围护结构的节能设计

由 范文之家 分享时间：2023-11-20 08:37:12 加入收藏我要投稿点赞

围护结构的节能设计

第三节　围护结构的节能设计

一、墙体的节能设计

建筑物耗热量主要由通过围护结构的传热耗量构成，其数值占总耗热量的73%～77%。在传热耗热量中，外墙约占25%，楼梯间隔墙的传热耗热量约占15%，改善墙体的传热耗热将明显提高建筑的节能效果。单一材料的墙体，只有加气混凝土墙体(热桥部位还要进行保温处理)才能满足要求。鉴于这种情况，发展高效保温节能的复合墙体是墙体节能的根本出路，我国目前典型围护结构的传热系数见表3－11。

表3-11　我国目前典型围护结构的传热系数

1.节能墙体的类型

(1)墙体按其主体结构所用的材料分类。主要有加气混凝土墙体、黏土空心砖墙体、黏土(实心)砖墙体、混凝土空心砌块墙体、钢筋混凝土墙体、其他非黏土砖墙体等。

(2)墙体按其保温材料分类。可分为单一材料节能墙体、复合节能墙体。根据保温材料在墙体中的位置，这类墙体又可分为内保温墙体、外保温墙体和夹心保温墙体。目前常用的保温节能墙体的4种类型如图3－6所示。

图3－6　节能墙体的几种类型

(a)单一保温墙体(b)内保温墙体(c)外保温墙体(d)夹心保温墙体

所谓单一材料墙体即利用某种自身良好的热工性能及其他力学性能来完成结构和保温功能，它构造简单、施工方便。最常见的单一材料围护结构是砖墙，为了提高节能效果，同时减少实心黏砖的使用和节省建筑面积，目前多采用空心砌体。包括:①黏土多孔砖，多层住宅一般以砖混建筑为主导建筑体系，以黏土多孔砖为主导墙材。②混凝土空心块，外墙采用混凝土空心砌块作力承重材料，孔内填充保温材料，外墙内粉刷保温砂浆作保温处理。③加气混凝土砌块。加气混凝土制品墙体轻质高强、热工趋好，可使墙体大幅度减薄。④框架填充外墙。主要用于高层建筑，由于墙体仅作填充之用，可以选择轻质、保温隔热性能好的水泥炉渣轻质砌块、加气混凝土砌、大孔空心砖、各种轻质条板等。

随着对外墙体保温要求的提高，单一材料墙体无论在保温材料技术性能、结构及技术经济指标上都难以满足要求，需要采用复合墙体。复合墙体(Wall composed with insulation system)由基层和保温系统组合而成的墙体。基层(Substrate)是保温系统所依附的围护结构。保温系统(Insulation system)由保温层、保护层和固定材料(胶黏剂、锚固件等)构成并且适用于安装在基体表面的非承重保温构造总称。复合墙体保温材料的设置有外保温、内保温和夹芯保温等3种方式，即在围护结构的内、外两叶墙中夹某种高效保温材料，通过钢筋件使之拉成一体，或在某些墙体(黏土空心砖、混凝、小型空心砌块、钢筋混凝土剪力墙等)表面粘贴(挂)某种保温材料。与单一材料节能墙体相比，复合节能墙体由于采用了高效绝热材料而具有更好的热工性能，但其造价也要高得多。

任何一种保温墙体都不是几种材料的简单组合，其中涉及材料性能、设计、施工技术、配套材料等。由于我国各地墙体材料生产技术水平和地方墙体技术政策的差别，对于民用建筑，主要保温墙体为外保温墙体和内保温墙体。

2.外保温墙体

所谓外保温，即外墙外保温，是指在垂直外墙的外表面上建造保温层。因此，将高效保温材料置于墙体的外侧并覆以保护层墙体就是外保温墙体。此种外保温，对于外墙的保温效能增加明显。由于是从外侧保温，其构造必须能满足水密性、抗风压以及温湿度变化的要求，不至于产生裂缝，并能抵抗外界可能产生的碰撞作用，还能与相邻部位(如门窗洞口、穿墙管道等)之间以及在边角处、面层装饰等方面，均得到适当的处理。外保温技术，其保温方式最为直接，效果也最好，是住房与城乡建设部倡导推广的主要保温形式，是我国目前应用最多的一项建筑保温技术。它既可用于建筑外墙的改造，也可用于新建建筑墙体。

