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围护结构节能技术在工程上的应用

围护结构节能技术在工程上的应用

摘要：

为了节约能源，降低能耗，建筑节能技术应大力推广。

当前，我国的建筑节能技术已经有了长足的进步。

但是对于如何比较这些节能措施的评价工作做得还不是特别丰富。

本文基于建筑围护结构节能技术层析分析评价体系，对比了两个工程实例，该法简单实用，具有较好的推广性，对于更好的评价建筑围护结构节能技术具有一定意义。

关键词：

围护结构；节能技术；评价体系；

Abstract：

Inordertosaveenergy,theenergy-savingtechnologiesinconstructionshouldbepromoted.Atpresent,China'sbuildingenergyconservationtechnologyhadalreadymadeagreatprogress,buttherewasn’taevaluationmethodwhichcouldevaluatetheenergysavingtechnologyplan.Basedontheenergysavingtechnologyofbuildingsurroundingstructurechromatographyevaluationsystem,thetwoengineeringwerecompared,theresultsshowedthatthismethodwassimpleandpractical,andhadagoodgeneralizationforevaluatingthebuildingenclosurestructureenergysavingtechnology.

Keywords：

Enclosurestructure；energysavingtechnology；theevaluationsystem

目录

中文摘要Ⅰ

外文摘要11

1绪论1

2围护结构节能技术应用2

2.1围护结构节能定义2

2.2围护结构节能技术3

2.3围护结构节能技术层次分析评价方法7

2.4工程实例分析110

2.5工程实例分析213

结论14

参考文献15

致谢17

1绪论

我国建筑能耗高首先体现在耗量大。

２００２年前我国建筑能耗总量达３.５亿吨标准煤，占全社会总能耗的２７.６％。

建筑能耗高的另一个原因是能效低。

整个供热系统综合效率远低于发达国家８０％的水平。

公共建筑中央空调系统的综合运行效率也较低。

特别是我国建筑围护结构保温隔热性能普遍较差，与气候条件接近的发达国家相关指标对比，我国建筑外墙、屋顶、门窗传热系数和空气渗透率要高出几倍。

我国房屋建筑单位建筑能耗是同等气候条件下发达国家的3倍。

我国目前高能耗建筑已达400亿M2，每年墙体材料生产能耗也高达6000～7000万吨标煤，因而建筑耗能已占据我国能源消耗的主要地位[1-7]。

在当前能源紧张，自然环境保护压力的作用下，迫切的需要减少建筑的能耗，因而研究建筑节能技术具有重要的意义。

自2010年起[8,9]，全国所有的新建建筑均需要进行节能设计。

建筑节能设计中主要包含围护结构与采暖系统两大节能设计。

为了对工程建设实践进行理论指导，有利于我国节能技术的推广，因而需要建立科学有效的围护结构节能技术评价体系。

在我国建筑节能技术已经有所发展，但目前尚没有一套完善的围护结构节能技术评价体系，围护结构节能技术评价中还缺少对评价方法和评价对象的研究[10-12]。

2围护结构节能技术应用

2.1围护结构节能定义

围护结构是指建筑物及房间各面的围护物。

按是否采分为透明和不透明两种类型：

不透明围护结构有墙、屋面、地板、顶棚等；透明围护结构有窗户、天窗、阳台门、玻璃隔断等。

按是否与室外空气直接接触，又可以外围护结构和内围护结构两种类型[12-18]。

对于围护结构节能来说：

在不需特别加以指明的情况下，围护结构通常是指外围护结构，包括外墙、屋面、窗户、阳台门、外门，以及不采暖楼梯间的隔墙和户门等。

表2.1围护结构功能及节能要求[18-20]

功能

适用范围

功能

建筑围护结构的基本功能是从室外空间分隔出一个适合居住者生存活动的室内空间，在此建立屏障，以保证在室外空间环境恶劣时，室内空间仍能为居住者提供庇护，同时建立室内外联系通道，方便穿越墙体

