張霞

深圳市龍崗區(qū)建筑工務(wù)署 廣東 深圳 518172

引言

建筑行業(yè)的能耗在當(dāng)前全球能耗中所占比重越來越大，我國在建筑行業(yè)的能耗也存在類似的發(fā)展趨勢。隨著《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》GB55015-2021的頒布，新建居住建筑和公共建筑平均設(shè)計(jì)能耗水平在2016年執(zhí)行的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，分別降低30%和20%，并且規(guī)范將建筑碳排放計(jì)算作為強(qiáng)制要求。這一系列的強(qiáng)制措施，表明了國家對建筑行業(yè)節(jié)能低碳目標(biāo)的重視。2022年3月住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《“十四五”住房和城鄉(xiāng)建設(shè)科技發(fā)展規(guī)劃》，將城鄉(xiāng)建設(shè)綠色低碳技術(shù)列為“十四五”規(guī)劃中制定住房和城鄉(xiāng)建設(shè)9個(gè)重點(diǎn)任務(wù)的首位，其中細(xì)分9條具體建設(shè)任務(wù)的研究方向，除低碳能源、低碳發(fā)展、低碳建設(shè)等關(guān)鍵技術(shù)外，重點(diǎn)明確了低碳建材和外墻保溫材料2項(xiàng)研究技術(shù)的方向。目前我國綠色建筑和建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)還處于初級階段，其中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能在節(jié)能設(shè)計(jì)中占重要地位，而建筑外墻在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的占比非常大。從設(shè)計(jì)的角度來看，建筑外墻保溫和節(jié)能顯得尤為關(guān)鍵。在實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師習(xí)慣于接受建筑、結(jié)構(gòu)和水暖電等各專業(yè)的提資后進(jìn)行節(jié)能專項(xiàng)設(shè)計(jì)，沒有將節(jié)能設(shè)計(jì)的理念貫穿于全流程來反推和指導(dǎo)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中對周邊環(huán)境和建筑的整體性考慮仍略顯不足，被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化的應(yīng)用不夠深入，導(dǎo)致節(jié)能設(shè)計(jì)一直作為項(xiàng)目的附屬專項(xiàng)設(shè)計(jì)，在后期施工和運(yùn)營中屢屢發(fā)現(xiàn)可以優(yōu)化改造和提升的空間與余量，造成不必要的重復(fù)施工和浪費(fèi)[1]。

1 外墻保溫的四種保溫技術(shù)

1.1 外墻外保溫技術(shù)

外墻保溫技術(shù)根據(jù)施工工藝不同一般分為四種方式：外墻外保溫、外墻內(nèi)保溫、外墻的內(nèi)外混合保溫和外墻自保溫。外墻外保溫技術(shù)是現(xiàn)階段全國范圍內(nèi)應(yīng)用范圍最廣的一種形式，也是超低耗能建筑外墻常用的保溫系統(tǒng)的首選形式。外墻外保溫是在結(jié)構(gòu)墻體外側(cè)粘貼保溫層或保溫隔熱涂料，再進(jìn)行面層的裝飾。這種保溫方式可以用于新建工程，也可以用于舊建筑的改造、擴(kuò)建工程。外墻外保溫技術(shù)一方面可以加強(qiáng)建筑主體的可靠性，也可以結(jié)合立面表皮進(jìn)行設(shè)計(jì)，對幕墻等有空腔的立面更加適用。同時(shí)外保溫也避免了室內(nèi)裝修對保溫層的破壞。但是根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際施工運(yùn)營情況，在南方地區(qū)尤其等夏熱冬暖的濕熱氣候區(qū)，外墻外保溫常見存在漏水、空鼓等隱患，也曾出現(xiàn)過外墻外保溫材料脫落的事件，近幾年來在公建，尤其是學(xué)校、醫(yī)院等人員密集的公共場所設(shè)計(jì)中，一般建議謹(jǐn)慎采用。外墻外保溫技術(shù)逐漸被內(nèi)保溫技術(shù)或自保溫技術(shù)所替代[2]。

1.2 外墻內(nèi)保溫技術(shù)