图3－7　外墙外保温构造示意图

(1)构造。外保温技术也分很多种，国内目前应用比较多的外保温方式主要有以下几种:一种是在施工完的墙面上粘贴聚苯乙烯泡沫塑料板，然后再做保护和装饰面层;另一种是将聚苯乙烯泡沫塑料板支在模板中，浇注完混凝土拆模后再做保护和装饰面层;还有一种是将聚苯乙烯泡沫塑料颗粒混在特殊的砂浆中，抹在外墙面上。构造如图3－7所示。①保温隔热层。采用导热系数小、质轻的高效保温材料，其导热系数一般小于0.05W/(m·K)。此外，保温材料的吸湿率、黏结性要好、抗冲击、抗老化。可采用的保温材料有:膨胀型聚苯乙烯板(EPS)、挤塑型聚苯烯板(XPS)、岩面板、玻璃棉毡以及超轻保温浆料等。其中以阻燃膨胀型聚苯乙烯板应用最为广泛。同时应注意，在实际应用中保温层的厚度应通过计算确定，以满足相关节能标准及规范要求。②保温固定系统。不同的外保温体系，采用的保温固定系统各有不同。有的将保温板黏结或钉固在基底上，有的为两者结合，以黏结为主，或以钉固为主。超轻保温浆料可直接涂抹在外墙外表面上。③表面覆盖层。保温板的表面覆盖层有不同的做法，薄面层一般为聚合物水泥胶浆抹面，厚面层则仍采用普通水泥砂浆抹面，有的则用在龙骨上吊挂薄板覆盖。④零配件与辅助材料。在外墙外保温体系中，在接缝处、边角部，还要使用一些零配件与辅助材料，如墙角、端头、角部使用的边角配件和螺栓、销钉等及密封膏，如丁基橡胶、硅膏等，根据各个体系的不同做法选用。

(2)外保温墙体应用特点。与其他保温技术相比，外墙外保温技的优势:①基本消除“热桥”的影响。“热桥”是指在内外墙交界处、构造柱、框架梁、门窗洞等部位形成散热的主要渠道。上述“热桥”对内保温和夹心保温而言，几乎难以避免，外保温既可防止“热桥”部位产生结露，又可消除“热桥”造成的热损失。在同样厚度下，外保温比内保温减少15%～20%的热损失，节约了能源。②改善墙体热工性能。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，室内的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。同时，由于蒸汽渗透性高的主体结构材料处于保温层内侧，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，故无须设置隔气层。③提高主体结构的使用寿命，减少长期的维修费用。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。事实证明，只要墙体和屋面保温隔热材料选材适当，厚度合理，外保温可以有效防止和减少墙体和屋面的温度变形，有效地消除常见的斜裂缝或“八”字裂缝。因此外保温有效地提高了主体结构的使用寿命，减少长期维修费用。④可减少保温材料用量，增加房屋使用面积。在达到同样的保温效果的前提下，采用外保温墙体可以节约保温材料的用量。据统计，与内保温相比，北京、沈阳、哈尔滨、兰州四地外保温建筑所使用的保温材料分别分省44%、48%、58%、45%。由于保温材料贴在墙体的外侧，其保温、隔热效果优于内保温和夹心保温，可使主体结构墙体减薄，从而增加使用面积。仍以北京、沈阳、哈尔滨、兰州四地为例，当主体结构为实心砖墙时，每户使用面积分别增加1.2m²、2.4m²、4.2m²、1.3m²，当主体墙为混凝土空心砌块时，每户使用面积分别可增加1.6m²、2.5m²、4.6m²、1.7m²，增加使用面积明显。⑤便于对建筑物进行装修改造，可以避免装修对保温层的破坏。在室内装修中，内保温层易遭破坏，外保温则可避免发生这种问题。在对旧建筑物进行节能改造时，采用外保温方式最大的优点是无需临时搬迁，基本不影响用户正常生活。⑥采用内保温的墙面上难以吊挂物件，甚至安装窗帘盒、散热器都相当困难。外保温则可以避免这些问题发生。当外墙必须进行装修加固时，加装外保温是最经济、最有利的时机。⑦相对于外墙内保温，外保温的综合经济效益很高。首先外墙外保温减少了保温材料的使用厚度，北京地区至少可以节省40%的保温材料用量;在进入装修阶段，内外墙可同时进行，工期短，施工速度快，节约人工费;保温效果好，可减少暖气散热器面积，减少长锅炉房建筑面积，减少总投资预算;延长建筑物的使用寿命，减少期维修费用，特别是由于外保温比内保温增加了使用面积近2%，综合效益十分显著。⑧适用范围广，技术含量高。外保温不仅适用寒冷地区的民用建筑及工业采暖建筑，也适用于温暖地区的制冷空调建筑，既可用于新建工程，更适合旧建筑物的节能改造工程。

