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(山西建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006)

引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源匱乏及環(huán)境污染已成為許多行業(yè)亟需解決的問題。作為能源消耗的大戶，建筑行業(yè)節(jié)能技術(shù)的研究也越來越受到科研人員的重視。目前，建筑節(jié)能技術(shù)可分為兩大類，一類是發(fā)展新型可再生能源取代傳統(tǒng)化石能源為建筑供能，相比于風(fēng)能、地?zé)崮?、潮汐能等其他可再生能源，太陽能可直接被設(shè)置于房屋建筑的裝置收集并加以應(yīng)用，所以在建筑節(jié)能方面具有很大潛力。在建筑中應(yīng)用較為成熟的太陽能節(jié)能形式主要有太陽能熱水器，由于太陽輻射的穩(wěn)定性差，主要應(yīng)用于戶用太陽能熱水器，規(guī)模一般較小，因而使其應(yīng)用受到了限制。近年來，隨著綠色建筑概念的提出，關(guān)于主動(dòng)式和被動(dòng)式太陽能建筑的研究也層出不窮，但由于技術(shù)尚不夠成熟、造價(jià)較高等原因，一直未能在普通高層建筑中推廣應(yīng)用。

另一類建筑節(jié)能技術(shù)是提高能源利用效率，降低建筑能耗。隨著近些年房地產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，城市建筑的數(shù)量急速增長，因而改進(jìn)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和耗能設(shè)備的性能，從源頭上減少能源消耗顯得尤為重要。為此，國家出臺(tái)了建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)新建建筑和既有建筑節(jié)能改造的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和耗能設(shè)備的性能參數(shù)作了強(qiáng)制性規(guī)定。在建筑能源消耗中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損耗占比較大，因此通過改善建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能，提高其傳熱熱阻，可有效減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損耗，從而達(dá)到降低建筑能耗的目的。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損耗較大的部位包括外墻、外窗和屋面。

1 外墻保溫節(jié)能技術(shù)

外墻是建筑的主要熱損失構(gòu)件，其面積占建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)總面積的比例較大，因此，發(fā)展外墻保溫節(jié)能技術(shù)，對(duì)于降低建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的能量損失具有重要意義。

1.1 外墻外保溫技術(shù)

將保溫隔熱材料敷設(shè)于建筑外墻外表面的建筑外墻外保溫技術(shù)是目前城市建筑中常采用的節(jié)能手段，相比于建筑外墻內(nèi)保溫、夾芯保溫等方法，外墻外保溫的保溫性能明顯優(yōu)于后者，而且可以有效地避免熱橋效應(yīng)，還能起到對(duì)外墻的保護(hù)作用，并且施工較為方便，尤其是對(duì)既有建筑的節(jié)能改造。市面上常用的外保溫隔熱材料有聚苯乙烯泡沫材料、酚醛泡沫、聚苯顆粒保溫料漿等，這些均屬于有機(jī)保溫材料，其保溫絕熱性能良好，但容易燃燒，需要加入阻燃劑才可以作為外墻外保溫材料使用。此外，由于其施工有一定的技術(shù)要求而且造價(jià)偏高，在一些城鎮(zhèn)、農(nóng)村等偏遠(yuǎn)地區(qū)很難推廣應(yīng)用，而且保溫隔熱材料耐久性差的弊端也日趨突出，最近幾年外墻保溫層脫落的案例也是不勝枚舉。因此，研發(fā)新型保溫絕熱材料和提高外保溫施工質(zhì)量，是未來外墻外保溫技術(shù)的研究重點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。

1.2 外墻自保溫技術(shù)

由于外墻外保溫技術(shù)存在的不足，使得外墻自保溫技術(shù)越來越受到重視。黏土實(shí)心磚是傳統(tǒng)的外墻砌筑材料，雖然價(jià)格低廉但是其熱工性能差，而且制作過程粗糙，既浪費(fèi)資源，又污染環(huán)境，已逐漸被新型的自保溫砌筑材料取代。目前發(fā)展較為成熟的是加氣混凝土類的自保溫外墻砌筑材料，由于這類自保溫外墻砌筑材料的密度明顯低于黏土實(shí)心磚，而且能起到一定的絕熱保溫效果，同時(shí)耐火等級(jí)高，很快就在國內(nèi)建筑市場(chǎng)特別是城市高層建筑中占據(jù)了主導(dǎo)地位。但是，加氣混凝土的干收縮率大，而且強(qiáng)度較低，容易出現(xiàn)裂縫，影響建筑美觀，嚴(yán)重時(shí)甚至對(duì)建筑質(zhì)量安全造成威脅。在框架結(jié)構(gòu)中，非承重的加氣混凝土墻體與梁、柱等構(gòu)件的銜接處容易產(chǎn)生熱橋現(xiàn)象，若處理不當(dāng)就會(huì)在熱橋處結(jié)霜，使得加氣混凝土在夏熱冬冷地區(qū)的使用受到了限制。為了解決上述問題，許多專業(yè)人士一直致力于研制強(qiáng)度和熱工性能能夠同時(shí)達(dá)到要求的新型自保溫砌筑材料，目前已初見成效；同時(shí)在不斷地改進(jìn)熱橋處理方式，以降低墻體的平均傳熱系數(shù)。