屋面、地面：

加强室内、外的屏障作用，削弱室内外的热联系，提高建筑抵御室外恶劣环境（气候）的能力，减少外围护结构的冷热耗量。

门窗：

是为了在室外环境良好时，建立室内外的联系，改善室内环境。

节能技术

是指通过采用墙体保温（外保温、内保温、自保温、夹芯保温等技术）、门窗节能（中空玻璃窗等）、屋面节能、地面节能等措施减少建筑物的使用能耗。

目标：

比传统住宅使用能耗降低25%，再结合设备节能达到住宅总体使用能耗降低50%。

重点发展技术：

重点发展适用于不同气候条件的各种节能墙体、屋顶以及门窗，特别是外墙外保温技术和高效节能窗技术，包括用粘贴、钉挂、浇入和涂抹等方法固定高效保温材料的多种外墙外保温技术，以及采用中空密封玻璃、低发射率玻璃、充惰性气体玻璃以及断桥合金窗框、复合塑料窗框和活动外遮阳帘等多种节能窗技术。

开发各种新型高效节能墙体材料、保温隔热材料和高性能的建筑玻璃及其应用技术。

如图2.1所示，围护结构的热散失分布为，地面：

10%；墙面：

30%；屋面：

25%；门窗：

30-50%。

图2.1建筑散热各部分示意图

2.2围护结构节能技术

图2.2围护结构节能

1）墙体围护结构节能技术分为[20-22]外墙保温，内墙保温，中间墙体保温以及墙体绿化等内容。

常用的外墙保温系统有：

无机轻集料保温砂浆系统;胶粉聚苯颗粒保温砂浆系统;粘贴保温板（EPS板、XPS板、PU板）薄抹灰外保温系统;.喷涂硬泡聚氨酯外保温系统;保温装饰一体化板外保温系统;泡沫玻璃外墙外保温体系等。

其隔热的技术措施主要有：

主体结构材料采用热惰性指标高的重质材料、在外墙的保温层表面增设浅色涂料或热反射隔热材料、进行外墙绿化等。

具体每个设计要点的要求列于表2.2中。

左：

将保温层安装在外墙的外面,即外墙外保温系统

中：

将保温层安装在外墙的墙体中间,即自保温系统

右：

将保温层安装在外墙的内面,即内保温系统

图2.2墙体保温技术

2）建筑围护结构的门窗、墙体、屋面、地面四大围护部件中，门窗的绝热性能最差，就我国目前典型的围护部件而言，门窗的能耗约为墙体的4倍、屋面的5倍、地面的20多倍，约占建筑围护部件总能耗的40~50%。

据统计，在采暖或空调的条件下，冬季单玻窗所损失的热量约占供热负荷的30％~50％，夏季因太阳辐射热透过单玻窗射入室内而消耗的冷量约占空调负荷的20％~30％。

因此，增强门窗的保温隔热性能，减少门窗能耗，是改善室内热环境质量和提高建筑节能水平的重要环节。

门窗节能设计的要点包括：

增加传热阻，减少空气渗透量、窗型及窗墙比设计、新型节能玻璃：

光致变色玻璃、电致变色玻璃。

具体每个设计要点的要求列于表2.2中。

3）建筑围护结构的屋面在围护结构中所占的比例较小，但对顶层房间而言，是比例最大的外围护结构,应给予足够的重视。

其节能设计主要有屋面保温及隔热两大技术措施。

具体技术措施的要求列于表2.2中。

表2.2围护结构节能技术[22-30]

