建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的探討論文
摘要：近幾年隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)放緩，國(guó)家越來(lái)越重視資源和能源問(wèn)題。當(dāng)前建筑耗能問(wèn)題嚴(yán)峻，已經(jīng)給我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)造成了巨大的負(fù)擔(dān)，而且也成為當(dāng)前影響我國(guó)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要原因。而住宅建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)會(huì)直接影響到建筑的節(jié)能性，可喜的是我國(guó)當(dāng)前建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)和施工技術(shù)越來(lái)越成熟，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)也逐漸向節(jié)能需求靠攏。為此我們結(jié)合具體工程案例，分析如何進(jìn)行建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)和施工。
關(guān)鍵詞：外圍護(hù)結(jié)構(gòu)；節(jié)能技術(shù)；施工技術(shù)；隔熱保溫
0、引言
日益增長(zhǎng)的人口與資源和能源之間的矛盾是人類(lèi)社會(huì)最基本的問(wèn)題，無(wú)形中也影響了環(huán)境和生態(tài)的穩(wěn)定，人們也越來(lái)越認(rèn)識(shí)到節(jié)能的重要價(jià)值。近幾年我國(guó)建筑業(yè)發(fā)展迅速，建筑耗能問(wèn)題不但加重，也讓我們不得不考慮建筑節(jié)能的措施。而建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)是建筑的重要組成部分，主要包含了外墻、屋面、門(mén)窗、地面等，這些結(jié)構(gòu)的材料選擇、隔熱保溫等都影響著建筑的耗能，如果建筑保溫水平無(wú)法滿(mǎn)足外圍結(jié)構(gòu)的要求，那么在冬天需要供暖的建筑中自然會(huì)增加耗能。因此對(duì)建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)和優(yōu)化就有著非常重要的意義，為此我們以某大廈的節(jié)能改造項(xiàng)目為案例分析建筑外圍結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的有關(guān)問(wèn)題。
1、工程施工概況
該大廈為上世紀(jì)九十年代設(shè)計(jì)建設(shè)的高層辦公建筑，是比較大型的公共建筑。該建筑的結(jié)構(gòu)類(lèi)型為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，總建筑面積為43655.38m2，其中地下部分為4480m2，地上部分為為39175.3m2地上26層，地下2層，總高為80.0m。建筑室內(nèi)地坪為±0.000，相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高52.90m，室內(nèi)外高差1.60m。
2、節(jié)能改造調(diào)研分析
2.1外墻
該大廈的外墻分為兩個(gè)部分，包含了外墻的周邊熱橋部分與外墻的主體部分。其的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1所示，其中FP為外墻周邊的熱橋部分，而FB則為外墻的主體部分。其外墻主體部位的構(gòu)造做法見(jiàn)圖2所示。按照我國(guó)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)該建筑的外墻構(gòu)造和熱工性能進(jìn)行了分析，計(jì)算公式如下：Km=（AKP+BKB）=1.91W（/m2K）其中，Km為外墻體的平均傳熱系數(shù)，《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)其有明確的規(guī)定，規(guī)定外墻平均傳熱系數(shù)（Km）為外墻主體部位傳熱系數(shù)與熱橋部位傳熱系數(shù)按照面積的加權(quán)平均值。由于該建筑為框架剪力墻建筑，為此外墻的周邊熱橋部分與外墻的主體部分的面積比值選擇了0.45和0.55，帶入計(jì)算得出結(jié)果。
2.2屋頂
該建筑改造前的屋頂為采用彩色劈離磚作面層的上人屋面，彩色劈離磚面層經(jīng)歷多年的使用和環(huán)境影響，局部已經(jīng)出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的磨損現(xiàn)象。其而由于多年使用，出現(xiàn)了一定的滲漏現(xiàn)象，其基本的構(gòu)造做法如圖3所示。從上到下按照其厚度以及材料分別調(diào)查并記錄其導(dǎo)熱系數(shù)和修正系數(shù)，得出其傳熱系數(shù)。2.3外窗建筑采用了以淺綠色為主的鋁合金框單層玻璃窗，整體的形式呈現(xiàn)出帶形，并在建筑的外墻表面均勻分布。我們結(jié)合鋁合金窗戶(hù)的傳熱系數(shù)計(jì)算，可知鋁合金窗戶(hù)有著非常大的導(dǎo)熱系數(shù)和傳熱系數(shù)，其傳熱系數(shù)約為6.22W（/m2K）。而玻璃則采用了單片玻璃，單片玻璃是傳統(tǒng)建筑中應(yīng)用較多的玻璃，這種玻璃同樣傳熱系數(shù)很大，一般為6.18（/m2K）左右。因此可以得知該建筑的外窗有著非常差的保溫性能。
