李 強(qiáng)

1 寒冷地區(qū)氣候現(xiàn)狀

根據(jù)《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50176-2016）的規(guī)定，我國的建筑熱工設(shè)計(jì)可劃分為5 個(gè)地區(qū)，包括嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)以及溫和地區(qū)。其中，寒冷地區(qū)主要?dú)夂蛱卣鳛槎臅r(shí)間較長，春秋時(shí)間較短，全年溫差較大，冬季較為干燥，夏季較為濕潤。一般而言，寒冷地區(qū)多數(shù)干旱少雨，年降雨天數(shù)不足百天，且降水量相比南方較少，全年太陽輻射較強(qiáng)。在進(jìn)行寒冷地區(qū)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮氣候因素，并結(jié)合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，確保建筑滿足節(jié)能要求。

2 外窗節(jié)能設(shè)計(jì)策略

外窗不僅能夠配合外墻優(yōu)化建筑自身的保溫隔熱效果，還能協(xié)調(diào)建筑與周邊環(huán)境的關(guān)系，是提升建筑室內(nèi)外溝通的主要橋梁。寒冷地區(qū)具有冬夏持續(xù)時(shí)間長的特點(diǎn)，因此外窗的保溫隔熱作用顯得尤為重要。建筑外窗的主要功能是在獲取足夠日光照射的前提下，保障房屋得到相應(yīng)的太陽輻射，同時(shí)有效減少不必要的熱量流失，通過降低滲透量、削減傳熱量以及減少太陽輻射為基礎(chǔ)進(jìn)行節(jié)能工作。因此，在設(shè)計(jì)建筑外窗時(shí)，一般要滿足傳熱系數(shù)以及遮陽系數(shù)這2項(xiàng)要求，采用節(jié)能技術(shù)優(yōu)化外墻的節(jié)能效果[1]。

（1）要注意外窗玻璃的材質(zhì)與施工工藝。寒冷地區(qū)對外窗玻璃保溫要求更加嚴(yán)格，不僅要求具備良好的保溫性能，同時(shí)還要兼顧透光率，從而最大程度利用太陽能，有效降低寒冷地區(qū)建筑內(nèi)部的寒冷負(fù)荷。夏天外窗需要阻擋過強(qiáng)的太陽輻射，降低太陽輻射的透窗率，否則就會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)氣溫不斷上升，增加空調(diào)的負(fù)荷。因此，在寒冷地區(qū)，為了有效保障外窗玻璃的節(jié)能效果，應(yīng)加強(qiáng)遮陽措施與采光設(shè)施，同時(shí)根據(jù)不同季節(jié)的要求，保障兩者之間能夠相互協(xié)調(diào)。由于外窗玻璃還需要傳遞熱阻，平衡熱阻與透光性之間的關(guān)系，因此需要重點(diǎn)關(guān)注熱工指標(biāo)，以選取最適合當(dāng)前環(huán)境的外窗玻璃。

（2）要注意選擇合適的外窗框。受外窗熱阻影響，外窗玻璃的固定和支撐結(jié)構(gòu)也要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化改良，在保證不改變窗框受力強(qiáng)度的前提下，有效減少導(dǎo)熱系數(shù)。一般情況下，影響窗框自身熱阻的因素主要有2 個(gè)，一是導(dǎo)熱系數(shù)，二是隔熱腔室的相關(guān)設(shè)置。傳統(tǒng)工藝中，木制窗框?qū)嵯禂?shù)較小，容易受到腐蝕且穩(wěn)定性較低，因此部分窗框材料采用塑料代替。現(xiàn)代建筑中的窗框材料一般采用鋼制或者鋁制材料，這類材料熱傳導(dǎo)性能較好，但并不能單獨(dú)作為窗框節(jié)能材料，需要采用噴塑技術(shù)提升其他窗框部分的熱阻。隔熱墻類窗框較為常見的為聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，PVC）塑料材質(zhì)，空腔斷面一般分為單腔、雙腔以和三腔幾種結(jié)構(gòu)形式。其中，三腔熱阻能力最強(qiáng)、成本較高，適用于冬季寒冷地區(qū)的建筑[2]。而單腔不具備良好的節(jié)能效果且不便安裝五金件，因此在寒冷地區(qū)建筑中不宜采用。

