保溫節能設計

一、建筑保溫綜合處理的基本原則

(一)充分利用可再生能源

可再生能源包括太陽能和地熱能等。在建筑保溫設計中，對太陽能的利用主要是兩個方面，一是對太陽輻射熱的吸收，二是對太陽輻射熱的蓄集。

(二)防止冷風的不利影響

應爭取不使大面積外表面朝向冬季主導風向，當受條件限制而不可能避開主導風向時，亦應在迎風面上盡量少開門窗或其他開口。建筑的主要人口盡量不要朝向冬季主導風向。

(三)合理進行建筑規劃設計

應從建筑選址、分區、建筑和道路布局走向、建筑朝向、建筑體形、建筑間距、冬季主導風向、太陽輻射、建筑外部空間環境構成等方面綜合處理。

建筑物宜布置在避風、向陽地段，不宜布置在山谷、洼地、溝底等凹地里。建筑物朝向宜采用南北向或接近南北向。

對采暖地區的建筑，外表面盡量避免過多的凹凸，居住建筑的體形系數宜控制在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。公共建筑的體形系數應小于或等于0.40。

夏熱冬冷地區的條式建筑物的體形系數不應超過0.35，點式建筑物的體形系數不應超過0.40。

夏熱冬暖地區的北區內，單元式、通廊式住宅的體形系數不宜超過0.35，塔式(或點式)住宅的體形系數不宜超過0.40。

(四)提高圍護結構的保溫性能

提高圍護結構的保溫性能主要從控制圍護結構的傳熱系數和加強熱橋部位保溫兩方面人手。

(五)使房間具有良好的熱特性與合理的供熱系統

房間的熱特性應適合其使用性質，例如全天使用的房間應有較大的熱穩定性，房間內表面材料應選用蓄熱系數大的材料。對于只有白天使用(如辦公室)或只有一段時間使用的房間(如影劇院的觀眾廳)，內表面材料則應選用蓄熱系數小的材料。

二、圍護結構的保溫設計

在冬季，圍護結構的傳熱一般可粗略地按穩定傳熱計算。評價圍護結構主體(外墻和屋面)保溫性能的主要指標是傳熱阻R0或傳熱系數K0。

(一)圍護結構最小傳熱阻

內表面溫度取決于室內外溫度和圍護結構的傳熱阻。傳熱阻越小，內表面溫度越高，為了不使圍護結構內表面結露，在《民用建筑熱工設計規范》(GB50176—93)(以下簡稱《熱工設計規范》)中規定，設置集中采暖的建筑物，其圍護結構的傳熱阻應根據技術經濟比較確定，且應符合國家有關節能標準的要求，其最小傳熱阻應按下式計算確定：

式中R0，min——圍護結構最小傳熱阻，㎡·K/W;

Ri——圍護結構內表面換熱阻，㎡·K/W;

ti——冬季室內計算溫度，℃，一般居住建筑取18oC;高級居住建筑，醫療、托幼建筑，取20oC;工業企業的輔助建筑按《工業企業衛生標準》取值，以生產工藝要求為主的廠房或實驗室應按相應的規范取值;

te——圍護結構冬季室外計算溫度，℃，在《熱工設計規范》中將圍護結構按熱惰性指標D值的不同分為4類，規定了4種室外計算溫度的取值方法。

n——溫差修正系數，根據圍護結構所處位置情況，按《熱工設計規范》取值;

[Δt]——室內空氣與圍護結構內表面之間的允許溫差，℃，根據房間性質及結構類型，可查《熱工設計規范》取值。

對熱穩定性要求較高的建筑(如居住建筑、醫院和幼兒園等)，當采用輕型結構時，外墻的最小傳熱阻應在按式(1—38)計算結果的基礎上進行附加。

(二)圍護結構保溫構造方案

為達到保溫要求，常常在圍護結構中設保溫材料層。墻體由保溫材料層和主體結構復合而成。

1.保溫材料

絕熱材料是指導熱系數小于0.25W/(m·K)且能用于絕熱工程的材料。習慣上稱控制室內熱量外流的材料為保溫材料;防止室外熱量進入室內的叫隔熱材料。選擇保溫材料時，不僅需要考慮材料的熱物理性能，還應該了解材料的強度、耐久性、耐火、耐侵蝕性，以及使用保溫材料時的構造方案、施工工藝、材料的來源和經濟指標等。

2.保溫構造方案

圍護結構的構造必須同時考慮保溫和承重的要求。圍護結構的保溫構造方案大致可分為以下兩大類：

(1)單一材料結構

只要材料導熱系數足夠小，機械強度能滿足承重要求，又有足夠的耐久性，那么采用保溫與承重相結合的單一材料結構方案，在構造上比較簡單，施工亦比較方便。但隨著建筑節能標準的提高，許多單一材料結構已經難以達到節能標準所規定的要求，因此必須發展高效保溫節能的復合保溫結構。

(2)復合保溫結構

復合保溫結構由保溫層和結構主體層復合而成，保溫層主要起保溫作用，不起承重作用。它可以是單一保溫材料層，也可以是復合保溫材料層。選擇這種結構時，保溫材料的靈活性比較大，不論是板塊狀、纖維狀還是松散顆粒狀材料均可應用。有時也可用封閉空氣間層作保溫層;或者將空氣間層和實體保溫層及主體結構復合在一起以滿足比較高的保溫要求。

復合保溫結構按保溫層所處的位置可分為內保溫(保溫層在室內一側)，外保溫(保溫層在室外一側)，中間保溫(保溫層在中間夾芯)幾種類型。保溫層的位置正確與否對結構及房間的使用質量、結構造價、施工和維持費用都有重要影響。從保溫節能的角度看，外保溫的優點較多。但內保溫往往施工方便，適用于間歇使用的房間，中間保溫則有利于松散填充材料的利用。

(3)外保溫的優越性

1)可減少熱橋處的熱損失，防止熱橋內表面結露;

2)對防止或減少保溫層內部產生水蒸氣凝結十分有利;

3)使房間的熱穩定性好;

4)使墻或屋頂的主要部分受到保護，大大降低溫度變形;

5)可節省保溫材料，降低建筑造價。

外保溫除上述優點外，還特別適用于既有建筑節能改造。

但外保溫方案的一些優點也是有前提的。例如，對規模不太大的建筑(如住宅)，外保溫能夠提高結構及房間的熱穩定性，而當建筑內部有大熱容量的結構(隔墻、柱)和空氣調節的設備時，外保溫的蓄熱作用就不太明顯了。

外保溫的缺點是保溫材料需經過選擇，要求不受雨水沖刷也不受大氣污染的影響。大多數保溫材料都有一定的吸濕性，材料吸濕以后，熱阻會嚴重下降，因此當采用這種構造方案時，應在表面覆蓋一層防水層或飾面。

(4)屋頂外保溫做法

采用外保溫的屋頂，傳統做法是在保溫層上面做防水層。防水層的蒸汽滲透阻很大，使屋面容易產生內部結露，同時，由于防水層直接暴露在大氣中，受日曬、凍融等作用，極易老化和破壞。為了改進這種狀況，產生了“倒鋪”屋面的做法。不僅可能完全消除內部結露，而且可使防水層得到保護，從而大大提高耐久性，但這種方法要求保溫材料不吸水。