对建筑工程中建筑节能技术的应用与探讨

摘要: 充分利用节能技术，利用自然资源来改善建筑物内的热环境，是现阶段建筑节能的一种有效途径，也是发展绿色生态建筑的必经之路。本文主要从建筑工程中建筑节能的可持续发展和影响建筑节能的因素进行分析，并提出了解决措施。

关键词:建筑节能；可持续发展；影响因素； 保温；节能措施

1 前言

我国的建筑节能工作开始于20 世纪80年代初期，到目前已经经历了20多年的艰苦历程。在此期间，颁布制定了法律法规和标准，特别是1998年1月1日起实施的《中华人民共和国节约能源法》，是指导全国节能的大法，对建筑节能工作具有重大的指导意义。国家组建了管理机构，全国性的节能管理工作由国务院负责，建筑节能的全面管理工作由建设部负责，各省、直辖市、自治区和计划单列市也相继成立了建筑节能协调组，负责本地区的建筑节能工作；加强了技术研究，发展了节能产业，开展了国际间的合作；建筑节能工作取得了显著的成绩。但是，认识上的不足、体制上的不顺、法规上的不健全、技术上的不配套等，还严重制约着建筑节能的开展。近几十年来，建筑科学技术的迅猛发展，高层建筑如雨后春笋拔地而起，采暖、空调和照明技术日益进步，人们的生活和学习环境更加舒适。欧美发达国家已普遍采用高效保温隔热的墙体和屋面材料，窗的气密性也很高。

2 影响建筑节能的几个建筑因素分析

2.1 窗墙面积比

窗户的传热系数一般是外墙的3 倍以上,而且还存在空气渗透热损失问题,因此,窗墙面积比增加,即开窗面积增大,必然会增加传热耗热量和空气渗透耗热量,对建筑节能不利。尤其对南方地区夏季空调负荷而言,由于增加了太阳透射因素,开窗面积大更为不利。故尽可能降低窗墙面积比,也应是建筑节能的重要技术措施之一。然而,窗墙面积比不仅影响围护结构的传热损失,还影响建筑立面、室内采光通风以及人的视觉感受和心理。尤其是南方多阴雨天气的地区,居民在当地气候环境影响下,长期形成的生活习惯是喜欢大窗,以满足采光通风的要求。因此,建筑节能设计中,应针对不同地区的环境和习惯特点,区别对待,有些情况下,不宜过分缩小窗墙面积比。而应着重于利用高科技,以大幅度提高窗的热工性能,缩小窗与墙的传热系数差异为主,而以缩小窗墙面积比为辅的双重措施,这样既能取得良好的节能效果,又不影响室内环境质量。国家新节能标准中,对窗墙面积比作出了控制性规定,即:北向窗墙面积比为0.25 ,东西向为0.3 ,南向为0.35 。但是对南方地区而言,应特别控制东西向窗户。

2.2 楼层因素及楼形因素

低层住宅屋面所占外表面面积的比例较大,因此其耗热量指标必然大。随着楼层数的增加,其耗热量指标即随之下降。据统计,当住宅层数达10 层以上时,其耗热量指标即趋于稳定。另外,楼形也影响建筑物耗热量,据统计高层塔式住宅的耗热量指标比高层板式住宅约高10 %～14 %。特别是造型复杂,凹凸面过多的塔式住宅尤甚,对建筑节能很为不利。当然,影响楼形因素的方方面面很多,建筑师应反复分析推敲,权衡利弊,选择有益的造型设计。

2.3 建筑物体形系数

建筑物体形系数愈大,就意味着该建筑物与室外大气接触的外表面面积愈大,因此其传热耗热量也就愈大。在围护结构传热系数和窗墙面积比不变的情况下,建筑物耗热量指标将随着其体形系数的增加而呈直线上升。据统计资料:北京地区居住建筑物体形系数由0.3 增加到0.4 ,其耗热量指标相应的增加22 %;重庆地区住宅建筑的体形系数由0.4增加到0.5 ,则其耗热量指标相应的增加25 %。由此可见,从建筑节能的观点出发,毫无疑问应尽力减小建筑物的体形系数。可以说这是建筑节能的一个重要方面。然而,建筑物体形系数不只是影响其耗热量指标,它和场地地形、建筑造型、平面布局、功能划分等等诸多方面也有紧密关系。过小的体形系数固然对建筑节能有利,但在某种情况下,将对建筑平面布局、造型设计,甚至功能划分等带来一定的困难。因此,在新节能标准中,对体形系数只是规定“宜控制在0.3 及0.3 以下”。