外墙外保温技术的不足之处:①墙体外保温处理，在构造上比内保温复杂。保温层不能裸露在室外，需加保护层，外饰面比较难处理。②外保温比较适合住宅，规模较大的建筑如办公大楼，外保温效果不明显(住宅能判断外保温是否能提高房间的热稳定性，而大办公楼因内部有大量热容量很大的隔墙、柱、各种设备参与蓄热调节，外保温蓄热作用就不太显著了)。

3.外墙内保温墙体

外墙内保温即将高效保温材料置于外墙的内侧。从我国的保温系统应用来看，建筑保温系统约有70%的外保温系统，约25%的内保温系统。

(1)构造。①墙体结构层:为外围护结构的承重受力墙体部分，或框架结构的填充墙体部分。它可以是现浇或预制混凝土外墙、内浇外砌或砖混结构的外砖墙以及其他承重外墙(如承重多孔砖外墙)等。构造如图3－8所示。②空气层:切断液态水分的毛细渗透，防止保温材料受潮，同时外侧墙体结构层具有吸水能力，其内侧表面由于温度低而出现的冷凝水在空气层的阻挡下，被结构材料吸入的水分不断地向室外转移、散发。另外，空气间层还增加了热阻，造价比设置隔气层要低。③绝热材料层(如保温层、隔热层):针对墙体的主要功能部分，采用高效绝热材料(导热系数小)。④覆面保护层:防止保温层受破坏，同时在一定程度上阻止室内水蒸气侵入保温层。

图3－8　外墙内保温构造示意图

(2)内保温墙体应用特点。外墙内保温工程是将保温隔热系统置于外墙内侧，从而使建筑物结构分别处于两个温度场，建筑结构受热应力影响而始终处于不稳定的状态，使结构寿命缩短。在相同气候条件下，做内保温不仅比做外保温甚至比不做保温时外墙与内部结构墙体的温差更大。内保温节能墙体的应用特点如下:①施工方便，室内连续作业面不大，多为干作业施工，有利于提高施工效率、减轻劳动强度，同时保温层的施工可不受室外气候(如雨季、冬季)的影响。但施工中应注意避免保温材料受潮，同时要待外墙结构层达到正常干燥时再安装保温隔热层，还应保证结构层内侧吊挂件预留位置的准确和牢固。②保温隔热效果差。钢筋混凝土门、窗过梁、圈梁、柱、构造柱、支承在墙上的楼板等部位的冷(热)桥部位难以进行良好的保温处理。在温差大的地区或潮湿的房间内保温的保温层易受潮、结露而降低保温性能。③墙体或保温层易出现裂缝。外墙主体结构直接暴露在温差变化大、干湿变化大的大气环境中，由于外墙受到的温差大，墙体内表面应力变化大，易引起墙体或内保温层开裂。特别是保温板之间的裂缝尤为明显。实践证明，外墙内保温容易在下列部位引起开裂或产生“热桥”，如采用保温板的板缝部位、顶层建筑外墙沿屋面板的底部部位、两种不同材料在外墙同一表面的接缝部位、内外墙之间丁字墙部位以及外墙外侧的悬挑构件部位等。④不利于室内装修，包括重物钉挂困难;在安装空调、电话及其他装饰物等设施时尤其不便，而且对保温层的破坏也较大。⑤不利于既有建筑的节能改造。在对旧建筑物进行节能改造时，需要进行搬迁作业，影响用户的正常生活。