功能

适用范围

墙体

外墙保温：

1）有利于消除冷热桥

2）有利于稳定室内空气温度

3）内墙得到保护

4）施工难度大，质量风险多

5）气候适应性（严寒与寒冷地区、白天与夜晚、东西南北朝向等）

内墙保温：

1）设计中要注意采取措施，避免内墙产生结露

2）施工方便

3）变形小

4）影响使用面积

外墙绿化（可以美化环境、降低污染、遮阳隔热等）：

1）植物直接爬在墙上

2）在外墙的外侧种植密集的树林

门窗

门窗是建筑围护结构中要求功能最多的部件，在加强保温隔热性能的同时，不能忽视门窗的其它性能，应从提高其综合性能（包括它的经济性）的角度来选择适宜的节能技术措施。

提高门窗和幕墙的保温隔热性能：

1）采用镀膜玻璃和贴膜玻璃

《镀膜玻璃第1部分：

阳光控制镀膜玻璃》GBGB/T18915.1-2002；

《镀膜玻璃第2部分：

低辐射镀膜玻璃》GB/T18915.2-2002。

2）采用中空玻璃

《中空玻璃》GB/T11944-2002。

3）采用门窗框（幕墙）型材

常用的节能门窗框（幕墙）型材有PVC塑料（未增塑聚乙烯PVC-U）型材、穿条式和注浇式断热铝合金型材、铝塑或铝木复合型材等。

现行的门窗框（幕墙）型材技术标准有《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》JGJ/T151-2008；

4）采用双层通风遮阳式幕墙

提高气密性能：

提高门窗和幕墙的气密性能，减少空气渗透的技术有选取气密性良好的开启形式、窗扇与玻璃之间采用橡塑弹性压条，扇与框之间用密实的有弹性的尼龙毛条或弹性压封条，单元式幕墙的单元板块间采用双道或多道密封等。

一般而言，平开窗的密闭性能比推拉窗更容易有保证。

控制窗墙面积比：

相关规范如《居住建筑节能设计标准》、《公共建筑节能设计标准》中对不同类型建筑的窗墙面积比都有详细的规定。

采取遮阳措施：

1）采取遮阳措施在夏季可以减少直接进入室内的太阳辐射，减少空调能耗，避免阳光直射而产生的眩光，改善室内热环境。

遮阳形式可分为自身遮阳、内遮阳、外遮阳。

2）外遮阳分为固定建筑构件遮阳和活动外遮阳两类。

夏热冬冷地区固定建筑构件遮阳在夏季达到了遮阳效果，但冬季又减少了日照面积，影响了被动采暖的效果。

因此建筑外遮阳宜采用百叶窗等活动外遮阳，既满足遮阳要求，又可兼顾采光、自然通风、冬季被动采暖等要求。

外遮阳是比较有效的一种减少入射辐射的方式。

3）窗和幕墙选用吸热玻璃和热反射镀膜（贴膜）玻璃可以提高其在夏季的自身遮阳性能，但可能会削弱其他季节自然采光和冬季被动采暖的效果。

浙江省《公共建筑节能设计标准》中，明确规定了各类建筑设置外遮阳时遮阳系数的限值。

屋面

屋面保温：

可采用板材、块材或整体现喷聚氨酯保温层；

屋面隔热:

可采用架空、种植等隔热层，或设置热反射涂层提高隔热性能。

下面以珠江城项目围护结构节能设计为例，主要采用双层智能型幕墙与日光控制。

图2.2珠江城项目

“珠江城”项目采用300窄腔“龛式”内呼吸连遮阳百叶双层智能幕墙，一方面，空腔内遮阳百叶可根据气候与天气条件的变化进行统一智能控制调节角度与高度，实现将自然光引入办公室深处同时消除临窗外区的高辐射与眩光带给人的不适感，并节省人工照明用电量；第二，幕墙内呼吸动力系统配合外区冷梁设计可根据室外环境变化对双层幕墙空腔内温度、湿度自动控制，以实现临窗区域的舒适办公环境，并可保障冷辐射系统正常运行。

日光控制受到博物馆建筑光线设计的启发，“珠江城”项目办公区域的日光控制、消除有害眩光是通过智能型百叶实现的。

在入口大堂区域设计采用导光板，将屋面自然光线折射引入大堂深处，靠近幕墙强光区处设遮阳百叶，以获得大堂整体均匀舒适的自然光照，并减少人工照明的消耗。

图2.3珠江城节能设计

2.3围护结构节能技术层次分析评价方法

文献[13]将围护结构节能技术评价分为三级，第一级按照围护结构的组成来划分，包括墙体评价、屋面评价、门窗及幕墙评价等三大部分。

第二级分为5大部分：

周围环境的影响，施工技术的难易程度，节能效果，施工造价，后期养护。

第三级针对节能效果按照各个技术指标继续划分，如将门窗的节能效果继续分为门窗两大部分，窗户按照相对增热（由U值（K值）、遮阳系数、气密性来确定）结合门给出门窗的综合门窗气密性等级，门窗综合平均传热系数，门窗综合热惰性指标。