2.4换气次数

根据北方地区的统计资料,提高门窗的气密性,将换气次数由0.8 次/h 降低至0.5 次/h ,则建筑物耗热量指标可降低10 %左右,因此,北方地区冬季室内换气次数一般控制在0.5 次/h 左右。应该说这也是建筑节能的有效措施之一。但是,室内换气次数应根据地区环境特性来控制,不能实施一个标准。有些地区如果过度减小通风换气量,将使室内空气质量下降,影响人体健康和工作效率。这方面在国际建筑节能过程中是有过教训的。由于过度增强了建筑的密闭程度,而降低了通风换气量,使室内空气质量恶化,从而导致“密闭建筑综合症”蔓延,造成了巨大的经济损失。我国南方多数地区,终年阴湿天气较多,在这种地区气候环境下,人们长期养成的习性是要求室内通风换气良好。因此,在采取建筑节能技术措施时,应充分考虑地区气候状况和生活习性,不宜过分追求门窗气密性而忽视室内换气。而且这类地区一方面新风的耗热量低,另一方面室内细菌繁殖速度也远远高于北方地区。因此,不应该按照北方地区的标准来控制室内换气次数。重庆市节能标准就是根据本地区的气候特点规定:“节能建筑必须保证室内空气质量,不能以牺牲室内空气质量为代价换取节能效果。进入住宅的室外新鲜空气量应保证1.5 次/h。

2.5 围护结构和传热系数

由前述建筑物耗热量构成分析中可知,围护结构的传热耗热量占建筑物总耗热量的71 %～77 %。所占比例如此之高的原因是:我国围护结构的传热数值太高。因此,大幅度降低围护结构的传热系数,应是节能建筑技术措施的重要阵地。在这方面,我国与发达国家比差距很大,我国外墙传热系数是他们的4～5 倍;屋顶传热系数是他们的2.5～5.5 倍; 外窗传热系数是他们的1.5～2.2倍,以外墙传热系数为例,我国量大面广的砖混结构住宅,其240mm砖墙的传热系数为1.94W/(•K) ,而国际上建筑节能进展较快的丹麦,其外墙传热系数经过4 次修订标准后,现已降至0.3、0.2W/(•K) 。显而易见,开发采用高效保温隔热围护结构,大幅度降低围护结构的传热系数,无可争议的应是我国建筑节能潜力最大的渠道。

3 建筑节能技术的节能措施

3.1 墙体节能

多年以来，建筑墙体一般采用单一材料，如空心砌块墙体、加气混凝土墙体等。近年来由于建筑节能的需要，单一材料导热系数太大，一般为高效保温材料的20倍，不能满足保温隔热的要求，因此往往采用承重材料与高效保温材料(如岩棉板或聚苯板等)组成复合墙体 按保温材料所处位置不同，又分有多种方式，其中外墙内保温和外墙外保温是目前最常用的两种方式 在我国建筑节能技术发展的起步阶段，外墙内保温应用比较广泛，这是因为当时外墙外保温技术尚不成熟。而且内保温也有一定的好处，比如造价低、施工方便等。但从长远观点来看，随着我国节能标准的提高， 内保温已经不适应新的形势。在保温层厚度合理的的情况下，相对于外墙内保温，外墙外保温具有7大优势。

(1)保护主体结构，延长建筑物寿命。采用外保温技术，由于保温层置于建筑物围护结构外侧，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。可以有效地提高了主体结构的使用寿命，减少长期维修费用。

(2)基本消除“热桥”的影响。对内保温而言， “热桥”是难以避免的，而外保温既可以防止“热桥”部位产生结露，又可以消除“热桥”造成的热损失。

(3)墙体潮湿情况得到改善。一般情况下，内保温须设置隔汽层，而采用外保温时， 由于蒸汽渗透性高的主体结构材料处于保温层的内侧，只要保温材料选材适当，在墙体内部一般不会发生冷凝现象，故无需设置隔汽层。

(4)有利于室温保持稳定。外保温墙体由于蓄热能力较大的结构层在墙体内侧，当室内受到不稳定热作用时，室内空气温度上升或下降，墙体结构层能够吸引或释放热量，故有利于室温保持稳定。