1.3 復(fù)合節(jié)能墻體

隨著綠色建筑和裝配式建筑的概念越來越深入人心，外墻不再是單純起圍護(hù)作用的構(gòu)件，其還可以與建筑的其他構(gòu)件進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)形成復(fù)合節(jié)能墻體。目前研究較多的復(fù)合節(jié)能墻體有通風(fēng)復(fù)合節(jié)能墻體和采暖復(fù)合節(jié)能墻體，通風(fēng)復(fù)合節(jié)能墻體可以同時(shí)起到通風(fēng)和圍護(hù)作用，在外墻結(jié)構(gòu)中設(shè)置空氣夾層，夏季室內(nèi)外溫差會(huì)形成一定的風(fēng)壓和熱壓，使得空氣夾層形成自然對(duì)流，從而達(dá)到通風(fēng)降溫的目的。有時(shí)為了增強(qiáng)空氣流動(dòng)還會(huì)設(shè)置強(qiáng)制對(duì)流裝置，如圖1所示。采暖復(fù)合節(jié)能墻體最典型的是太陽能集熱墻，在南向外墻的結(jié)構(gòu)中設(shè)置太陽能集熱器，通過吸收太陽輻射加熱空氣，從而達(dá)到采暖的目的。由于我國幅員遼闊，不同地區(qū)由于所處的位置不同會(huì)造成其太陽輻射的差異，因此應(yīng)該針對(duì)不同區(qū)域進(jìn)行不同的集熱器及其配套設(shè)施的設(shè)計(jì)，目前技術(shù)較為成熟的如太陽能貯存墻(又稱Tromb墻)，其工作原理如圖2所示。

圖1 通風(fēng)復(fù)合節(jié)能墻體原理圖

2 外窗保溫節(jié)能技術(shù)

外窗是除了外墻的第二大建筑熱損失構(gòu)件，是建筑絕熱保溫的薄弱環(huán)節(jié)，國家對(duì)公用建筑和民用建筑的窗墻比均有嚴(yán)格要求，因此在設(shè)計(jì)時(shí)宜選擇合適的開窗面積，既達(dá)到采光要求，同時(shí)又不會(huì)因外窗面積過大而造成建筑冷熱負(fù)荷增加。傳統(tǒng)外窗一般由木質(zhì)外框和單層玻璃構(gòu)成，其絕熱性能和氣密性均很差，有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致外窗的冷熱負(fù)荷超過外墻的冷熱負(fù)荷。為了降低建筑耗能，提高外窗的絕熱保溫性能是必不可少的一項(xiàng)舉措。近些年來，我國在大力提倡發(fā)展節(jié)能窗技術(shù)，節(jié)能窗主要是從兩個(gè)方面來改善窗戶的性能，一方面是采用PVC、斷橋鋁合金等材料來替代木材作為窗框，另一方面是采用雙層中空玻璃替代單層玻璃，有些嚴(yán)寒地區(qū)甚至?xí)捎萌龑又锌詹Ａ?。目前市面上常用的是斷橋鋁雙層中空玻璃節(jié)能窗，其傳熱系數(shù)在2.3～2.8 W/(m2·K)，相比于傳統(tǒng)外窗的傳熱系數(shù)5.4～6.4 W/(m2·K)，保溫隔熱性能有了明顯的提升。

圖2 太陽能貯存墻(Tromb墻)原理圖

目前國內(nèi)采用的節(jié)能窗雖然相比于傳統(tǒng)外窗在絕熱和保溫性能上有了顯著提高，但是與發(fā)達(dá)國家相比還有一定的差距，國外有些高效節(jié)能窗的傳熱系數(shù)已低于1.8 W/(m2·K)。我國節(jié)能窗的研究還有很大潛力，例如鍍膜玻璃節(jié)能窗和超級(jí)節(jié)能窗已成為研究熱點(diǎn)，對(duì)低輻射膜新型材料的研究也越來越重視。鍍膜玻璃節(jié)能窗即在窗戶玻璃的內(nèi)外表面鍍上一層或多層低輻射膜，低輻射膜在夜晚會(huì)阻止部分室內(nèi)物體向室外輻射熱量，從而達(dá)到保溫的效果，而白天則不會(huì)阻止太陽輻射熱量通過玻璃進(jìn)入室內(nèi)。超級(jí)節(jié)能窗是將鍍膜玻璃節(jié)能窗多層玻璃內(nèi)腔的空氣抽除并充入絕熱透明材料，使得窗的絕熱保溫性能得以進(jìn)一步提高。

3 屋頂節(jié)能技術(shù)

屋頂是建筑遮風(fēng)擋雨的主要圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其絕熱和防水方面的要求高于外墻等圍護(hù)結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)自下而上依次為：承重結(jié)構(gòu)層、防水層、絕熱層和面層。目前，應(yīng)用較多的屋頂節(jié)能技術(shù)是改進(jìn)傳統(tǒng)屋頂?shù)慕^熱保溫性能，降低屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)。例如，加設(shè)通風(fēng)層的節(jié)能屋頂、種植屋面、蓄水屋面等。隨著建筑節(jié)能越來越受到重視，屋頂節(jié)能技術(shù)與其他節(jié)能技術(shù)的組合應(yīng)用也取得了進(jìn)展，出現(xiàn)了太陽能集熱屋頂、太陽能光伏屋頂，不僅能提高屋頂熱阻，而且能夠?yàn)榻ㄖ峁┣鍧嵞茉矗档徒ㄖ芎摹?/p>

4 結(jié)語

我國的新建建筑面積每年都在大幅度增加，既有建筑的數(shù)量也很驚人，但是能達(dá)到建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的建筑卻占比很低。因此，加快外墻保溫節(jié)能技術(shù)、外窗保溫節(jié)能以及屋頂節(jié)能技術(shù)的開發(fā)與運(yùn)用，對(duì)于建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，緩解能源的供需矛盾，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。