外墻內(nèi)保溫技術(shù)是指將保溫隔熱材料放置在外墻內(nèi)側(cè)，即室內(nèi)一側(cè)。這種方式在國內(nèi)的應(yīng)用時(shí)間也相對較長，配套技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)都比較完善，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)完備，保溫材料也豐富多樣，施工技術(shù)和檢測標(biāo)準(zhǔn)都比較成熟，并且施工過程不受天氣影響。在設(shè)計(jì)當(dāng)中，保溫層厚度建議應(yīng)控制在30mm以內(nèi)，超過此厚度對室內(nèi)空間有一定占用，且厚度過厚，不易施工，施工后也會(huì)因室內(nèi)裝飾工程，或者各種日常使用的碰撞而脫落和損壞，不能達(dá)到應(yīng)有的保溫效果。尤其在公共建筑當(dāng)中，人員較為復(fù)雜且多樣化。學(xué)校類公建，學(xué)生運(yùn)動(dòng)活動(dòng)頻繁；醫(yī)院類公建，各種儀器設(shè)備及人員移動(dòng)頻繁，對外墻內(nèi)保溫的耐久性也有一定影響。

1.3 外墻的內(nèi)、外混合保溫技術(shù)

外墻的內(nèi)、外混合保溫技術(shù)則是根據(jù)不同部位和不同需求進(jìn)行節(jié)能計(jì)算后確定，它兼具了內(nèi)外保溫的優(yōu)勢和不足，在此不做贅述。

1.4 外墻自保溫技術(shù)

外墻自保溫的填充墻一般采用蒸壓加氣混凝土砌塊、節(jié)能型燒結(jié)頁巖空心砌塊等。加氣混凝土一般是以硅質(zhì)、石英為主要材料，添加鋁粉等加氣劑，經(jīng)過混合、發(fā)氣、成型、養(yǎng)護(hù)等加工工藝，制成的一種新型墻體材料。其保溫的原理是由于加氣劑經(jīng)過攪拌混合，產(chǎn)生了氫氣氣泡，氣泡的存在使得砌塊有一定的隔熱特性，自身保溫性達(dá)到了節(jié)能要求，不需要采用其他的保溫措施，是一種節(jié)能、節(jié)材、又易于施工的墻體材料。一般墻體的厚度控制在180～240mm之間。從全生命周期來看其經(jīng)濟(jì)效益，雖然外墻自保溫材料的生產(chǎn)成本可能比普通外墻略高，但是避免了保溫層對室內(nèi)空間的占用，也避免了保溫層的空鼓脫落等，并且在運(yùn)營中卻可以減少空調(diào)使用成本，尤其在夏季和冬季的節(jié)能效果更為明顯。以蒸壓加氣混凝土砌塊為例，可以縮短施工時(shí)間、減少工程費(fèi)用及維修費(fèi)用，在很大程度上增加了墻體結(jié)構(gòu)和主體建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命，同時(shí)氣孔的存在，使得保溫性能較傳統(tǒng)混凝土砌塊更強(qiáng)大，重量方面比傳統(tǒng)砌塊輕，降低施工難度和成本。在公建項(xiàng)目中，結(jié)合學(xué)校、醫(yī)院等公建項(xiàng)目的施工周期緊張，建成后使用頻率高，人員密集等特點(diǎn)，外墻自保溫技術(shù)值得廣泛推廣及應(yīng)用[3]。

2 外墻自保溫技術(shù)在公建中的應(yīng)用

外墻自保溫技術(shù)是指按照一定的建筑構(gòu)造，采用節(jié)能型墻體材料，使得墻體熱工性能指標(biāo)滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。筆者參與調(diào)查研究了夏熱冬暖地區(qū)36個(gè)中型公建項(xiàng)目的節(jié)能設(shè)計(jì)，其中有10個(gè)項(xiàng)目采用外墻外保溫，22個(gè)項(xiàng)目為外墻內(nèi)保溫，有4個(gè)項(xiàng)目為外墻自保溫技術(shù)。采用外墻自保溫技術(shù)的項(xiàng)目占比為11%，這說明在節(jié)能設(shè)計(jì)中，通過合理的設(shè)計(jì)方式，是完全有可能達(dá)到外墻自保溫的目標(biāo)。

