论文部分内容阅读
摘要:本文根据广州地区的气候特点和建筑节能技术的实际情况，参考我国建筑节能的经验教训，分析和研究广州地区节能建筑围护结构的特点，从节能效果、经济性、实用性等角度提出本地区的节能建筑围护结构设计的基本方法及构造体系。
关键词:节能建筑围护结构广州地区应对措施
1概述
广州地区位于东经112度57分－114度03分，北纬22度35分－23度35分，属南亚热带季风气候区，年平均气温为21.4-21.9度，最热的7-8月，平均气温28.0-28.7度，绝对最高气温38.7度；最冷为1月（个别年份为2月），平均气温12.4-13.5度。随着节约资源、建设节约型社会、保护生态环境和生活环境国策的提出，对于广州地区节能建筑提出了明确的要求。就国内现有技术经验，建筑围护结构节能技术所推广应用的，工艺、材料等可以基本满足工程的需要。
从施工来看，就建筑外围的保温措施施工工艺，增加了专项工艺体系，在原有的传统围护结构基础上，施工复杂、要求有所提高。
本文根据广州地区的气候特点、资源和建筑节能技术的实际情况，根据节能建筑的基本原理方法提出经济性、实用性达到节能效果的应对措施方案，以达到普遍适应各种建筑的节能要求的目标。
2节能建筑围护结构的现状
建设节约型社会是我国中央根据我国的经济社会发展状况对国内外政治经济历史研究后做出的战略决策。是对我国今后的社会发展做出的科学规划。建筑的运行用能约占社会商品用能三分之一，因此建筑节能将作为节能工作的重点。就建筑节能的内容来划分，主要分为建筑功能营运的耗能如电梯、空调等，另一方面是建筑本身所具备的保温隔热的性能，如墙体、门窗等。其中后一方面对建筑节能起决定性的作用，本文重点讨论后一方面。
广州地区的节能措施由本地的气候特点所决定。广州地区的气候是冬温夏热，季风主导，夏季高温天气持续时间长，夏至前后太阳光90度直射地面。因此节能建筑对广州地区来说，首要目标是建筑的通风隔热性能，满足使用人的舒适度要求。
3广州地区节能建筑的设计，主要根据热传递方式，提出针对性措施。
3．1 针对热辐射传递方式所采取的设计措施。
《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》编制组对夏热冬暖地区不同围护结构、不同窗墙比共3000多个建筑节能方案的建筑能耗和节能率做了计算。研究结果表明，在这一地区主要考虑建筑围护结的隔热问题，尤其是外窗的遮阳问题，建筑围护结构的温差传热是有限的。若过分的提高墙体的传热系数K值，保温隔热性能不会有明显改善，同时也不经济。图1所示为广州住宅全年空调耗电量与外墙传热系数K的关系，当K从2．72W／(m2．K)分别降低到1．95和1．13时，全年空调耗电量指标分别下降8％和3．1％，收效甚微，表明夏热冬暖地区围护结构的节能率仅与外窗的遮阳性能密切相关，而与外窗传热性能关系甚小。这是因为全年建筑总能耗以夏季空调能耗为主，夏季空调能耗中太阳辐射得热引起的空调能耗又占相当大的比例，而窗的温差传热引起的空调能耗只占小部分，因此广州地区建筑节能外窗遮阳系数起了主要作用。大量的调查和测试结果表明，太阳辐射通过窗进入室内的热量是造成室内过热的主要原因，占建筑空调冷负荷的50％以上。因此，提高窗的热工性能和阳光控制作为这一地区建筑节能一个非常重要的因素。就此情況，可采取三方面的措施：1、天面层及建筑南、西侧可设置构筑物遮挡阳光，减少阳光对天面及外墙体的直接照射。2、建筑外表面采用浅色、光反射强的颜色及材质的材料，减少建筑物对阳光热能的吸收。3、门窗玻璃选用“LOW-E”智能型的玻璃，减少阳光热能进入室内。
3．2 针对热对流传递方式所采取的设计措施。
广州地区属季风气候，夏天以南、东南风为主，冬季以北风为主。建筑布局方案应考虑利用自然风的作用，减少能耗。中国传统上喜欢建筑按南北布局，广州地区夏季，在没有阳光的夜晚，气温会下降较快，根据天气统计，夏季的夜间平均气温在28度以下，可以自然满足人舒适度要求。利用自然风作用带走热量可有效地减少能耗。
