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      建筑外維護(hù)節(jié)能策略研究

      2011-10-26 07:12:36鄭州大學(xué)建筑學(xué)院李文倩
      河南科技 2011年11期
      關(guān)鍵詞:外窗遮陽幕墻

      鄭州大學(xué)建筑學(xué)院 李文倩

      中原工學(xué)院 張淑潤

      建筑外維護(hù)節(jié)能策略研究

      鄭州大學(xué)建筑學(xué)院 李文倩

      中原工學(xué)院 張淑潤

      我國每年新增建筑面積達(dá)18億~20億m2,是世界上最大的建筑市場(chǎng),而每年的能源消耗則高達(dá)27.5%,外維護(hù)部分的節(jié)能系統(tǒng)占其總能耗的絕大部分。外維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能是改善室內(nèi)外熱環(huán)境及提高建筑節(jié)能技術(shù)的關(guān)鍵。無論是嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)還是夏熱冬冷地區(qū)等,外維護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都與其氣候特征有明顯關(guān)聯(lián),夏季應(yīng)阻擋室外熱輻射,并通過遮陽技術(shù)和自然通風(fēng)來為建筑降溫,冬季則應(yīng)加強(qiáng)保溫隔熱和提高氣密性來防止室內(nèi)熱量流失,另外太陽能技術(shù)的利用也是其重要方面。

      一、建筑外維護(hù)系統(tǒng)節(jié)能構(gòu)造設(shè)計(jì)原則及要求

      要實(shí)現(xiàn)建筑外維護(hù)的節(jié)能構(gòu)造系統(tǒng),首先應(yīng)按照氣候分區(qū)的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行。應(yīng)充分利用冬季日照并避開冬季主導(dǎo)風(fēng)向,利用夏季自然通風(fēng),在建筑總體布局、外環(huán)境設(shè)計(jì)和建筑體型設(shè)計(jì)等方面提供有效條件。對(duì)外維護(hù)部分所涉及的墻體、門窗、屋面以及樓地面等,通過節(jié)能型的材料選擇和合理的構(gòu)造技術(shù),才能有效改善外維護(hù)的保溫、隔熱和氣密性,從而保證室內(nèi)的熱環(huán)境和減少能源消耗。

      二、外維護(hù)節(jié)能要素分析

      良好的外墻保溫系統(tǒng)、合理的開窗面積、門窗氣密性的提高、屋面綠化等都是提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能的主要途徑,隨著建筑技術(shù)、材料和構(gòu)造的進(jìn)步,這些方面對(duì)降低建筑能耗的意義越來越大,成為建筑設(shè)計(jì)不可忽視的環(huán)節(jié)。外維護(hù)部分節(jié)能要素主要分為外墻系統(tǒng)、屋面系統(tǒng)和門窗系統(tǒng)3部分。

      1.外墻系統(tǒng)節(jié)能。外墻的節(jié)能在外維護(hù)中是至關(guān)重要的,因?yàn)樗粌H面積大,而且構(gòu)造復(fù)雜,涉及外墻形式、材料,以及保溫、隔熱、防水、防風(fēng)、防火和安全性等的處理。

      (1)實(shí)體外墻保溫材料和形式。實(shí)體外墻保溫材料根據(jù)磚、塊、板、幕墻的不同分單一材料和復(fù)合材料。單一材料如空心磚、加氣混凝土等,混合材料由不同材料來承擔(dān),更好地兼顧了保溫和隔熱,使用較為普遍。

      外墻的保溫隔熱形式可分為外墻外保溫、內(nèi)保溫、自保溫、加芯保溫和組合保溫5種,但外保溫隔熱應(yīng)用更為廣泛,內(nèi)保溫次之,中間保溫則較多使用于寒冷地區(qū)。

      這幾種保溫隔熱系統(tǒng)原理都是使用導(dǎo)熱系數(shù)較小的材料來增加對(duì)熱量的阻隔能力。外保溫隔熱系統(tǒng)絕熱性能優(yōu)越,消除熱橋,不占用室內(nèi)面積,但對(duì)防水、抗裂和抗腐蝕性能提出了較高要求。

      另外,外維護(hù)結(jié)構(gòu)的蒸汽滲透主要為了防止維護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)露現(xiàn)象,避免造成室內(nèi)潮濕、墻體發(fā)霉等,可通過設(shè)置隔氣層來解決,可用卷材、隔氣涂料、鋁膜等材料。

      (2)幕墻形式。幕墻(圖1)作為一種新穎、通透性強(qiáng)、簡(jiǎn)潔美觀的建筑形式,是外維護(hù)結(jié)構(gòu)中現(xiàn)代藝術(shù)與建筑技術(shù)最完美的結(jié)合,但因其消耗能量較大,目前國內(nèi)外推廣使用較多的是雙層通風(fēng)玻璃幕墻和光電玻璃幕墻系統(tǒng)。雙層通風(fēng)玻璃幕墻為智能化、呼吸式、熱通道式的新型幕墻,由內(nèi)外兩道幕墻組成,中間設(shè)有空氣間層,最大程度上達(dá)到節(jié)能,冬季可利用自然能來獲取熱量和減少損耗,夏季可利用遮陽、通風(fēng)來降溫,還可改進(jìn)為真空玻璃雙層通風(fēng)幕墻,更節(jié)能舒適。而光電幕墻則集合了光伏發(fā)電和幕墻技術(shù)的綠色環(huán)保幕墻,可將光能轉(zhuǎn)化為電能。