夏热冬暖地区、夏热冬冷地区外墙内保温的热桥及结露问题不及严寒地区及寒冷地区严重，内保温适用于夏热冬暖地区、夏热冬冷地区。

4.墙体节能设计要求

外墙体需要有一定的热阻和热惰性，以发挥保温、隔热和蓄热作用，减少波动，满足热舒适的基本要求。根据当地气候特点及建筑的使用性质，外墙可以采用的保温构造方案是多种多样的，保温外墙体设计要符合国家有关规范，不同地区、不同类型的建筑外墙体有最小传热阻的规定，其建议值是根据室内热舒适性或国家规的节能要求，通过计算而求的。外墙的热工性能指标包括外墙主体部位(即窗户、阳台、门、抗震柱、圈梁、窗过梁等除外的部位)的热惰性指标D值、热阻R、传热系数K，以及外墙的平均传热系数K _p。在进行节能设计时，可在相关规范中选择外墙种类、构造和保温层厚度，使所选择的外墙平均传热系数小于或等于规范中规定的限值，即为符合要求。规范中没有列入的外墙，设计人员可按有关书籍提供的方法计算外墙的平均传热系数，并使之小于或等于规范中规定的限值，即为符合要求。在计算外墙平均传热系数时，只需选择有代表性的外墙(例如带窗户1.5m×1.4m、开间为3.3m、层高为2.7m的檐墙)进行计算即可。常用的外墙外保温主要构造和热工参数见表3－12。

表3-12　外墙保温结构主要构造和热工参数

二、幕墙节能设计

幕墙(Curtain wall)是建筑物的外墙护围，不承重，像幕布一样挂上去，故又称为悬挂墙，是现代大型和高层建筑常用的带有装饰效果的轻质墙体。由结构框架与镶嵌板材组成，不承担主体结构载荷与作用的建筑围护结构。

建筑幕墙根据镶嵌材料分为透明幕墙与非透明幕墙。

透明幕墙，主要指玻璃幕墙，也可称为可视玻璃幕墙，主要包括单片玻璃、胶合玻璃、中空玻璃幕墙。透明幕墙按是否开放分为透明幕墙分为封闭式和开放式，如呼吸式幕墙(双层皮幕墙)。

非透明幕墙，也称为不可视幕墙，主要包括金属板材和非金属板幕墙。金属板幕墙主要包括单片铝板、复合铝板、铝塑板、不锈钢板、钛合金板、彩钢板。非金属板幕墙主要包括石材板、蜂巢复合板、千思板、陶瓷板、钙塑板、人造板、预铸造型水泥加工板。

随着我国经济的高速发展，以高强、轻质为特点的建筑幕墙被迅速应用于各个领域的建筑物中，但在幕墙的广泛使用在给人们带来许多好处的同时也产生了大量问题:大量的能源消耗，严重的光污染，室内空气卫生质量下降等，在节能和环保的可持续发展大趋势下，建筑幕墙急需解决的是节能。

1.透明玻璃幕墙节能设计

按照相关节能设计标准，其热工性能要求与窗相同，传热系数K值与遮阳系数SC值应根据其在外墙上所占的面积比例确定(见表3－8至表3－11)，透明玻璃越大，传热系数和遮阳系数要求越小，但是透明玻璃不得大于所在外墙的70%。

透明玻璃幕墙的热工性能还与玻璃空气层的厚度有关，一般中空玻璃空气层每增加3mm厚，降低传热系数0.2W/(m²·K)，但厚度层大于16mm由于空气对流影响，传热不会进一步下降，所以国外一般用15mm厚空气层的中空玻璃。玻璃的空气层中充惰性气体，保温效果更好，如12mm厚的Low－E中空玻璃空气层冲氩气，传热系数可由1.7W/(m²·K)降低至1.5W/(m²·K)。玻璃的热工参数见表3－13及表3－14。

遮阳系数是指玻璃的太阳能的总透过率与3mm厚的透明玻璃的太阳能的总透过率的比值，玻璃厚度每增加1mm厚，遮阳系数下降0.01～0.02，降低遮阳系数的方法很多，如采用着色玻璃、阳光控制镀膜玻璃和Low－E玻璃，玻璃的遮阳系数见表3－15。

表3-13　常用玻璃的热工性能

表3-14　中空玻璃的热学参数

表3-15　玻璃的遮阳系数

2.非透明幕墙节能设计

这类幕墙没有视觉通透要求，幕墙的热工性能要求与外墙相同，应按照实墙的传热系数K值≤1.0W/(m²·K)，在板材的背后衬以50～100mm保温聚苯板或保温岩棉，将此部分各构造层的热阻相加(包括结构梁或窗槛墙体的热阻)，完全可以达到要求。