3．3 针对热传导传递方式所采取的设计措施。
北方夏热冬冷地区节能建筑的热工设计，它涉及夏季隔热，冬季保温以及过渡季节的除湿和自然通风等四个因素。同时考虑冬、夏二季不同方向的热量传递以及在自然通风条件下建筑热湿过程的双向传递，北方夏热冬冷地区公共建筑围护结构的节能贡献率为40％-50％，住宅夏季空调约50％，冬季采暖约70％。
因此，这一地区节能建筑围护结构除了采用外保温隔热外，内保温隔热或墙体自保温隔热技术是适合这一地区很好的构造形式，从某种意义上讲是南方节能围护结构的方向，因为南方地区保温隔热理论中，围护结构构造形式所遵守的基本原则是一定的热阻、控制通过窗进入室内的太阳辐射、自然通风条件基础之上的建筑热过程、希望围护结构具有较大的衰减值和延迟时间、围护结构外表面浅色处理、蓄热量大的结构层置于外层，建筑外窗的遮阳等，将室外热作用尽可能地在围护结构外表面与建筑外部环境之间转化，而且内保温隔热或墙体自保温隔热技术施工技术简单、造价比外保温为低。
3．3．1热桥对围护结构附加传热的影响
热桥影响传热系数增加的比率主要由热桥的几何构造形式和热桥不同材料热物性差值所决定，室内外温差大小能反映出通过热桥传递热量的多少，但对外墙的平均传热系数是没有影响的。在严寒与寒冷地区，热桥对供暖负荷和能耗指标的影响是比较大的，通常占到20％以上，因此，必须对热桥进行处理，减少传热损失，并保证围护结构不结露。
在夏热冬冷与夏热冬暖地区，热桥对供暖与空调负荷和能耗指标的影响到底有多大，受窗口、梁、柱等热桥节点的影响，由室内外温差通过热桥传递热量的多少，应该作出定量的分析和计算。在采暖空调条件下，室内外温差比严寒与寒冷地区要小得多，相应通过热桥传递的热量也要少得多。如果在进行节能围护结构设计时，只要外墙的平均传热系数小于标准规定值，通过外墙的热量不超过规定的能耗指标，保证围护结构热桥部位不结露，是否可以认为对热桥的处理应该放宽。因此，在南方地区不必要花过多的代价来处理热桥，如果这样，相应这一地区围护结构的保温隔热措施会更加丰富，围护结构保温隔热技术更加满足本地区的气候、资源条件，也更为经济、实用。
围护结构中窗过梁、圈梁、钢筋混凝土抗震柱、梁等热桥部位形成热流密集通道，对这些热工性能薄弱的环节，通过构造措施能很好的减少热桥面积，尤其公共建筑大量采用混凝土框架填充外墙，如采用L形外包自保温砌块(如加气混凝土、陶粒混凝土等)墙体，能尽可能地减少热桥对围护结构附加传热的影响。即使有少量的热桥，在保证外墙节能标准所规定的平均传热系数和正常的热工状况(不产生结露)下，也可能是围护结构最佳的方案。为了彻底的消除热桥的代价与节能和围护结构正常的热工状况的回报是不相称的，有时甚至是浪费的、不合理的，在工程上也是不现实的。
3．3．2 热桥对结露的影响
在广州地区，外墙因热桥夏季空调结露的可能非常小。那么在冬季采暖期间，由于热桥内外表面温差小，内表面温度低于室内空气露点温度，造成围护结构热桥部位内表面产生结露的可能性到底有多大，以下对混凝土框架结构T型外包加气混凝土墙体进行分析，如图3所示，对于夏热冬冷地区部分城市，根据《采暖通风与空气调节设计规范》(GBJl9--87)室外计算干球温度见表1。
室外计算干球温度表1
城市 成都 重庆 长沙 武汉 南昌 合肥 蚌埠 南京 杭州 上海
室外计算干球温度(℃) 2 4 0 —2 0 —3 —4 —3 —2 —2
露点温度表2
相对湿度(％) 80 70 60 50 40
露点温度(℃) 14．495 12．449 10．120 7．43l 4．216
利用二维稳态模型对200mm加气混凝抄I、墙钢筋混凝土楼板构成上形热桥进行数值分析和实验室测试，外墙内外抹10m厚水泥砂浆，内表面换热系数8．7W／(m2．K)，外表面换热系数23．0W／(m2．K)，热室计算温度为18℃，冷室温度—2℃，室内空气相对湿度为60％。
