綠色建筑理念下外墻保溫結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)探究*

白建強(qiáng)

(中鐵十二局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司 太原 030000)

隨著人們對可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng),綠色建筑作為一種可持續(xù)發(fā)展的建筑理念受到了越來越多的關(guān)注。在綠色建筑中,外墻保溫結(jié)構(gòu)作為節(jié)能的重要手段之一,對建筑能耗和室內(nèi)舒適度有著重要影響。因此,研究綠色建筑理念下外墻保溫結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)具有重要意義。

1 綠色建筑概述

綠色建筑是指在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等全生命周期中充分考慮節(jié)能、環(huán)保、可再生資源利用等方面,旨在降低對環(huán)境和資源的消耗,提高人類生活質(zhì)量的建筑。綠色建筑是一種新興的建筑理念,它以節(jié)能性、環(huán)保性、可持續(xù)性和舒適性為特點(diǎn),逐漸受到廣泛的關(guān)注和認(rèn)可[1]。

1.1 節(jié)能性

綠色建筑采用了先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)和設(shè)備,使得建筑的能源利用效率得到了顯著提高。通過合理的設(shè)計(jì)和規(guī)劃,綠色建筑能夠有效地利用太陽能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉?減少了對傳統(tǒng)能源的依賴。同時(shí),綠色建筑還采用了節(jié)能門窗、保溫墻體等節(jié)能設(shè)備,進(jìn)一步降低了能源消耗。這些措施不僅有助于減少能源浪費(fèi),還有助于降低碳排放,緩解全球氣候變化。

1.2 環(huán)保性

綠色建筑強(qiáng)調(diào)對環(huán)境的保護(hù)和資源的循環(huán)利用。在設(shè)計(jì)上,綠色建筑盡量減少對自然環(huán)境的破壞,保留原有的生態(tài)環(huán)境和植被。同時(shí),綠色建筑還采用了多種可再生材料和循環(huán)材料,如廢紙纖維、再生玻璃等,減少了廢棄物的產(chǎn)生和排放。這些措施不僅有助于保護(hù)環(huán)境,還有助于資源的可持續(xù)利用,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的雙贏。

1.3 可持續(xù)性

綠色建筑注重對自然資源的合理利用,遵循可持續(xù)發(fā)展的原則。在建筑設(shè)計(jì)中,綠色建筑充分考慮了當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、地理環(huán)境等因素,充分利用自然通風(fēng)、自然采光等自然資源,減少了人工能源的消耗。同時(shí),綠色建筑還注重對雨水的收集和利用、廢水的處理和再利用等,實(shí)現(xiàn)了水資源的循環(huán)利用。這些措施不僅有助于降低能源消耗和環(huán)境污染,還有助于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,為未來的世代創(chuàng)造更好的生活環(huán)境[2]。

1.4 舒適性

綠色建筑以提高人類生活質(zhì)量為目標(biāo),創(chuàng)造舒適、健康的生活環(huán)境。通過采用無害的建筑材料和室內(nèi)空氣凈化系統(tǒng)等措施,綠色建筑能夠有效地減少室內(nèi)空氣污染和噪音污染等不利于人體健康的因素。同時(shí),綠色建筑還注重室內(nèi)環(huán)境的舒適性和功能性設(shè)計(jì),如智能家居系統(tǒng)、多功能空間等,滿足了人們對于生活品質(zhì)的需求。這些措施不僅有助于提高人們的生活質(zhì)量,還有助于促進(jìn)身心健康和社交互動。

2 綠色建筑理念對外墻保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響

外墻保溫結(jié)構(gòu)是綠色建筑的重要組成部分之一,其節(jié)能設(shè)計(jì)對于提高建筑的能源效率和降低能源消耗具有重要意義。綠色建筑理念對外墻保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

2.1 環(huán)保性和可持續(xù)性要求

在綠色建筑理念下,外墻保溫結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)注重環(huán)保性和可持續(xù)性。這要求材料的選擇上應(yīng)優(yōu)先選擇可再生、可循環(huán)利用的材料,同時(shí)要考慮到材料在整個(gè)生命周期內(nèi)的環(huán)境影響。此外,還應(yīng)考慮到材料的耐久性和可維護(hù)性,以確保外墻保溫結(jié)構(gòu)的使用壽命和性能[3]。

2.2 節(jié)能性要求

綠色建筑理念強(qiáng)調(diào)提高能源利用效率,降低能源消耗。因此,在外墻保溫結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中應(yīng)注重提高其保溫性能和隔熱性能。例如,可以采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)、使用高效保溫材料等措施來提高外墻的保溫性能。此外,還可以通過優(yōu)化窗框結(jié)構(gòu)和玻璃厚度等措施來提高窗戶的隔熱性能。