墙体的节能效果继续分为外墙平均传热系数，墙体热惰性指数，屋面的节能效果继续分为屋顶平均传热系数，屋顶热惰性指数。

其给出的权重赋值为为表2.3。

表2.3围护结构节能技术评价指标最对权重赋值表

第一等级

名称

权重

名称

权重

名称

权重

墙体

0.3

门窗

0.45

屋面

0.25

第二等级墙体

名称

权重

名称

权重

名称

权重

周围环境的影响

0.1

施工技术的难易程度

0.1

节能效果

0.55

施工造价

0.2

后期养护成本

0.05

第二等级门窗

名称

权重

名称

权重

名称

权重

周围环境的影响

0.05

施工技术的难易程度

0.1

节能效果

0.6

施工造价

0.2

后期养护成本

0.05

第二等级屋面

名称

权重

名称

权重

名称

权重

周围环境的影响

0.05

施工技术的难易程度

0.15

节能效果

0.6

施工造价

0.15

后期养护成本

0.05

第三等级墙体节能效果

名称

权重

名称

权重

名称

权重

外墙平均传热系数

0.64

墙体热惰性指数

0.36

第三等级门窗节能效果

名称

权重

名称

权重

名称

权重

门窗气密性等级

0.64

门窗综合平均传热系数

0.18

门窗综合热惰性指标

0.18

第三等级墙屋顶节能效果

名称

权重

名称

权重

名称

权重

屋顶平均传热系数，

0.56

屋顶热惰性指数

0.44

图2.4各种指标最终权重赋值

具体打分时，分成10档，10分-1分。

如周围环境的影响这栏从无影响到影响较大分为10分-1分。

而施工技术的难易程度从易到难分为10-1分，施工造价及后期养护成本依照同类工程，按照造价及养护成本的高低分为10分-1分，第三级评价指标按照上述原则也分为10档。

本文给出的评价体系考虑了技术因素，经济因素，环境因素和社会因素等几个方面，按照上述指标给出的评分分为4档。

表2.4围护结构节能技术评价结论

分数

评价结果

分数

评价结果

9-10

优秀节能方案

7-9

良好节能方案

分数

评价结果

分数

评价结果

6-7

一般节能方案

＜6

较差

2.4工程实例分析1

以柯城区建设工程安全检测中心大楼为例，工程概况：

柯城区建设工程安全检测中心大楼位于衢州市浮石路以东、市电信实业公司以北，由衢州市柯城区建筑工程质量监督站建设，衢州规划设计院有限公司设计，浙江新世纪工程咨询有限公司监理，衢州市柯城建筑工程有限公司总承包施工，工程于2006年8月28日开工，2007年9月28日竣工。