还算是目前广州地区主要采用我国北方寒冷地区节能建筑的設计方法和技术措施，外墙保温隔热技术主要有以下技术方法：EPS板薄抹面外保温系统；胶粉颗粒外保温系统；EPS板现浇混凝土外保温系统；EPS钢丝网架板现浇混凝土外保温技术。由于是一种有机材料与无机硅酸盐材料结合的外墙复合保温技术，围护结构在构造形式上与传统砖墙、混凝土外墙发生了很大的变化，大量采用聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯、PVC塑料、聚合物材料、混凝土添加剂等高分子有机材料复合而成的新型节能建筑围护结构，因此，保温隔热系统必须满足体系的稳定性、与基层墙体牢固结合的可靠性、耐火性、水密性、抗风压以及温湿度变化的要求，要求保温隔热系统不产生裂缝，能承受垂直荷载、风荷载，并能经受撞击、耐气候等物理化学性能的稳定要求。
但在实际工程中，室外气候将严重影响高分子有机化学材料与传统的硅酸盐建筑材料复合而成的节能围护结构的热工性能和物理力学性能，也严重地影响了建筑围护结构的耐气候性、安全性和使用功能与建筑的环境质量。目前外墙保温隔热系统的使用寿命不可能与现有的砖、钢筋混凝土、轻骨料混凝土等硅酸盐材料相同。从南方地区围护结构外保温隔热工程的市场价格分析，EPG颗粒胶粉30mm外保温系统有30—40元／m2的，EPS薄抹灰系统30mm外保温系统有50—60元／m2的；从节能建筑施工质量检查来看，有许多围护结构保温隔热工程存在质量问题，能否达到25年的使用寿命是值得注意的。要保证围护结构外保温隔热工程的质量，外保温系统的价格必须在80元／m2以上。即使达到25年的使用寿命，在建筑70—100年使用寿命期内，是否意味着要再进行2-3次外保温重新改造，在建筑70～100年使用寿命期内对围护结构保温隔热的投入会过大。建筑从建造开始，在整个生命周期对能源的消耗，聚苯乙烯等高分子材料对环境的影响等都是应认真考虑的问题。
4结论
综上所述，根据广州地区气候的特性，各种单一的措施节能贡献率都是有限的，因此，在进行节能建筑围护结构设计时必须实事求是、科学地对待建筑节能工作，必须采取综合的，多方面的措施，才能经济地，有效地实现节能建筑的目标。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
关键词:节能建筑围护结构广州地区应对措施
1概述
广州地区位于东经112度57分－114度03分，北纬22度35分－23度35分，属南亚热带季风气候区，年平均气温为21.4-21.9度，最热的7-8月，平均气温28.0-28.7度，绝对最高气温38.7度；最冷为1月（个别年份为2月），平均气温12.4-13.5度。随着节约资源、建设节约型社会、保护生态环境和生活环境国策的提出，对于广州地区节能建筑提出了明确的要求。就国内现有技术经验，建筑围护结构节能技术所推广应用的，工艺、材料等可以基本满足工程的需要。
从施工来看，就建筑外围的保温措施施工工艺，增加了专项工艺体系，在原有的传统围护结构基础上，施工复杂、要求有所提高。
本文根据广州地区的气候特点、资源和建筑节能技术的实际情况，根据节能建筑的基本原理方法提出经济性、实用性达到节能效果的应对措施方案，以达到普遍适应各种建筑的节能要求的目标。
2节能建筑围护结构的现状
建设节约型社会是我国中央根据我国的经济社会发展状况对国内外政治经济历史研究后做出的战略决策。是对我国今后的社会发展做出的科学规划。建筑的运行用能约占社会商品用能三分之一，因此建筑节能将作为节能工作的重点。就建筑节能的内容来划分，主要分为建筑功能营运的耗能如电梯、空调等，另一方面是建筑本身所具备的保温隔热的性能，如墙体、门窗等。其中后一方面对建筑节能起决定性的作用，本文重点讨论后一方面。
广州地区的节能措施由本地的气候特点所决定。广州地区的气候是冬温夏热，季风主导，夏季高温天气持续时间长，夏至前后太阳光90度直射地面。因此节能建筑对广州地区来说，首要目标是建筑的通风隔热性能，满足使用人的舒适度要求。
3广州地区节能建筑的设计，主要根据热传递方式，提出针对性措施。
3．1 针对热辐射传递方式所采取的设计措施。