（3）要注意外窗自身的氣密性。窗戶的主要作用是阻止空氣滲透，而滲透主要發(fā)生在窗扇、窗框之間的位置。如果窗戶質(zhì)量較差，就會(huì)造成窗扇與窗框之間的密封性不足，尤其在未使用泡沫絕熱密封的前提下，很容易產(chǎn)生空氣滲漏現(xiàn)象。為了保障寒冷地區(qū)建筑自身的節(jié)能保溫效果，需要嚴(yán)格控制門窗縫隙，保障窗框質(zhì)量，降低室內(nèi)熱量耗損，有效減少冷空氣的滲透。為了達(dá)到這個(gè)目的，需要從以下4 個(gè)層面綜合考慮。

第一，要注意選擇符合建筑要求的窗型，受寒冷地區(qū)氣候影響，應(yīng)優(yōu)先考慮固定窗，然后再考慮平開窗與推拉窗。雖然平開窗比推拉窗造價(jià)更高，但是由于其接縫技術(shù)更加嚴(yán)密，通風(fēng)面積更大，工藝要求更高，因此整體氣密性優(yōu)于推拉窗。第二，要注意改進(jìn)外窗的密封材料，重視密封條抗老化作業(yè)，且密封尺寸要符合溝槽尺寸，以免降低密封性。第三，要重視窗框和窗洞之間的銜接設(shè)計(jì)，避免使用水泥砂漿進(jìn)行填充。水泥會(huì)隨著溫度變化產(chǎn)生開裂或者透空，導(dǎo)致外窗氣密性降低，因此一般采用發(fā)泡材料以及密封膏進(jìn)行密封處理。第四，提升組件之間的精密度，選擇更加優(yōu)質(zhì)的配件，增加各個(gè)部件之間的銜接量，從而達(dá)到有效的密封效果。

（4）要重點(diǎn)關(guān)注窗墻面積比。窗墻面積比需要兼顧保溫性和太陽輻射熱2個(gè)層面，它會(huì)隨著建筑類型差異而發(fā)生變化。一般來說，公共建筑與商業(yè)建筑外窗面積較大，居住建筑外窗面積則較小，主要為了保障寒冷地區(qū)冬季的室內(nèi)溫度，這是基于當(dāng)前建筑對于藝術(shù)展示效果以及建筑節(jié)能設(shè)計(jì)之間的平衡考慮。寒冷地區(qū)傾向于采用保溫隔熱效果更好的玻璃材質(zhì)，可有效提升太陽輻射的通透性[3]。

窗墻面積比對建筑能耗有直接影響，無論哪個(gè)地區(qū)，窗墻面積比增大都會(huì)導(dǎo)致能耗增加。此外，窗墻朝向也會(huì)對建筑能耗產(chǎn)生影響，不同朝向的窗墻面積比敏感度也會(huì)產(chǎn)生差異。一般而言，面向北方的外窗對建筑熱負(fù)荷影響最大，然后是東方，其次是南方，西方則影響最小。在寒冷地區(qū)，西方和南方都是以窗墻面積比值0.4 為臨界點(diǎn)，隨著窗墻面積比的增加導(dǎo)致熱負(fù)荷快速增加。

3 外墻節(jié)能設(shè)計(jì)策略

外墻具有承擔(dān)建筑物外部環(huán)境荷載，保護(hù)室內(nèi)人與物的結(jié)構(gòu)功能。建筑物外墻能夠有效保障建筑物內(nèi)部安全，有效抵擋外部環(huán)境中的風(fēng)沙或者雨雪侵襲，夏季能夠有效阻擋熱量傳遞，冬季能夠有效防止熱量散發(fā)，保證使用者處于安全舒適的生活、工作和學(xué)習(xí)環(huán)境中。

3.1 強(qiáng)化外墻保溫的有效措施

外墻保溫隔熱主要分為自保溫和復(fù)合保溫兩個(gè)方面，主要由傳統(tǒng)墻體材料、保溫材料以及新型復(fù)合墻體材料構(gòu)成。其中，復(fù)合型保溫墻體主要采用更加高效的絕熱材料，以此提升建筑自身的熱工性能。但是由于施工材料更新較快，施工難度也隨之增加，整體建筑的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增加，建筑造價(jià)相較于普通建筑而言更加昂貴[4]。目前，建筑物外墻保溫可以分為外保溫、內(nèi)保溫以及夾心保溫3 種形式，下文重點(diǎn)分析寒冷地區(qū)建筑的外墻外保溫和內(nèi)保溫措施。