      圖1 玻璃幕墻

      2.屋面系統(tǒng)節(jié)能。屋面是建筑外維護(hù)結(jié)構(gòu)中接受陽光輻射幾率最大的部位,特別是對(duì)于頂層室內(nèi)熱環(huán)境的影響尤為重要。節(jié)能方式主要分為保溫隔熱、通風(fēng)、架空以及屋頂綠化。

      (1)保溫隔熱屋面。保溫材料的選取和屋面的構(gòu)造方式?jīng)Q定了屋面的保溫隔熱效果。保溫隔熱材料的選取要求材料吸水率低或不吸水、導(dǎo)熱系數(shù)小、重量輕、性能穩(wěn)定、使用年限長。目前有正置式和倒置式兩種,倒置式較為常用,將保溫層設(shè)于防水層上,有效延遲防水層老化。

      (2)架空屋頂。通風(fēng)屋頂是利用熱壓或風(fēng)壓產(chǎn)生的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)室內(nèi)外空氣流過通風(fēng)間層將熱量帶走,具有隔熱好、散熱快的特點(diǎn),一般通風(fēng)間層兩端完全敞開,通風(fēng)口應(yīng)設(shè)于迎向夏季主導(dǎo)風(fēng)向,可將屋面的熱量帶走,提高屋面的隔熱能力,一般情況下通風(fēng)間層高度以100~250mm為宜。

      (3)蓄水屋面。蓄水屋面為在屋面防水層上蓄一定高度的水,多為150~200mm,利用水的蒸發(fā)以及反射作用,將熱量散發(fā)到空氣中,從而減少屋蓋吸收的熱量。同時(shí)還可保護(hù)防水層,延長其壽命。

      (4)屋頂綠化。屋頂綠化(圖2)是屋面冬暖夏涼的綠色空調(diào),在綠化的同時(shí)還可降低頂層房間的室內(nèi)溫度。即由于使用的人工土壤具有優(yōu)良的保水性與保溫性,由植物的光合作用帶走熱量,降低了周邊氣溫。同時(shí)拓展了室外活動(dòng)空間,為工作人員提供舒適的休閑場(chǎng)所,起到美化環(huán)境、休閑娛樂的作用。屋頂綠化的常見形式有屋頂種植、屋頂花園、屋頂棚架等。

      圖2 屋頂綠化

      3.外窗系統(tǒng)節(jié)能。外窗系統(tǒng)主要滿足通風(fēng)、采光和建筑造型的需求,也是建筑維護(hù)系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié),在外維護(hù)結(jié)構(gòu)所有熱損失中,外窗的熱損失大致占40%,主要因窗框、窗玻璃的熱阻太小,經(jīng)縫隙滲透的冷風(fēng)使熱損失進(jìn)一步增大。

      (1)控制外窗的保溫隔熱性能。提高外窗的保溫隔熱性能主要是提高外窗的熱阻,選擇導(dǎo)熱性能較小的窗框材料,如塑鋼窗框,經(jīng)斷橋處理的鋼或鋁合金窗框都有良好的保溫性能,低輻射玻璃或Low-E玻璃,與普通玻璃相比,它可反射太陽光譜中40%~70%的紅外長波熱輻射,同時(shí)遮擋少量的可見光,可改善玻璃的保溫性能。另外,外窗的密閉性應(yīng)良好,在嚴(yán)寒、寒冷及夏熱冬冷地區(qū)不應(yīng)低于國家標(biāo)準(zhǔn)的4級(jí),夏熱冬冷區(qū)7層及以上不少于3級(jí),門窗四周應(yīng)用密封條或密封膠密封。

      (2)控制窗墻面積比。在滿足建筑使用功能的前提下,外窗面積不應(yīng)過大,合理控制窗墻面積比是外窗節(jié)能的重要措施之一。對(duì)于我國北方地區(qū)公共建筑,規(guī)定南向不能超過0.35,北向窗墻面積比不能超過0.25,東西向不超過0.3,對(duì)于夏熱冬冷地區(qū),既要考慮冬季日照,又要考慮夏季防熱。

      (3)遮陽的設(shè)置。外窗遮陽設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn),綜合考慮立面設(shè)計(jì)和使用功能等。一般根據(jù)建筑的朝向,可利用外廊、陽臺(tái)、挑檐等構(gòu)件作為建筑構(gòu)件,外窗的遮陽設(shè)計(jì)次序一般為外遮陽、內(nèi)遮陽、中間遮陽和玻璃遮陽,其中外遮陽節(jié)能效果明顯,應(yīng)用十分廣泛,可分為水平式、垂直式、綜合式和擋板式。水平遮陽效果好,常用于東西立面;垂直遮陽利于導(dǎo)風(fēng),綜合遮陽可整體固定,局部調(diào)節(jié),用于任何立面造型;擋板遮陽為整體固定,但遮擋視線,影響采光。從節(jié)能的角度看,外遮陽(圖3)是防止太陽熱輻射進(jìn)入室內(nèi)效果最好的遮陽做法,它吸收或反射的太陽輻射絕大部分散發(fā)在室外。

      圖3 外窗遮陽

      綜上,通過對(duì)建筑外維護(hù)系統(tǒng)節(jié)能策略的分析,可以看出建筑外維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能是改善室內(nèi)熱環(huán)境和提高建筑節(jié)能水平的重要因素,也是建筑節(jié)能的關(guān)鍵。節(jié)能設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括外墻保溫系統(tǒng)、屋頂以及外窗等方面。

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