《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》编制组对夏热冬暖地区不同围护结构、不同窗墙比共3000多个建筑节能方案的建筑能耗和节能率做了计算。研究结果表明，在这一地区主要考虑建筑围护结的隔热问题，尤其是外窗的遮阳问题，建筑围护结构的温差传热是有限的。若过分的提高墙体的传热系数K值，保温隔热性能不会有明显改善，同时也不经济。图1所示为广州住宅全年空调耗电量与外墙传热系数K的关系，当K从2．72W／(m2．K)分别降低到1．95和1．13时，全年空调耗电量指标分别下降8％和3．1％，收效甚微，表明夏热冬暖地区围护结构的节能率仅与外窗的遮阳性能密切相关，而与外窗传热性能关系甚小。这是因为全年建筑总能耗以夏季空调能耗为主，夏季空调能耗中太阳辐射得热引起的空调能耗又占相当大的比例，而窗的温差传热引起的空调能耗只占小部分，因此广州地区建筑节能外窗遮阳系数起了主要作用。大量的调查和测试结果表明，太阳辐射通过窗进入室内的热量是造成室内过热的主要原因，占建筑空调冷负荷的50％以上。因此，提高窗的热工性能和阳光控制作为这一地区建筑节能一个非常重要的因素。就此情況，可采取三方面的措施：1、天面层及建筑南、西侧可设置构筑物遮挡阳光，减少阳光对天面及外墙体的直接照射。2、建筑外表面采用浅色、光反射强的颜色及材质的材料，减少建筑物对阳光热能的吸收。3、门窗玻璃选用“LOW-E”智能型的玻璃，减少阳光热能进入室内。
3．2 针对热对流传递方式所采取的设计措施。
广州地区属季风气候，夏天以南、东南风为主，冬季以北风为主。建筑布局方案应考虑利用自然风的作用，减少能耗。中国传统上喜欢建筑按南北布局，广州地区夏季，在没有阳光的夜晚，气温会下降较快，根据天气统计，夏季的夜间平均气温在28度以下，可以自然满足人舒适度要求。利用自然风作用带走热量可有效地减少能耗。
3．3 针对热传导传递方式所采取的设计措施。
北方夏热冬冷地区节能建筑的热工设计，它涉及夏季隔热，冬季保温以及过渡季节的除湿和自然通风等四个因素。同时考虑冬、夏二季不同方向的热量传递以及在自然通风条件下建筑热湿过程的双向传递，北方夏热冬冷地区公共建筑围护结构的节能贡献率为40％-50％，住宅夏季空调约50％，冬季采暖约70％。
因此，这一地区节能建筑围护结构除了采用外保温隔热外，内保温隔热或墙体自保温隔热技术是适合这一地区很好的构造形式，从某种意义上讲是南方节能围护结构的方向，因为南方地区保温隔热理论中，围护结构构造形式所遵守的基本原则是一定的热阻、控制通过窗进入室内的太阳辐射、自然通风条件基础之上的建筑热过程、希望围护结构具有较大的衰减值和延迟时间、围护结构外表面浅色处理、蓄热量大的结构层置于外层，建筑外窗的遮阳等，将室外热作用尽可能地在围护结构外表面与建筑外部环境之间转化，而且内保温隔热或墙体自保温隔热技术施工技术简单、造价比外保温为低。
3．3．1热桥对围护结构附加传热的影响
热桥影响传热系数增加的比率主要由热桥的几何构造形式和热桥不同材料热物性差值所决定，室内外温差大小能反映出通过热桥传递热量的多少，但对外墙的平均传热系数是没有影响的。在严寒与寒冷地区，热桥对供暖负荷和能耗指标的影响是比较大的，通常占到20％以上，因此，必须对热桥进行处理，减少传热损失，并保证围护结构不结露。
在夏热冬冷与夏热冬暖地区，热桥对供暖与空调负荷和能耗指标的影响到底有多大，受窗口、梁、柱等热桥节点的影响，由室内外温差通过热桥传递热量的多少，应该作出定量的分析和计算。在采暖空调条件下，室内外温差比严寒与寒冷地区要小得多，相应通过热桥传递的热量也要少得多。如果在进行节能围护结构设计时，只要外墙的平均传热系数小于标准规定值，通过外墙的热量不超过规定的能耗指标，保证围护结构热桥部位不结露，是否可以认为对热桥的处理应该放宽。因此，在南方地区不必要花过多的代价来处理热桥，如果这样，相应这一地区围护结构的保温隔热措施会更加丰富，围护结构保温隔热技术更加满足本地区的气候、资源条件，也更为经济、实用。