3.1.1 寒冷地區(qū)建筑的外墻外保溫

（1）采用保暖隔熱層?；诋?dāng)前寒冷地區(qū)的氣候變化特點(diǎn)，保暖材質(zhì)一般會(huì)選擇導(dǎo)熱系數(shù)較小且蓄熱系數(shù)較大的材料，在相同保溫前提下，厚度小有利于提升建筑物的美觀性。因此，要根據(jù)當(dāng)前建筑物的具體功能和使用年限選擇最適宜的保溫材料，同時(shí)保障這類材料不會(huì)因?yàn)橥獠凯h(huán)境產(chǎn)生不良化學(xué)反應(yīng)，保障施工性能處于較高水平。

（2）重視保溫材質(zhì)的固定環(huán)節(jié)。針對不同的外保溫措施要采用不同的固定方法，其中較為常見的是將保溫板粘連或者用釘子固定在基底上；新型材料中的超輕保溫漿料可以直接涂抹在外墻外皮上。

（3）注意強(qiáng)化外墻表層處理。一般情況下，寒冷地區(qū)的保溫隔熱材料會(huì)選取高分子材料，同時(shí)針對保溫隔熱施工后的外墻表面進(jìn)行強(qiáng)化處理。施工時(shí)通常會(huì)采用砂漿來處理墻面，這主要是由于砂漿本身具有較好的柔韌性，能夠確保外墻表面不容易開裂，保障建筑物美觀性不受外界影響，確保保溫隔熱層保持室內(nèi)溫度，保障建筑保溫的持久性。

目前，外墻外保溫主要采用膨脹聚苯乙烯泡沫板系統(tǒng)、擠塑聚苯板系統(tǒng)、巖棉板系統(tǒng)以及硬泡聚氨酯板系統(tǒng)。其中，膨脹聚苯乙烯泡沫板系統(tǒng)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.041 W/m·K，擠塑聚苯板系統(tǒng)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.03 W/m·K，巖棉板系統(tǒng)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.045 W/m·K，硬泡聚氨酯板系統(tǒng)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.028 W/m·K。外墻外保溫系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)如圖1 所示，可以根據(jù)周邊環(huán)境具體情況以及不同系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)選取合適的外墻外保溫材料完成施工作業(yè)[5]。

圖1 外墻外保溫系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)（來源：網(wǎng)絡(luò)）

3.1.2 寒冷地區(qū)建筑的外墻內(nèi)保溫

（1）關(guān)注墻體結(jié)構(gòu)層的保溫效果。外墻內(nèi)保溫主要是將絕熱材料內(nèi)置于外墻內(nèi)側(cè)，從外墻最外層由外而內(nèi)的結(jié)構(gòu)層可以分為外墻面層、基層墻體、界面劑、保溫層、聚合物抗裂砂漿層以及室內(nèi)抹灰層幾個(gè)部分。墻體結(jié)構(gòu)主要包含現(xiàn)澆混凝土、預(yù)制混凝土、內(nèi)澆外砌以及磚混結(jié)構(gòu)等方式，無論采用哪種墻體形式，都應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注結(jié)構(gòu)層的保溫性能，以提升外墻的內(nèi)保溫效果[6]。

（2）關(guān)注空氣層的作用。外墻內(nèi)保溫主要利用隔離層阻止液態(tài)水分進(jìn)入墻體，以避免保溫層受潮。在空氣層的保護(hù)下能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)層的冷凝水逐步轉(zhuǎn)移至室外，同時(shí)空氣層還具有增加熱阻、提升保溫效果的作用，因此一般情況下空氣層都會(huì)采用易吸水且絕熱程度較高的材料。

（3）關(guān)注絕熱材料層的選擇。外墻中絕熱材料層施工時(shí)要盡量選取導(dǎo)熱系數(shù)小且整體不燃或者難燃的材料，由于這一層接近室內(nèi)，還要注重采用對人體健康無損害的材料。