2.3 舒適性要求

綠色建筑注重提高人類生活質(zhì)量,因此在外墻保溫結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮到舒適性要求。例如,可以采用低輻射玻璃、使用遮陽設(shè)施等措施來提高室內(nèi)光照舒適度;同時(shí)還可以通過優(yōu)化外墻材料和顏色等措施來提高建筑的外觀舒適度[4]。

3 綠色建筑理念下外墻保溫結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)

3.1 工程概況

某建筑工程總建筑面積為145 325.21 m2,地上建筑總面積為96 541.58 m2,共有11棟樓組成,主要用于辦公;地下建筑總面積為48 783.63 m2,主要用于停車場和設(shè)備房。建筑結(jié)構(gòu)為框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。

3.2 外墻保溫結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

為保證EPS外墻保溫的效果,對其外墻保溫結(jié)構(gòu)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì),具體包括以下幾個(gè)方面:

3.2.1 能耗評估能耗評估是綠色建筑設(shè)計(jì)的重要一環(huán),通過對建筑的能耗進(jìn)行評估,可以了解建筑的能源利用情況,為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

在進(jìn)行能耗評估時(shí),首先需要考慮建筑的功能和使用情況。不同類型的建筑有不同的能耗需求,比如住宅、商業(yè)建筑、辦公樓等。根據(jù)建筑的功能和使用情況,可以確定建筑的熱負(fù)荷,即建筑在不同季節(jié)和不同氣候條件下所需要的供熱和供冷能力。其次,需要考慮建筑的能耗需求。能耗需求包括建筑的照明、空調(diào)、暖通等系統(tǒng)的能耗需求。對于照明系統(tǒng),可以根據(jù)建筑的面積、使用功能和照明要求,計(jì)算出建筑所需的照明能耗。對于空調(diào)和暖通系統(tǒng),可以通過建筑的熱負(fù)荷和氣候條件,計(jì)算出建筑所需的供冷和供暖能耗。經(jīng)能耗評估,該案例項(xiàng)目的原設(shè)計(jì)外墻結(jié)構(gòu)熱阻值為1.85(m2·K)/W,外墻結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)為0.65 W/(m2·K),外墻耗熱量為8.75 m2·K。

3.2.2 能耗分析

能耗分析是綠色建筑設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵步驟之一,通過對建筑能耗的詳細(xì)分析,可以確定能耗病因,找出能源浪費(fèi)的問題,為后續(xù)的節(jié)能設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

在進(jìn)行能耗分析時(shí),首先需要收集建筑的能耗數(shù)據(jù),包括建筑的用電量、用水量、供暖和供冷能耗等。這些數(shù)據(jù)可以通過建筑的能耗監(jiān)測系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)或業(yè)主提供的數(shù)據(jù)來獲取。其次,需要對能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過對能耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和比對,可以找出能源浪費(fèi)的問題,比如能耗高峰期、能耗異常等。同時(shí),還可以對不同系統(tǒng)和設(shè)備的能耗進(jìn)行比較,找出能源利用效率較低的設(shè)備或系統(tǒng)。

在能耗分析的過程中,還可以考慮與建筑使用相關(guān)的因素,比如建筑的使用時(shí)間、人員密度等。這些因素可能會對能耗產(chǎn)生影響,通過考慮這些因素,可以更準(zhǔn)確地分析能耗問題。

3.3 設(shè)計(jì)目標(biāo)確定

根據(jù)能耗評估和能耗分析的結(jié)果,確定外墻保溫結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo),在確定外墻保溫結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)時(shí),應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面:

(1)節(jié)能比例。根據(jù)能耗評估和能耗分析的結(jié)果,確定預(yù)期的節(jié)能比例。節(jié)能比例可以通過計(jì)算建筑的能耗差異來確定,即將預(yù)期的節(jié)能后的能耗值與原始能耗值進(jìn)行比較,計(jì)算節(jié)能比例。

(2)節(jié)能效果。根據(jù)能耗評估和能耗分析的結(jié)果,確定預(yù)期的節(jié)能效果。節(jié)能效果可以通過計(jì)算建筑的能耗減少量來確定,即預(yù)期的節(jié)能后的能耗值與原始能耗值的差值。

(3)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。參考國家和地區(qū)的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn),確定外墻保溫結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)。節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)可以包括建筑的能耗限值、能源利用率等指標(biāo)。

(4)經(jīng)濟(jì)可行性。考慮外墻保溫結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)可行性。節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)該在滿足節(jié)能要求的前提下,盡量降低投資成本,提高投資回報(bào)率[5]。

3.4 材料選擇

選擇符合綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)的保溫材料,如膨脹聚苯板(EPS板)、擠塑聚苯板(XPS板)、聚氨酯、膠粉聚苯顆粒、膨脹珍珠巖等,不同的保溫材料有著不同的特點(diǎn),在選擇符合綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)的保溫材料時(shí),可以考慮以下幾個(gè)因素:

(1)導(dǎo)熱系數(shù)。保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)越低,其保溫性能越好。因此,在選擇保溫材料時(shí),應(yīng)該選擇導(dǎo)熱系數(shù)較低的材料,以提高外墻保溫結(jié)構(gòu)的隔熱效果。

(2)耐久性。保溫材料應(yīng)該具有較好的耐久性,能夠經(jīng)受長期使用和外部環(huán)境的影響而不容易老化、脫落或變形。耐久性強(qiáng)的保溫材料可以延長外墻保溫結(jié)構(gòu)的使用壽命。

(3)環(huán)境友好性。保溫材料應(yīng)該符合環(huán)保要求,不含有有害物質(zhì),對人體健康和環(huán)境沒有負(fù)面影響?？梢赃x擇符合環(huán)保認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的材料,如綠色建筑認(rèn)證、環(huán)境產(chǎn)品聲明等。

(4)可再生性。優(yōu)先選擇可再生材料,如巖棉、木纖維等。這些材料可以通過可持續(xù)的生產(chǎn)方式獲取,減少對非可再生資源的依賴。

(5)施工便利性。保溫材料應(yīng)該具有較好的施工便利性,便于安裝和施工,減少施工過程中的浪費(fèi)和時(shí)間成本。

為滿足綠色建筑要求,該案例項(xiàng)目的外墻保溫確定選用XPS板(擠塑聚苯板)進(jìn)行保溫。EPS外墻保溫結(jié)構(gòu)示意,如圖1所示。

圖1 EPS外墻保溫結(jié)構(gòu)示意圖

3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)外墻保溫結(jié)構(gòu)時(shí),可以考慮以下幾個(gè)方面:

(1)外墻保溫層厚度。根據(jù)建筑的使用環(huán)境和節(jié)能要求,確定外墻保溫層的厚度。一般來說,保溫層的厚度越大,保溫效果越好,但也要考慮到施工難度和成本因素。

(2)保溫材料的布置方式。根據(jù)保溫材料的特性和建筑的結(jié)構(gòu)形式,確定保溫材料的布置方式。常見的布置方式包括全包圍式、局部保溫式和內(nèi)外保溫式等。選擇合適的布置方式可以提高保溫效果并滿足建筑的結(jié)構(gòu)要求。

(3)防潮措施。外墻保溫結(jié)構(gòu)應(yīng)該考慮防潮措施,以防止水汽從外部滲透到保溫層內(nèi)部,導(dǎo)致保溫材料的性能下降和墻體的損壞?？梢圆捎梅浪畬印⒎莱睂拥却胧﹣肀Ｗo(hù)保溫層。

(4)墻體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)外墻保溫結(jié)構(gòu)時(shí),要考慮墻體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,確保保溫層的施工不會對墻體的承載能力產(chǎn)生負(fù)面影響?？梢酝ㄟ^加強(qiáng)墻體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和使用合適的連接件來提高墻體的承載能力。

3.6 節(jié)能效果評估

節(jié)能效果評估是外墻保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié),通過建筑能耗模擬軟件,對外墻保溫結(jié)構(gòu)進(jìn)行能耗模擬計(jì)算。模擬計(jì)算通常基于建筑的幾何形狀、材料性能、室內(nèi)外環(huán)境條件等輸入?yún)?shù),以及建筑使用情況和能源消耗數(shù)據(jù)等。通過模擬計(jì)算,可以評估外墻保溫結(jié)構(gòu)在不同條件下的能耗情況,以及與其他系統(tǒng)的協(xié)同效應(yīng)。

以案例項(xiàng)目為例,通過Revit軟件建立能耗模型模擬計(jì)算出節(jié)能設(shè)計(jì)后,其保溫效果會有明顯提升,具體變化如表1所示。

表1 節(jié)能設(shè)計(jì)前后保溫效果對比

從表1可以看出,通過對EPS外墻保溫結(jié)構(gòu)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)后,外墻的熱阻值、傳熱系數(shù)及耗熱量均有明顯下降,這說明節(jié)能設(shè)計(jì)后,降低了EPS外墻保溫的耗熱,提高了外墻的節(jié)能保溫效果。

4 結(jié)語

綜上所述,綠色建筑理念下外墻保溫結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)對于實(shí)現(xiàn)建筑的節(jié)能目標(biāo)和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

通過合理選擇材料、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和處理熱橋,可以有效提高外墻保溫結(jié)構(gòu)的節(jié)能性能。隨著科技的進(jìn)步和綠色建筑理念的推廣,外墻保溫結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)將得到更大的關(guān)注和應(yīng)用。