3、節(jié)能改造方案分析
3.1外墻保溫設(shè)計(jì)
既有高層辦公建筑外墻節(jié)能改造可選擇的保溫方式有內(nèi)保溫和外保溫，既定建筑不考慮夾芯保溫措施。其中外墻內(nèi)保溫主要的措施是在外墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)部添加保溫層，當(dāng)前主要的`施工方式有三種分別為：首先將預(yù)制的保溫板內(nèi)貼，常見(jiàn)的有聚合物砂漿類(lèi)、增強(qiáng)石膏類(lèi)、水泥類(lèi)等；在墻上內(nèi)貼聚苯板、粉刷石膏等作為面層等；在內(nèi)部的基層墻上涂抹膠粉聚苯顆粒，并用抗裂砂漿面層，使用玻纖網(wǎng)格增強(qiáng)。此類(lèi)施工相對(duì)來(lái)說(shuō)步驟和工藝簡(jiǎn)單，工程造價(jià)也較低，而且施工的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)也相對(duì)來(lái)說(shuō)較為成熟和標(biāo)準(zhǔn)化。外墻外保溫將保溫層設(shè)置在外墻外面，一般包含了保溫層、保護(hù)層和固定材料三個(gè)部分。保溫效果更好，熱工性能高，而且綜合來(lái)說(shuō)投資更低；施工不僅僅適用于新建的建筑，同樣也能夠應(yīng)用于舊樓改造中，有著更好的適用范圍；保溫層主要在鋪設(shè)在主題結(jié)構(gòu)的外側(cè)，因此還能在一定程度上提高主題結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而提高建筑物的使用壽命；基本不存在熱橋和冷橋的問(wèn)題，并且也很大程度上消除了結(jié)露和霉變的問(wèn)題，后期補(bǔ)修施工方便。綜合分析，該建筑施工不能影響正常辦公，因此選擇外墻外保溫，便于施工（施工簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖4）。圖4外墻外保溫施工簡(jiǎn)圖基層墻體膠粘劑粘結(jié)點(diǎn)聚苯板保溫層聚合物抗裂砂漿（壓入耐堿涂塑玻纖網(wǎng)格布）飾面基層涂料飾面準(zhǔn)8膨脹螺絲（或?qū)Ｓ蒙溽敚?/p>
3.2外窗保溫改造設(shè)計(jì)
在玻璃結(jié)構(gòu)的門(mén)窗或者墻體中，玻璃的面積大小和框體材料是主要考慮的問(wèn)題，并且直接影響了玻璃幕墻和門(mén)窗的傳熱大小，因此合理的選擇材料以及設(shè)計(jì)是核心問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)玻璃幕墻隔熱保溫的措施主要以下幾個(gè)方面：熱反射玻璃、鍍膜玻璃、LOW-E玻璃、中空玻璃等特殊的玻璃材料。對(duì)于既定建筑來(lái)說(shuō)玻璃材料的選擇還要考慮到其外窗結(jié)構(gòu)，結(jié)合該建筑的干掛鋁塑板，我們采用了明框玻璃幕墻。該玻璃幕墻的傳熱系數(shù)為1.88W（/m2K），其中玻璃采用6mm+lZA+6mm鋼化中空低輻射玻璃，對(duì)建筑的安全保溫隔熱等起到關(guān)鍵性作用；窗框選用斷橋鋁合金型，采用隔熱墊和膠條密封，提高了窗框的熱工性能。這種采用中空玻璃與斷橋鋁合金型材相結(jié)合的窗戶(hù)保證了窗戶(hù)整體較好的保溫性能。
3.3屋頂節(jié)能設(shè)計(jì)
屋頂在整個(gè)建筑的外圍結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差熱耗熱量的傳遞中有著至關(guān)重要的效果，一般來(lái)說(shuō)大于多數(shù)外墻和地面的耗熱量。尤其是在一般的民用建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，屋頂本身所占的表面積比也很大，能耗大約可以占到總量的8%-10%。由于是城市高層建筑，為此綜合分析采用了倒置式屋面設(shè)計(jì)，但是倒置式屋面最大的特點(diǎn)就是將防水層和保溫層顛倒，不僅有著良好的保溫性，還能夠減少屋面負(fù)荷、工藝難度低、施工簡(jiǎn)單等（倒置式屋面構(gòu)造形式簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖5）。
4、改造后能耗對(duì)比分析
模擬計(jì)算所得出的建筑能耗值為該建筑在運(yùn)行時(shí)采暖、空調(diào)所耗的能耗值，這些能耗在建筑使用過(guò)程中一直發(fā)生。冬季能耗使用全年累計(jì)熱負(fù)荷指標(biāo)，單位是kWh/m2。夏季能耗用全年累計(jì)冷負(fù)荷指標(biāo)，單位是kWh/m2，全年能耗為采暖與空調(diào)年耗電量之和。改造前后的能耗對(duì)比見(jiàn)表1所示。5結(jié)語(yǔ)總之建筑的維護(hù)結(jié)構(gòu)是最受外界環(huán)境影響的部分，其節(jié)能效果直接反應(yīng)著整個(gè)建筑的節(jié)能情況，我們以大廈的節(jié)能改造工程為例進(jìn)行了詳細(xì)的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)，并對(duì)其中的施工問(wèn)題進(jìn)行了討論，經(jīng)過(guò)耗能對(duì)比發(fā)現(xiàn)，建筑節(jié)能效率大大提升。隨著我國(guó)對(duì)節(jié)能減排的重視，以及新型材料的不斷進(jìn)步，建筑外圍結(jié)構(gòu)的節(jié)能保溫技術(shù)也將日益完善。
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