以其中的某學(xué)校為例，其保溫措施具體為：屋頂?shù)怪檬轿菝?，采用擠塑聚苯板80mm；外墻采用200mm加氣混凝土砌塊；熱橋梁、柱采用30mm發(fā)泡水泥板；外窗采用斷熱鋁合金窗6+12+6Low-E。外墻并未采用?；⒅榈缺卮胧?，僅熱橋部分做保溫層，使得整個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性和施工便利性有了很大提升，并且在后期使用當(dāng)中也不會(huì)出現(xiàn)保溫層老化、空鼓、脫落等現(xiàn)象。其優(yōu)點(diǎn)顯而易見，外墻自保溫的采用大面積減少了保溫構(gòu)造措施，簡化施工工序，伴隨主體施工，與建筑同壽命；項(xiàng)目整體施工時(shí)效性高、經(jīng)濟(jì)性較好。筆者經(jīng)過深入分析上述采用外墻自保溫技術(shù)4個(gè)項(xiàng)目的節(jié)能設(shè)計(jì)，梳理并總結(jié)了建筑節(jié)能達(dá)到外墻自保溫目標(biāo)的以下3個(gè)要點(diǎn)，僅供參考。

3 外墻自保溫技術(shù)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 全流程的節(jié)能設(shè)計(jì)理念

首先，應(yīng)當(dāng)樹立全流程的節(jié)能設(shè)計(jì)觀念。節(jié)能不是單純的一個(gè)設(shè)計(jì)附屬專項(xiàng)，應(yīng)該是貫穿整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的一個(gè)目標(biāo)，節(jié)能設(shè)計(jì)對規(guī)劃、建筑、機(jī)電等都有著巨大的影響。在具體的節(jié)能設(shè)計(jì)中，先要確立節(jié)能、能耗目標(biāo)及評價(jià)方法；其次，全面、客觀分析當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境、人文特征、氣象水文、生活習(xí)慣、資源與限制等條件。從日照、水源、氣候、風(fēng)向、濕熱條件等因素出發(fā)，做到因地制宜，科學(xué)合理地進(jìn)行項(xiàng)目的規(guī)劃和布局，將自然條件充分考慮在內(nèi)，建立能源分析模型。在設(shè)計(jì)中采用被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化，力求對節(jié)能設(shè)計(jì)的各方面進(jìn)行深入探討和研究；同步進(jìn)行機(jī)電系統(tǒng)能耗優(yōu)化和可再生能源系統(tǒng)優(yōu)化、運(yùn)行與控制策略優(yōu)化等。由于項(xiàng)目地處夏熱冬暖地區(qū)，濕度大，日照強(qiáng)。在這幾所公建的設(shè)計(jì)中，均充分考慮了當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境特征，并從嶺南傳統(tǒng)村落及建筑中汲取設(shè)計(jì)靈感，大量采用冷巷和庭院等空間組合布局，結(jié)合夏季常年主導(dǎo)風(fēng)向，有利于形成熱壓拔風(fēng)和穿堂風(fēng)，能夠很好地改善建筑的自然通風(fēng)，對后續(xù)的節(jié)能設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。需要注意的是，在節(jié)能設(shè)計(jì)過程，應(yīng)根據(jù)方案及各專業(yè)的修改，對節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行反復(fù)迭代和方案確立；根據(jù)施工圖節(jié)點(diǎn)，對節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行細(xì)節(jié)控制；同時(shí)要注重對施工單位培訓(xùn)，施工過程質(zhì)量控制；竣工后進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)適及驗(yàn)收；在運(yùn)營中保持長期監(jiān)測和運(yùn)行優(yōu)化；進(jìn)行后評估，形成要點(diǎn)，反饋給節(jié)能設(shè)計(jì)作為參考，以便對下一次節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和指導(dǎo)[4]。