（4）注重覆面保護(hù)層的保護(hù)作用。保護(hù)層的主要作用是維持建筑內(nèi)部溫度，強(qiáng)化保溫層的保溫作用，同時(shí)有效阻止水蒸氣滲入保溫層，促使外墻能夠發(fā)揮更大的保溫效果。

外墻內(nèi)保溫需要關(guān)注的施工要點(diǎn)較多，加之受寒冷地區(qū)氣候變化影響，因此在施工時(shí)通常采用干作業(yè)手法。這樣不僅能夠保障施工安全，也有助于提升外墻的施工效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度；同時(shí)，注意內(nèi)飾面材料的選擇，有利于降低室外氣候?qū)κ覂?nèi)環(huán)境的影響。在采用外墻內(nèi)保溫技術(shù)時(shí)，要注意當(dāng)前室內(nèi)水蒸氣的外滲情況，水蒸氣一旦在墻體內(nèi)部形成冷凝水，就會(huì)導(dǎo)致外墻保溫層的熱工性能降低。由于內(nèi)保溫層主要位于外墻內(nèi)側(cè)，會(huì)占據(jù)建筑內(nèi)部的使用面積，如果針對老舊房屋進(jìn)行改造，施工時(shí)就要注意協(xié)調(diào)建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)?；趦?nèi)保溫的基本特性，該技術(shù)比較適用于對外飾要求較高的建筑類型；同時(shí)，由于冷凝水和水蒸氣滲透會(huì)影響內(nèi)保溫的效果，因此該技術(shù)不適用于室內(nèi)較為潮濕的場所，如廚房、廁所以及浴室等。

3.2 外墻節(jié)能施工技術(shù)

第一，在完成外墻相關(guān)施工作業(yè)之后，要注意清理墻面，全面整平不平整的地方，并完成相應(yīng)的防水施工作業(yè)。防水作業(yè)能夠在有效防止外墻滲透的基礎(chǔ)上提升室內(nèi)溫度，保障寒冷地區(qū)建筑物的室內(nèi)節(jié)能。

第二，外墻表面要進(jìn)行淺色處理，一般采用顏色較淺的涂料或者面磚完成施工。淺色外墻表面能夠反射更多太陽輻射，有效降低建筑結(jié)構(gòu)對于太陽能的吸收；黑色外墻吸收的太陽輻射更多，表面溫度高于淺色外墻。在適當(dāng)情況下將外墻顏色進(jìn)行淺色處理，有助于在夏熱冬冷的寒冷區(qū)域有效降低外墻表面吸收的太陽輻射，從而降低墻面溫度。

第三，鋪設(shè)擠塑型聚苯乙烯板。這種材料本身膨脹系數(shù)極低，因此不需要預(yù)留伸縮縫，可以直接鋪設(shè)。另外，擠塑型聚苯乙烯板能夠有效避免熱橋效應(yīng)，增加實(shí)體墻的熱容量，從而提升室內(nèi)的節(jié)能效果，通過外部溫度變化保障室內(nèi)具有更加舒適的熱環(huán)境。

第四，采用聚氨酯和聚苯顆粒材料等新型材料形成外墻保溫體系。這類新型材料能夠達(dá)到相應(yīng)的節(jié)能要求，不僅能修復(fù)外墻易開裂、強(qiáng)度不足的缺陷，而且整體材料具有較強(qiáng)的吸附力，可實(shí)現(xiàn)無空腔粘連墻面，促使外墻具備更強(qiáng)的保溫節(jié)能屬性。

4 結(jié)語

寒冷地區(qū)由于受氣候環(huán)境限制，建筑節(jié)能需要借助外墻設(shè)計(jì)完成，尤其在較為寒冷的冬季，以及在蒸發(fā)效應(yīng)比較較大的夏季，都應(yīng)通過優(yōu)化外墻設(shè)計(jì)有效降低建筑能源損耗。針對外墻中的外窗與墻體部分進(jìn)行分析，在優(yōu)化外墻設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化節(jié)能環(huán)保技術(shù)的發(fā)展，為國家低碳、環(huán)保建設(shè)提供有效的建設(shè)措施。