3.双层皮幕墙技术

双层玻璃幕墙由内、外两层玻璃幕墙组成，外层幕墙一般采用隐框、明框和点式玻璃幕墙，内层幕墙一般采用明框幕墙或铝合金门窗。内外幕墙之间形成一个相对封闭的空间—通风间层，由于在两层皮之间留有一定宽度的空气间层，因而可在其中安置遮阳设施(如活动式百叶、固定式百叶或者其他阳光控制构件);通过利用幕墙上下部分的开口，空间内经常处于空气流动状态，热量在其间流动，形成热量缓冲层。同时，通过调整间层设置的遮阳百叶可以获得比普通建筑使用的内置百叶较好的遮阳效果。

双层皮幕墙种类繁多，根据夹层空腔的大小、通风口的位置、玻璃组合及遮阳材料等不同分为“整体式”、“箱体式”、“走廊式”、“垂直井格式”。根据通风方式的不同进行，分为外循环式和内循环式两种。

(1)整体式。幕墙空间既不做水平分隔，也不做竖向分隔。空气从底部进入，从顶部排出，气流方向为从底部到顶部。它结构简单，隔音效果好，是双层幕墙中最简单的一种方式。

(2)走廊式。腔体按一层或几层楼高做水平分割，但仍然保持腔体和楼内空间拥有良好的自然通风，但有可能导致上、下楼层之间的隔声效果差。

(3)箱体式。以特定的幕墙分格为单位，形成不同的箱体。每个箱体都设置开启扇，水平及垂直都有分隔，每个箱体都能完成换气功能。

(4)垂直井格式。由一个垂直的竖井把井格式系统连接起来，从而发挥较好的保温、通风和隔声性能，既提高了幕墙的通风性能，也减少了外层幕墙的风口数量。

(5)外循环式通风幕墙。分为自然循环外循环式通风幕墙和机械通风外循环式通风幕墙。

图3－9　通风幕墙的工作原理

外循环自然通风幕墙:利用夹层空气吸收太阳辐射热后形成的烟囱效应，驱动夹层空间与室外进行换气，实现空气从下部进风口进入、从上部排风口排出;内层幕墙一般由保温性能良好的玻璃幕墙组成，主要起到冬季保温，夏季隔热的作用。而外层幕墙通常为单层玻璃幕墙，主要起到防护的作用，保护夹层内的遮阳装置不受室外恶劣气候的损坏，同时设置在外层立面的开口可以调节夹层的通风。为了获得较好的自然通风效果，其夹层的宽度一般不小于400mm。

外循环机械通风幕墙:为了减少幕墙结构对建筑面积的占用而缩小两层幕墙之间的间距，夹层间距一般小于200mm，由于夹层较窄，加上夹层百叶的设置，使得夹层通道的流动阻力增大，当夹层有效通风宽度小于100mm时，单纯依靠烟囱效应进行通风已经不可行，这时需要采用辅助机械通风的方式来强化夹层的通风，一般通风量不宜小于100m³/h。考虑到增加通风量直接影响风机能耗，因此存在一个最佳的机械通风量范围。

(6)内循环机械通风幕墙。内循环幕墙主要为内循环机械通风幕墙，它把保温性能好的幕墙设置在外层，而内层幕墙为普通单层玻璃。它主要是依靠机械通风的方式将室内的空气抽进夹层，利用温度相对较低的室内空气来冷却吸收太阳辐射后升温的夹层，减少太阳辐射得热。对于内循环式机械通风幕墙，适当减少机械通风量和提高通风启动温度可以节省电耗，不会增加房间负荷和装机容量。

相较于单层幕墙，双层幕墙具有良好的保温性、隔热性，节能效果好，双层幕墙采暖节能可达到40%～50%，制冷节能可达到40%～60%;此外，双层幕墙还具有通风效果好，室内环境舒适、卫生，具有良好的整体隔声性能的特点。但双层幕墙一次性投资较大，技术难度大，设计复杂，浪费建筑面积，采用双层幕墙的建筑将使建筑面积损失2.5%～3.5%。