本工程为地下一层/地上八层，框架结构，总建筑面积8600多平方米，底层为地下车库和人防地下室，主楼一层为大厅，二至七层为办公室，八层为活动室。

根据设计要求本工程分为三个节能分项工程，即屋面保温节能分项、墙体保温节能分项和门窗节能分项。

1、屋面（地面）节能保温：

屋面（地面）节能保温采用40厚挤塑聚苯板XPS保温系统。

2、墙体节能保温：

外墙采用外保系统，保温层为35厚DS胶粉聚苯颗粒、3厚抗裂砂浆层。

3、外窗节能保温：

窗采用塑钢窗，主楼南立面玻璃采用低辐射中空玻璃，其余为普通中空玻璃。

为了保证该工程节能效果达到50％，符合《浙江省建筑节能设计标准》的要求，节能各分部工程质量达到合格标准。

各单位做了较多工作以及采取了很多好的措施。

本工程不愧为建筑节能试点示范工程，根据本文2.3所述方法，此工程的围护结构技术评价得分为9.1分，评价结果为优秀。

表2.5围护结构节能技术措施

部位

措施

外墙保温

该工程外墙采用35厚聚苯颗粒保温层，该材料的导热系数＝0.060，墙体平均传热系数K＝.0w/（m2.k）,设计传热系数k≤1.0w/（m2.k）

屋面保温材料

屋面采用40厚挤塑聚苯板（导热系数＝0.03w/（m.k）；1：

6水泥焦渣（导热系数＝0.76w/（m.k），进行共同保温隔热。

屋面平均传热系数K为0.65，0.55。

设计传热系数限值为≤0.70w/（m.k）。

门窗

窗采用塑钢窗框，主楼南立面玻璃采用低辐射中空玻璃，其余为普通中空玻璃。

门窗气密性等级4级，门窗传热系数：

南（主楼）K值为2.8w/（m.k）（辅楼）K值为3.0w/（m.k）北：

K值为3.0w/（m.k），东：

K值为4.7w/（m.k），西：

K值为3.0w/（m.k）

确定LOW-E玻璃为5+9A+5，塑钢型材选择中国公元集团生产的产品，中空玻璃选择台州天谊玻璃科技有限公司生产的产品。

图2.5塑钢门窗

图2.6外墙保温层厚度满足要求

表2.8各单位措施一览表

部位

措施

设计单位

设计措施：

1、建筑主楼南北朝向布置，内部通风良好，并满足日照要求，这些外部良好的规划已为节能设计打下了良好的基础。

2、衢州地区地属夏热冬冷地区，按此规范的要求，我们对建筑的围护结构屋面、外墙、外门窗、底部架空楼板进行了节能设计。

监理单位措施

1、外墙保温质量控制

墙体节能工程施工前对基层质量进行了验收，对墙面的油渍、浮灰、墙表面凸起物进行清理干净。

在施工过程中界面砂浆采用喷涂方法进行施工，待界面砂浆达到要求后，施工单位进行墙面做灰饼，弹控制线，在胶粉颗粒搅拌过程中，为了保证保温材料的质量，生产厂家派专职技术人员进行现场指导，在搅拌过程中，我监理人员根据厂家提供的配合比进行旁站监理，确保搅拌时间和加水用量的准确，在粉刷过程中，严格要求施工单位分两遍施工，第一遍压紧压实，厚度要求在15mm左右。

2、门窗工程质量控制

本工程门窗采用的是塑钢门窗，门窗进场后，我方对质量证明文件进行了检查，检查结果符合设计及规范要求，安装过程中对门窗的标高，对角线尺寸，垂直度，发泡剂填充的密实性、密封条安装的位置和牢固程度等进行了检查，检查结果均符合要求，安装完成后，对门窗的推拉顺畅程度等进行了核查验收，验收结果均符合设计及规范要求。

并按规定对门窗进行了现场见证取样送检，检测结果符合要求

3、屋面工程、楼地面质量控制

本工程屋面、一层楼面采用40厚挤塑聚苯板作为保温层，材料进场后我方对质量证明文件进行了核查，核查结果符合设计及规范要求，对材料的外观等进行了检查，检查结果符合要求，并按规定对挤塑聚苯板进行了现场见证取样送检，检测结果符合要求，施工前对屋面的基层质量进行了验收，验收结果符合要求，在施工过程中，我方对板材的粘贴牢固程度，缝隙的严密性，平整度等进行了检查，检查结果均符合要求。

施工企业施工措施

1、以公司质量、技术主要骨干人员组织编制详细的节能施工专项施工方案，经公司总工审批后进行实施。

2、施工前进行技术交底和样板引路制度。

节能分项大面积施工前，实行样板工作制度，在施工样板时，施工、技术、质量人员悉数到位，并在监理的指导下，施工员把施工的操作要点、施工顺序、质量要求向施工操作工人进行交底并在现场监督指导，操作人员施工完成后，相关人员对该样板进行检查和验收，总结相关的经验和不足，以便在大面积施工时有更好的质量保证。

3、强化施工过程工序质量控制，严格施工的检查、验收制度。

强化施工的工序质量控制，建立自检交接检验制度，在施工过程中加强工序的操作质量、成品质量的检查，检查施工用的材料及其配比、施工工艺是否符合质量及操作要求是否符合有关部门法律、法规和工程建设强制性标准以及是否符合施工图纸设计的要求。

