二级注册建筑师建筑构造：墙体的节能设计讲义

二级注册建筑师建筑构造：墙体的节能设计讲义

在使用中为满足建筑对热工环境舒适性的要求会带来一定的能耗,从节能的角度出 发,也为了降低建筑长期的运营费用,作为围护结构的外墙要具有良好的热稳定性,使室内温度环境在外界环境气温变化的情况下保持相对的稳定,减少对空调和采暖设备的依赖。

炎热地区夏季太阳辐射强烈,室外热量通过外墙传入室内,使室内温度升高,产生过 热现象。外墙应具有足够的隔热能力。在设计中可以通过选用热阻大、重量大的外墙材 料,例如砖墙、土墙等,以减少外墙内表面的温度波动;也可以在外墙表面选用光滑、平 整、浅色的材料,以增加对太阳的反射能力。

因此,公共建筑和居住建筑设计均应满足公共建筑节能设计标准和居住建筑节能设计 标准(包括采暖居住建筑、夏热冬冷地区居住建筑、夏热冬暖地区居住建筑)。

(一)公共建筑节能设计

按照公共建筑节能设计标准(GB 50189-2005)进行设计,公共建筑的气候分区为严寒地区A区,严寒拌区B区,寒冷地区,夏热冬冷地区,夏热冬暖地区共5个区。 严寒、寒冷地区建筑的体形系数应小于或等于0.4,当不能满足时,必须按该标准进 行权衡判断。

外墙(包括非透明幕墙)传热系数限值W/(m2 · K):

严寒地区A区≤0.45(体形系数<0.3), ≤0.40(0.3<体形系数<0.40);

严寒地区B区<0.50(体形系数<0.5), ≤0.45(0.3<体形系数<0.40);

寒冷地区<0.60(体形系数<0.5), ≤0.50(0.3<体形系数<0.40);

夏热冬冷地区<1. 0;

夏热冬暖地区<1. 50

外窗的传热系数则根据窗墙面积比的不同而各不相同。

(二)采暖居住建筑节能设计

我国严寒和寒冷地区为采暖地区,目前执行《民用建筑节能设计标准》(采暖居住建 筑部分JGJ 26--95)和《既有采暖居住建筑节能改造技术规程》(JGJ 129-2000, J 682001)进行建筑节能设计。

1.建筑物朝向宜采用南北向或接近南北向,主要房间宜避开冬季主导风向。

2.建筑物体形系数宜控制在0.30及0.30以下;若体形系数大于0. 30,则屋顶和外墙应加强保温。

3.既有采暖居住建筑,当其建筑物能耗热量指标、围护结构的保温和门窗气密性等 不能满足《民用建筑节能设计标准》(采暖居住建筑部分JGJ 26-95)的要求时,应进行 节能改造。旅馆、招待所、托幼建筑、集体宿舍等属公共采暖居住建筑,当其围护结构的 保温性能不能达到当地采暖住宅建筑相应的要求时,也应予以改造。

4.对墙体进行内、外保温改造时,应优先选用外保温技术。墙体改造前必须进行设计计算,主要内容包括:外墙平均传热系数的计算;所用保温材料的厚度计算;墙体改造的构造措施及节点设计。

提高建筑外墙的保温能力,主要是要提高墙体阻止热量传出的能力和防止在墙体表面 和内部产生凝结水的能力两大方面。寒冷地区冬季室内温度高于室外,热量从高温一侧向 低温一侧传递。为了减少热损失,可以从以下几个方面采取措施。

(1)通过对材料的选择,提高外墙保温能力以减少热损失。

第一,增加外墙厚度,使传热过程延缓,达到保温目的。以北方地区砖墙为例,因保温要求,一般可由一砖墙增加到一砖半墙。第二,选用孔隙率高、重量轻的材料做外墙, 如加气混凝土等。这些材料导热系数小,保温效果好,但是强度不高,不能承受较大的荷 载,一般用于框架填充墙等。第三,采用多种材料的组合墙,形成保温构造系统解决保温 和承重双重问题。外贴保温材料,以布置在国护结构靠低温的一侧为好,而将外观密度 大,其蓄热系数也大的材料布置在靠高温的一侧为佳。外墙保温系统根据保温材料与承重 材料的位置关系,有外墙外保温、外墙内保温和夹芯保温几种方式,目前应用较多的保温 材料为EPS(模塑聚苯乙烯泡沫塑料)板或颗粒,此外,岩棉、膨胀珍珠岩、加气混凝土 等也是可供选择的保温材料。

(2)防止外墙中出现凝结水。

人们为了避免采暖建筑热损失,冬季通常是门窗紧闭,但生活用水及人的呼吸使室内 湿度增高,形成高温高湿的室内环境。温度越高,空气中含的水蒸气越多。当室内热空气 传至外墙时,墙体内的温度较低,蒸汽在墙内形成凝结水,水的导热系数较大,因此就使 外墙的保温能力明显降低。为了避免这种情况产生,应在靠室内高温一侧,设置隔蒸汽 层,阻止水蒸气进入墙体。隔蒸汽层常用卷材、防水涂料或薄膜等材料。

(3)防止外墙出现空气渗透。

墙体材料一般都不够密实,有很多微小的孔洞。墙体上设置的门窗等构件,因安装不 严密或材料收缩等,会产生一些贯通性缝隙。由于这些孔洞和缝隙的存在,冬季室外风的 压力使冷空气从迎风墙面渗透到室内,而室内外有温差,室内热空气从内墙渗透到室外, 所以风压及热压使外墙出现了空气渗透。为了防止外墙出现空气渗透,一般采取以下措施:选择密实度高的墙体材料,墙体内外加抹灰层,加强构件间的缝隙处理等。

(4)采用具有复合空腔构造的外墙形式,使墙体根据需要具有热工调节性能。 近年来在公共建筑中各种多层组合外墙以及利用太阳能的被动式太阳房集热墙等逐步有了运用,此外,还可以利用遮阳、百叶和引导空气流通的各种开口设置来强化外墙体系的热工调节能力。

(三)夏热冬冷地区居住建筑节能设计

我国夏热冬冷地区目前执行《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ 1342001, J 116-2001)进行建筑节能设计。

1.建筑群的规划布置、建筑物的平面布置应有利于自然通风。

2.建筑物的朝向宜采用南北向或接近南北向。

3.条式建筑物体形系数不应超过0.35,点式建筑物体形系数不应超过0.40。

(四)夏热冬暖地区居住建筑节能设计

我国夏热冬暖地区目前执行《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》(JG] 75-2003, J 275-2003)进行建筑节能设计。夏热冬暖地区划分为南北两个区,北区的建筑节能设计应主要考虑夏季空调,兼顾冬季采暖。南区内建筑节能设计应考虑夏季空调,可不考虑冬 季采暖。居住建筑通过节能建筑设计后,在保证相同的室内热环境的前提下,与未采取节 能措施前相比,全年空调和采暖总能耗应减少50%。

1.一般规定

(1)居住区的总体规划和居住建筑的平面、剖面设计应有利于自然通风。

(2)建筑物的朝向宜采用南北向或接近南北向。

(3)北区内,单元式、通廊式住宅的体形系数不宜超过0.35,塔式住宅的体形系数不 宜超过0.40。

2.构造措施

外墙宜采用浅色饰面(如浅色粉刷、涂层和面砖等) ,东、西外墙采用花格构件或爬藤 植物遮阳。