三、门、窗节能设计

1.门窗建筑节能意义

在建筑围护结构的门窗、墙体、屋面、地面等围护部件中，门窗的绝热性能最差，详见表3－5，通过门窗的能耗约为墙体的4倍、屋面的5倍、地面的20多倍，占建筑围护部件总能耗的40%～50%。据统计，冬季供热因单层玻璃窗造成的热量损失占总热负荷的30%～50%;在夏季中，因太阳辐射热透过单层玻璃窗射入室内而需消耗的冷量占总空调负荷的20%～30%。因此，门窗是影响建筑节能的主要因素之一。然而，建筑门窗承担着隔绝与沟通室内外两种环境的任务，要求它不仅具有良好的绝热性能，同时还应具有良好的采光、通风等功能。因此，从建筑节能的角度看，建筑门窗不仅是能耗大的构件，也是得热构件，即通过太阳光透射入室内而获得太阳热能。所以，应该根据当地的建筑气候条件功能要求以及其他围护部件的情况等因素来选择适当的门窗材料、窗型和相应的节能技术，这样才能取得良好的节能效果。

2.门窗节能设计措施

门窗主要节能措施有:①提高保温能力，减少传热量。②提高气密性，减少空气渗透量。③控制窗墙面积比。

(1)提高门窗保温性能。提高外门窗的保温能力一方面应改善门窗框保温性能，另一方面应改善玻璃部分的保温性能。

在框料方面，为了克服金属门窗框带来的保温缺陷，可选用塑钢门窗框或热断桥，以提高保温效果。常用的绝热窗框包括塑料门窗和断热桥型铝合金窗框。塑料门窗作为我国继木制门窗、钢门窗和铝合金门窗之后的第四代门窗，塑料窗的传热系数低、保温隔热性能好、抗腐蚀性及阻燃性好、寿命长，不易变形，且美观易清洁。同时，为了增强塑料门窗的抗老化能力及增大塑料门窗的刚度和抗风强度，在原料中加入紫外线吸收剂，在塑料空腔内衬金属加强筋，成为塑钢门窗。气密性方面，塑料门窗的异型材为中空，门窗框各接缝处搭接紧密而且都有弹性密封条，气密性和水密性好。

在门窗镶嵌材料方面，可以采用热反射玻璃、吸热玻璃及低辐射玻璃等节能玻璃代替普通玻璃，这样能够大大提高门窗保温性能。同时，还可以采用由各种特性不同的玻璃组成的双层玻璃和中空玻璃来代替单层玻璃，以提高窗户的保温性能。此外，为了提高外门窗的保温能力，还可以通过增加门窗扇层数或玻璃层数来实现。如双层门、双层窗，单框双玻璃窗、单层加单框双玻璃窗，都可以利用增加空气间层来改善窗的热阻。需要说明的是，近年来国内外使用单层窗扇上安装双层玻璃，中间形成良好密封空气层的新型窗户的建筑日益增多。为了与传统的“双层窗”相区别，我们称这种窗为“单框双玻璃窗”。单框双玻璃窗的空气间层厚度以20～30mm为最好，此时传热系数较小。当厚度小于10mm时，传热系数迅速变大;大于30mm时，则造价提高，而保温能力并不能提高很多。

为了提高外门的保温性能，外门应采用轻质高效保温材料，如聚苯板、岩棉板、玻璃棉等作填充材料，以满足对传热系数限值的要求。对于节能建筑，阳台门宜采用塑料门窗，住宅进户门一般采用钢制保温外门。门的内、外表面均为金属板，中间填充4cm左右的矿渣棉、岩棉毡、玻璃棉或聚苯乙烯泡沫板，以降低传热系数。几种常用外门窗性能见表3－16至表3－18。

表3-16　窗户的传热系数

表3-17　门的传热阻和传热系数

表3-18　外窗、阳台门和天窗层数

(2)提高门窗的气密性。建筑气密性能(Air permeability performance)是指外门窗在正常关闭状态时，阻止空气渗透的能力，是表征窗户节能的重要性能指标之一。由于窗户在框与扇、扇与扇、扇框与镶嵌材料之间都存在缝隙，如不加以密封，空气就会自由通过这些缝隙，产生能量损失。根据计算，房间换气次数由0.7次/h，降为0.4次/h，建筑耗热量可降低10%左右。因此，提高窗户的气密性是降低门窗能耗的重要方法。

建筑气密性能是依据窗户的气密性分级来进行衡量的。气密性能分级指标采用在标准状态下，压力差为10Pa时的单位开启缝长空气渗透量q₁和单位面积空气渗透量q₂作为分级指标。国家标准《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》(GB/T 7106—2008)对建筑外门窗气密性能进行了分级。分级指标绝对值q₂、q₂的分级参见表3－19。

