采取以下措施:選擇密實度高的墻體材料,墻體內外加抹灰層,加強構件間的縫隙處理等。

(4)采用具有復合空腔構造的外墻形式,使墻體根據需要具有熱工調節性能。 近年來在公共建筑中各種多層組合外墻以及利用太陽能的被動式太陽房集熱墻等逐步有了運用,此外,還可以利用遮陽、百葉和引導空氣流通的各種開口設置來強化外墻體系的熱工調節能力。

(三)夏熱冬冷地區居住建筑節能設計

我國夏熱冬冷地區目前執行《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》(JGJ 1342001, J 116-2001)進行建筑節能設計。

1.建筑群的規劃布置、建筑物的平面布置應有利于自然通風。

2.建筑物的朝向宜采用南北向或接近南北向。

3.條式建筑物體形系數不應超過0.35,點式建筑物體形系數不應超過0.40。

(四)夏熱冬暖地區居住建筑節能設計

我國夏熱冬暖地區目前執行《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》(JG] 75-2003, J 275-2003)進行建筑節能設計。夏熱冬暖地區劃分為南北兩個區,北區的建筑節能設計應主要考慮夏季空調,兼顧冬季采暖。南區內建筑節能設計應考慮夏季空調,可不考慮冬 季采暖。居住建筑通過節能建筑設計后,在保證相同的室內熱環境的前提下,與未采取節 能措施前相比,全年空調和采暖總能耗應減少50%。

1.一般規定

(1)居住區的總體規劃和居住建筑的平面、剖面設計應有利于自然通風。

(2)建筑物的朝向宜采用南北向或接近南北向。

(3)北區內,單元式、通廊式住宅的體形系數不宜超過0.35,塔式住宅的體形系數不 宜超過0.40。

2.構造措施

外墻宜采用淺色飾面(如淺色粉刷、涂層和面磚等) ,東、西外墻采用花格構件或爬藤 植物遮陽。