加强施工的分层、分段验收评定，做好监督检查关、隐蔽验收关、分项分部工程验收关。

4、加强施工的成品保护。

屋面保温板施工完成后，在施工钢筋混凝土保护层时，强调保温板的保护，在钢筋绑扎前，保温板上铺设一层油毛毡，同时，要求混凝土浇筑时不得有坚硬物戳穿保温板，如有小车进入屋面，要求垫上模板，方可行车。

外墙面保温层施工完成后，强调其他施工班组施工时，注意避免工具碰撞外墙面，特别是钢管架拆除时交待工人注意外墙面的保护。

5、严把进场材料质量的检验关

材料是构成建筑节能实体的基本单元，材料质量也就是构成节能工程的实体质量，所以，在施工前首要的任务是把好材料的进场的检查和验收关。

凡进场材料都必须要求有质保单和出厂合格证，并经过施工员、质量员验收合格后方可使用，不合格的材料严禁使用，对规范规定须作复检的材料，指定专人负责在使用前均需送检，送检试验合格证后方予以了使用。

2.5工程实例分析2

工程实例2以中国农业科学院特产研究所5#楼为例，该项目位于吉林省长春市，建设单位为中国农业科学院特产研究所，施工单位为吉林建工集团有限公司。

该建筑地上12层，地下两层，为普通办公楼。

根据本文2.3所述方法，此工程的围护结构技术评价得分为6.1分，评价结果为一般。

该工程得分较低的主要原因是1）其使用的外墙保温材料EPS板材料性能不佳，在施工过程中也才铺筑了一层网格布。

2）屋面保温中使用的苯板质量较工程的次一些。

表2.9中国农业科学院特产研究所5#楼围护结构节能技术措施

部位

措施

外墙节能措施

外墙采用EPS板保温，经检测EPS板密度为14.7kg，板厚8cm，其生产厂家未取得建筑节能技术产品推广认证证书。

EPS板表面只铺一层标准网格布未与《l吉J2005－114》不符（要求是两层）。

屋面，地面节能措施

屋面采用40厚挤塑聚苯板（三级板）+1：

6水泥砂浆来共同保温隔热。

其苯板密度为30kg。

门窗节能措施

窗采用塑钢窗框，玻璃采用普通中空玻璃。

门窗气密性等级3级，门窗传热系数试验结果为：

5.2w/（m.k）。

两个工程对比发现，对于普通商业或者民用建筑，建筑围护结构所使用的材料及工艺对于围护结构的节能效果评分影响较大：

一是材料的节能性能，二是材料的厚度和密度是否达标，三是围护结构中的节能材料使用率。

总体来说，工程实例1所采用的节能措施都是较为完善的，也是符合要求的，具有一定的推广性。

结论

1）在当前能源紧张，自然环境保护压力的作用下，迫切的需要减少建筑的能耗，因而研究建筑节能技术具有重要的意义。

2）围护结构节能来说，主要包括外墙、屋面、窗户、阳台门、外门，以及不采暖楼梯间的隔墙和户门等。

3）将围护结构节能技术评价分为三级，第一级按照围护结构的组成来划分，包括墙体评价、屋面评价、门窗及幕墙评价等三大部分。

第二级分为5大部分：

周围环境的影响，施工技术的难易程度，节能效果，施工造价，后期养护。

第三级针对节能效果按照各个技术指标继续划分，如将门窗的节能效果继续分为门窗两大部分，窗户按照相对增热（由U值（K值）、遮阳系数、气密性来确定）结合门给出门窗的综合门窗气密性等级，门窗综合平均传热系数，门窗综合热惰性指标。

墙体的节能效果继续分为外墙平均传热系数，墙体热惰性指数，屋面的节能效果继续分为屋顶平均传热系数，屋顶热惰性指数。

4）本文对比了两个工程实例的建筑节能措施，采用文献13所给出的评价方法简单明了，实用性强。

参考文献

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中国建筑工业出版社，2005

[2]绿色奥运建筑研究课题组，绿色奥运建筑评估体系[M].北京：

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天津大学出版社，1988．

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高等教育出版社，1998．

[5]谭跃进、陈英武、易进先，系统工程原理[M].长沙：

国防科技大学出版社，1999．

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