表3-19　建筑外门窗气密性能分级表

为了提高窗户的气密性，降低门窗能耗，《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》(JGJ 75—2003)、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ 134—2010)、《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ26—2010)、《公共建筑节能设计标准》(GB 50189—2005)等建筑节能标准，对不同地区不同性质的建筑的气密性要求给出了相应的规定，建筑的气密性不应大于规定限值。在设计中，应依据相关节能规范选取，见表3－20。

表3-20　节能标准对外门窗气密性要求

据测试表明，推拉铝窗或平开铝窗的气密性优于木框和钢窗，而彩色涂层镀锌钢板节能型门窗变形小，缝隙严密，气密性更好。玻璃窗与窗框之间打密封胶可以减少因冷风渗透引起的热损失，提高室温，减少玻璃结露。

(3)控制窗墙面积比。控制窗墙面积比即在保证室内采光的前提下，确定合理的窗墙比，减少窗户面积。节能标准对窗墙面积比的限值做出了详细的规定，详见前面表3－8至表3－10。同时，在节能新标准中还将北向窗户的窗墙面积比由原来的0.20改为0.25，见表3－21。其主要原因是:原来的窗墙面积比0.20，窗户面积约为1.2m×1.4m。

表3-21　节能标准对窗墙面积比的规定

这样大小的窗户对于北向面积稍大一些的房间来说常嫌太小，实践中常被突破，此外，由于新标准中围护结构的保温水平已有较大幅度的提高，寒冷地区一般也将采用双玻璃，因此，北向窗户开大一些也是合理的。

四、屋顶节能设计

屋顶作为建筑物的外围护结构之一，在围护结构传热中屋面传热占总热量的6%～10%，仅次于外墙(25%～30%)和门窗(25%)，同时，屋顶作为一种建筑物外围护结构所造成的室内外温差传热耗热量，大于任何一面外墙或地面的耗热量。因此屋顶的保温、隔热是围护结构节能的重点之一。

1.常用保温节能屋面

目前常用的保温节能屋面主要有正置式保温屋面、倒置式保温屋面、通风隔热屋面、蓄水隔热屋面、种植隔热屋面及反射隔热屋面。

(1)正置式保温屋面。正置式保温屋面是将保温层设在结构层之上、防水层之下而形成封闭式保温层，见图3－10。这种屋面保温形式是把保温材料做在屋顶楼板的外侧，让屋顶的楼板受到保温层的保护而不至受到过大的温度应力。整个屋顶的热工性能能够得到保证，能够有效避免屋顶构造层内部的冷凝和结冻。屋面可上人使用。构造做法:通常做法是在楼板上设置绝热材料，在绝热材料外侧设置防水层和保护层。保温材料的厚度通过热工计算后应符合所在建筑热工分区的节能设计标准。

图3－10　正置式保温屋面构造示意图

按照民用建筑节能设计标准和民用建筑热工设计规范的要求确定的屋顶隔热层，应能够保证冬季屋顶内表面温度和室内采暖环境温度的差值小于4℃。

(2)倒置式保温屋面。所谓倒置式保温屋面，就是将传统屋面构造中的保温层与防水层颠倒，把保温层放在防水层的上面，防水层做在保温层和楼板的界面上，保温层上部的保护层有良好的透水和透气性能，如图3－11所示。这种屋面构造仍属于屋面外保温和屋面外隔热形式，能有效地避免内部结露，也使防水层得到很好的保护，有效延长防水层使用年限，屋面构造的耐久性也得到提高，施工简单，易于翻修。但对保温材料的拒水性能有较高的要求，保温材料选择时应以保温材料木身绝热性能受雨水浸泡影响最小为原则。主要保温材料有泡沫玻璃、挤塑型聚苯乙烯泡沫板、聚乙烯泡沫板、沥青膨胀珍珠岩等，而且在保温隔热层上应用混凝土、水泥砂浆或干铺卵石做保护层，以免保温隔热材料受到破坏。保护层采用混凝土板或地砖等材料时，可用水泥砂浆铺砌;以卵石做保护层时，在卵石与保温隔热材料层间铺一层耐穿刺且耐久性、防腐性能好的纤维织物。倒置式保温屋面宜用于通风较好的建筑，严寒地区不宜采用。