围护结构中窗过梁、圈梁、钢筋混凝土抗震柱、梁等热桥部位形成热流密集通道，对这些热工性能薄弱的环节，通过构造措施能很好的减少热桥面积，尤其公共建筑大量采用混凝土框架填充外墙，如采用L形外包自保温砌块(如加气混凝土、陶粒混凝土等)墙体，能尽可能地减少热桥对围护结构附加传热的影响。即使有少量的热桥，在保证外墙节能标准所规定的平均传热系数和正常的热工状况(不产生结露)下，也可能是围护结构最佳的方案。为了彻底的消除热桥的代价与节能和围护结构正常的热工状况的回报是不相称的，有时甚至是浪费的、不合理的，在工程上也是不现实的。
3．3．2 热桥对结露的影响
在广州地区，外墙因热桥夏季空调结露的可能非常小。那么在冬季采暖期间，由于热桥内外表面温差小，内表面温度低于室内空气露点温度，造成围护结构热桥部位内表面产生结露的可能性到底有多大，以下对混凝土框架结构T型外包加气混凝土墙体进行分析，如图3所示，对于夏热冬冷地区部分城市，根据《采暖通风与空气调节设计规范》(GBJl9--87)室外计算干球温度见表1。
室外计算干球温度表1
城市 成都 重庆 长沙 武汉 南昌 合肥 蚌埠 南京 杭州 上海
室外计算干球温度(℃) 2 4 0 —2 0 —3 —4 —3 —2 —2
露点温度表2
相对湿度(％) 80 70 60 50 40
露点温度(℃) 14．495 12．449 10．120 7．43l 4．216
利用二维稳态模型对200mm加气混凝抄I、墙钢筋混凝土楼板构成上形热桥进行数值分析和实验室测试，外墙内外抹10m厚水泥砂浆，内表面换热系数8．7W／(m2．K)，外表面换热系数23．0W／(m2．K)，热室计算温度为18℃，冷室温度—2℃，室内空气相对湿度为60％。
还算是目前广州地区主要采用我国北方寒冷地区节能建筑的設计方法和技术措施，外墙保温隔热技术主要有以下技术方法：EPS板薄抹面外保温系统；胶粉颗粒外保温系统；EPS板现浇混凝土外保温系统；EPS钢丝网架板现浇混凝土外保温技术。由于是一种有机材料与无机硅酸盐材料结合的外墙复合保温技术，围护结构在构造形式上与传统砖墙、混凝土外墙发生了很大的变化，大量采用聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯、PVC塑料、聚合物材料、混凝土添加剂等高分子有机材料复合而成的新型节能建筑围护结构，因此，保温隔热系统必须满足体系的稳定性、与基层墙体牢固结合的可靠性、耐火性、水密性、抗风压以及温湿度变化的要求，要求保温隔热系统不产生裂缝，能承受垂直荷载、风荷载，并能经受撞击、耐气候等物理化学性能的稳定要求。
但在实际工程中，室外气候将严重影响高分子有机化学材料与传统的硅酸盐建筑材料复合而成的节能围护结构的热工性能和物理力学性能，也严重地影响了建筑围护结构的耐气候性、安全性和使用功能与建筑的环境质量。目前外墙保温隔热系统的使用寿命不可能与现有的砖、钢筋混凝土、轻骨料混凝土等硅酸盐材料相同。从南方地区围护结构外保温隔热工程的市场价格分析，EPG颗粒胶粉30mm外保温系统有30—40元／m2的，EPS薄抹灰系统30mm外保温系统有50—60元／m2的；从节能建筑施工质量检查来看，有许多围护结构保温隔热工程存在质量问题，能否达到25年的使用寿命是值得注意的。要保证围护结构外保温隔热工程的质量，外保温系统的价格必须在80元／m2以上。即使达到25年的使用寿命，在建筑70—100年使用寿命期内，是否意味着要再进行2-3次外保温重新改造，在建筑70～100年使用寿命期内对围护结构保温隔热的投入会过大。建筑从建造开始，在整个生命周期对能源的消耗，聚苯乙烯等高分子材料对环境的影响等都是应认真考虑的问题。
4结论
综上所述，根据广州地区气候的特性，各种单一的措施节能贡献率都是有限的，因此，在进行节能建筑围护结构设计时必须实事求是、科学地对待建筑节能工作，必须采取综合的，多方面的措施，才能经济地，有效地实现节能建筑的目标。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看