3.2 被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化

在方案設(shè)計(jì)的初始階段，節(jié)能設(shè)計(jì)就應(yīng)當(dāng)介入，遵循因地制宜的原則，提前收集項(xiàng)目現(xiàn)場的環(huán)境資料、氣象資料等，深入分析后，確立節(jié)能的設(shè)計(jì)思路，并確定被動(dòng)式建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的主要方向。以其中某學(xué)校為例，項(xiàng)目地處夏熱冬暖地區(qū)，室外常年為較高氣溫，日光充足，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注重建筑布局和朝向，建筑形體盡量垂直于夏季風(fēng)主導(dǎo)風(fēng)向，同時(shí)調(diào)整窗墻比，強(qiáng)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能，使得建筑利用周邊環(huán)境氣候降低自身的能耗水平；增加開窗面積、門窗尺寸和開啟扇等，并在迎風(fēng)面設(shè)計(jì)大量的進(jìn)風(fēng)口，便于形成室內(nèi)穿堂風(fēng)等。在風(fēng)壓差作用下，可以持續(xù)向室內(nèi)補(bǔ)充新鮮冷空氣，向室外排出熱空氣，維持室內(nèi)舒適溫度，從而降低空調(diào)系統(tǒng)的使用頻率等。同時(shí)結(jié)合立面設(shè)計(jì)，巧妙布置外遮陽等措施，避免夏季太陽光直射進(jìn)入室內(nèi)，減少熱輻射的影響。

在初步設(shè)計(jì)階段，節(jié)能建模粗算，進(jìn)行材料構(gòu)造選型，尤其關(guān)注圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能等參數(shù)，根據(jù)粗算結(jié)果對外遮陽、雨棚、窗戶面積及開啟扇等進(jìn)行修改調(diào)整，使得建筑進(jìn)一步降低能耗。在施工圖階段，模型根據(jù)建筑施工圖設(shè)計(jì)，進(jìn)一步細(xì)化，以確保模型能夠最真實(shí)反應(yīng)建筑最終形態(tài)。尤其在墻體、屋面等部位，避免構(gòu)造不完善，例如種植屋面、屋面光伏光熱、空氣間層、裝飾面層等；另外注意根據(jù)建筑的立面色彩、材質(zhì)等確認(rèn)太陽輻射吸收系數(shù)取值，不同色彩材質(zhì)的系數(shù)取值不一樣；最后對外立面等細(xì)節(jié)，進(jìn)行建模細(xì)化，例如凸出的遮陽、雨棚、花池、造型等，進(jìn)行模型細(xì)摳，避免出現(xiàn)模型的外遮陽不全、設(shè)置錯(cuò)誤和無效設(shè)置等情況。

3.3 節(jié)能軟件的選用

目前市面上有很多節(jié)能軟件，但每種軟件都各有所長，也各有限制，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中要根據(jù)不同軟件的特點(diǎn)進(jìn)行選用。PKPM、斯維爾、天正節(jié)能等軟件是覆蓋面較廣的節(jié)能軟件，易用性較強(qiáng)，但也存在一定限制，其中斯維爾對機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)置精度有限，pkpm的輸入端輸出端不夠便捷，計(jì)算不透明等。其他的通用型軟件，如DeST、eQuest、EnergyPlus、IES VE、ESP-R、TRNSYS、DesignBuilder、OpenStudio等，對復(fù)雜的形體建模又有一定限制。設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目當(dāng)?shù)氐墓?jié)能要求，項(xiàng)目的不同類型，項(xiàng)目的不同階段，選用不同軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果應(yīng)進(jìn)行對比修正[5]。

4 結(jié)束語

綜上所述，在節(jié)能設(shè)計(jì)中應(yīng)樹立全流程的節(jié)能設(shè)計(jì)理念，嚴(yán)格遵循被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化原則，熟悉不同的節(jié)能軟件的特性及適用范圍，以便能在節(jié)能設(shè)計(jì)中達(dá)到外墻自保溫的目標(biāo)。隨著社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對節(jié)能要求會(huì)越來越高，應(yīng)充分結(jié)合地域特點(diǎn)，大力發(fā)展和推廣外墻自保溫技術(shù)。我國目前處于自保溫技術(shù)發(fā)展的初期階段，需從設(shè)計(jì)入手，充分結(jié)合地域氣候特點(diǎn)以及材料來源，提高自保溫墻體的性價(jià)比，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果的同時(shí)保證經(jīng)濟(jì)性。另外在施工中，為充分發(fā)揮自保溫墻體的優(yōu)勢，對各施工要點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督，加強(qiáng)施工人員的專業(yè)能力，確保墻體自保溫的安全和質(zhì)量。