图3－11　倒置式保温屋面构造示意图

(3)通风屋面。通风屋顶是在屋顶上设置通风层，利用流动的空气带走热量。通风屋顶的工作原理，一种是利用屋顶受太阳辐射产生的对空气的加热作用，形成热压通风降温，将屋顶吸收的太阳辐射热带走，防止辐射热聚集，避免向室内传递;另一种是利用夏季主导风向的风压，导入屋顶通风间层，将屋顶吸收的太阳辐射热带走。通风屋面和实砌屋面相比虽然二者的热阻相等，由于屋盖由实体结构变为带有封闭或通风的空气间层的结构，但热工性能有很大的不同，通风屋顶具有隔热好、散热快的特点。同时通风屋顶还具有省料、质轻、材料层少、防雨、防漏、经济、易维修等特点。通风屋顶在我国夏热冬冷地区和夏热冬暖地区广泛地采用。

(4)蓄水隔热屋面。蓄水屋面就是在刚性防水屋面上蓄一层水，其目的是利用水蒸发时，带走大量水层中的热量，大量消耗晒到屋面的太阳辐射热，从而有效地减弱了屋面的传热量和降低屋面温度，达到降温隔热的目的。同时由于屋面上蓄上一定厚度的水，增大了屋面的热惰性及热阻，因此可以降低屋顶内表面的温度。

要设计一个隔热性能好，又节能的蓄水屋面，必须对它的传热特性进行动态分析和计算，以确定合适的蓄水深度。一般说来水深300～600mm较适宜。蓄水深度超过一定程度则降温效果不明显，且蓄水过深，使屋面静荷载增加，将会增加结构设计难度。蓄水屋面还应注意屋面的防水性能，如果其防水处理不当，还可能漏水、渗水。

(5)种植隔热屋面。在屋顶上种植植物，利用植被的蒸腾和光合作用，吸收太阳辐射热，从而达到降温隔热的目的。夏热冬冷地区和华南等地，种植屋面应用很普遍。

植物物种的选择是种植屋面设计的关键，良好的物种选择和搭配能够提高物种存活率，形成免维护的种植屋面，减少人工灌溉、施肥等方面的维持费用。据实践经验，植被屋顶的隔热性能与植被覆盖密度、培植基础质(蛭石或木屑)的厚度和基层的构造等因素有关，还可种植红薯、蔬菜或其他农作物。但培植基质较厚，所需水肥较多，需经常管理。

种植屋面对防水和荷载的要求比普通屋面高，需要在设计中作特别的处理。在屋顶构造上既要有利于植物生长和涵养水源，又要保证屋顶的排水功能，特别是坡屋顶建筑的排水，还要有利于降低自重。

(6)反射降温屋面。利用材料的颜色和光滑度对热辐射的反射作用，它通过对普通屋顶涂上浅色的、高反射率的涂料，将一部分热量反射回去，提高屋顶的日射反射率，减少太阳热量的吸收，从而达到降温的目的。例如采用浅色的砾石、混凝土做面，或在屋面上涂刷白色涂料，对隔热降温都有一定的效果。如果在吊顶棚通风隔热的顶棚基层中加铺一层铝箔纸板，利用第二次反射作用，其隔热效果将会进一步提高。

2.屋面的热工性能

屋面的热工性能指标主要包括:热惰性指标D值、热阻R、传热系数K。保温屋顶设计需要兼顾考虑冬季保温和夏季隔热，寒冷地区屋顶应设保温层，以阻止室内热量散失;夏热冬暖地区屋顶设置隔热降温层以阻止太阳的辐射热传至室内;而在夏热冬冷地区，建筑节能则要冬、夏兼顾。保温隔热屋面在设计上应遵照以下设计原则。

(1)屋面保温层形式，应根据建筑物的使用要求、屋面的结构形式、环境气候条件、防水处理方法和施工条件等因素，经技术经济比较确定。

(2)选用重量轻、力学性能好、导热系数小的保温材料，以满足最小传热热阻、防止屋面荷载过大。

(3)选用蓄热系数大的保温材料，增加保温层的热惰性，保证室内热稳定性，减小热振幅，避免室温忽高忽低。

(4)屋面保温隔热材料不宜选用吸水率较高的材料，以防止屋面湿作业时，保温隔热层大量吸水，降低热工性能。如果选用吸水率较高的热绝缘材料，屋面上应设置排气孔，以排出保温隔热材料层内不易排出的水分。排气孔设置方法见图3－12。