(5)便于旧建筑物进行节能改造。无需临时搬迁，基本不影响用户的室内生活和正常生活。

(6)可以避免装修对保温层的破坏。消费者一般都需要按照自己喜好进行装修，在装修中，内保温层容易遭到破坏，外保温则可以避免发生这种问题。

(7)增加房屋使用面积。由于外保温技术保温材料贴在墙体的外侧，其保温、隔热效果优于内保温，故可使主体结构墙体减薄，从而增加每户的使用面积。外墙外保温目前应用最为广泛的是膨胀聚苯板(EPS)抹灰系统和挤塑聚苯板(XPS)保温系统。此外，还有加气块保温系统和用于多层的聚氨脂外墙保温系统、胶粉聚苯颗粒砂浆保温外墙保温系统和无网(钢丝网架)膨胀聚苯板的浇合系统等。

3.2 屋面保温

屋面保温通常采用倒置式屋面，从结构层往上分别是防水层、保温层、砌块保护层，保温层通常采用低热导性、高抗压、高强度抗水汽渗透性能的挤塑板(XPS)。与传统屋面比较，保温层在防水层之上，可以避免防水层受到阳光的直接辐射，保护防水层免受室外昼夜温差和冬夏季温差影响，防水层温度相对稳定不易结露。

3.3 利用太阳能

地球拦截的太阳辐射能相当于目前全球电力消费量的1500倍。而在现有技术、经济条件下可供开发利用的太阳能，只占理论资源量的很小一部分。所以，太阳能的开发利用有巨大的潜力。太阳能作为一种可再生的洁净能源，是建筑上很具有利用潜力的新能源之一。太阳能在建筑上的利用方式主要有，被动式太阳能采暖、太阳能供热水、主动式太阳能采暖与空调、以及太阳能发电等等。如果将太阳能源充分加以利用，不仅有可能节省大量常规能源，而且有可能在某些区域完全利用太阳能采暖。

3.4 门窗保温

外门窗是住宅能耗散失的最薄弱部位，其能耗占住宅总能耗的比例较大，其中传热损失为1／3，冷风渗透为1／3，所以在保证日照、采光、通风、观景要求的条件下，尽量减小住宅外门窗洞口的面积，提高外门窗的气密性，减少冷风渗透，提高外门窗本身的保温性能，减少外门窗本身的传热量。其节能措施有：

(1)控制住宅窗墙比。住宅窗墙比是指住宅窗户洞口面积与住宅立面单元面积的比值，《民用建筑节能设计标准(采暖居住部分)》(J6126-1995)对不同朝向的住宅窗墙比做了严格的规定，指出“北向、东向和西向、南向的窗墙比分别不应超过20％、30％、35％”。

(2)提高住宅外窗的气密性，减少冷空气渗透 如设置泡沫塑料密封条，使用新型的、密封性能良好的门窗材料。而门窗框与墙问的缝隙可用弹性松软型材料、弹性密闭型材料(如聚乙烯泡沫材料)、密封膏以及边框设灰口等密封；框与扇的密封可用橡胶、橡塑或泡沫密封条以及高低缝、回风槽等；扇与扇之间的密封可用密封条、高低缝及缝外压条等；扇与玻璃之间的密封可用各种弹性压条等。

(3)改善住宅门窗的保温性能。户门与阳台门应结合防火、防盗要求，在门的空腹内填充聚苯乙烯板或岩棉板，以增加其绝热性能；窗户最好采用钢塑复合窗和塑料窗，这样可避免金属窗产生的冷桥，可设置双玻璃或三玻璃，并积极采用中空玻璃、镀膜玻璃，有条件的住宅可采用低辐射玻璃；缩短窗扇的缝隙长度，采用大窗扇，减少小窗扇，扩大单块玻璃的面积，减少窗芯，合理地减少可开启的窗扇面积，适当增加固定玻璃及固定窗扇的面积。

(4)设置“温度阻尼区”。所谓温度阻尼区就是在室内与室外之间设有～中间层次，这一中间层次象热闸一样可阻止室外冷风的直接渗透，减少外墙、外窗的热耗损。在住宅中，将北阳台的外门、窗全部用密封阳台封闭起来，外门设防风门斗，防止冷风倒灌，楼梯问设计成封闭式的，对屋顶上人孔进行封闭处理等措施均能收到良好的节能效果。

4 结语

面对着资源枯竭、环境恶化、生态破坏、气候变暖等一系列影响人类可持续发展的严重问题，我们必须在可持续发展战略思想的引导下，下定最大的决心，做出最大的努力，解决建筑节能方面存在的问题。我国建筑节能技术相对落后，能源浪费十分严重，建筑单位面积能耗是发达国家的3～5倍。因此，充分利用节能技术，利用自然资源来改善建筑物内的热环境，是现阶段建筑节能的一种有效途径，也是发展绿色生态建筑的必经之路。