建筑围护结构节能改造技术浅析

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摘要：随着经济的发展，中国的建筑工程越来越多，建筑围护结构能耗也越来越大，对中国的环境保护工作和资源储备极其不利。建筑围护结构是影响室内环境舒适性的关键结构，因此设计了建筑围护结构节能改造技术，对建筑外墙、屋面、外窗及遮阳进行了节能改造。进行了建筑围护结构节能改造能耗分析，结果表明设计的建筑围护结构节能改造技术的能耗较低，具有环保性，有一定的应用价值，可作为后续建筑围护结构设计的参考。

关键词：建筑围护结构；节能改造；能耗分析

能源消耗是社会发展中的重要问题，各国都开始重视能源消耗问题[1]。研究发现，建筑是各国能源的重要消耗领域，近年来，发达国家的建筑能耗越来越高，中国的建筑能耗也呈快速上涨趋势。在建筑高能耗背景下，中国开始重视建筑节能发展，并取得了初步成效[2]。研究表明，高能耗建筑占中国现有建筑的80%以上[3]，这些建筑能源消耗较严重。建筑围护结构决定了建筑内部的热循环关系，影响建筑的综合性能，因此需要设计新的建筑围护结构节能改造技术。建筑围护结构作为影响建筑外观的关键部分，也影响着室内的热循环。早在1986年[4]，中国就开始开展建筑节能工作。随着国家对建筑节能的重视，建筑围护结构综合改造技术开始走入人们的视野。但该技术由于起步较晚，仍存在一定的使用问题[5]，因此目前尚未形成综合化建筑围护结构节能改造方案。为了进一步实现建筑节能，降低建筑综合能耗，设计了新的建筑围护结构节能改造技术，为绿色建筑发展做贡献。

1建筑围护结构节能改造技术设计

1.1外墙节能改造

建筑外墙是主要的建筑围护结构，其不仅具有承重作用，还能保证室内热稳定。外墙在建筑围护结构中占比较高，因此结合建筑墙体的实际性能，设计了新型建筑节能外墙，如图1所示。在施工建筑节能外墙时需注重外墙体的保温方式。为了提高建筑外墙的保温节能系数，选取了EPS（ExpandedPlystyrene，聚苯乙烯泡沫）板作为保温层，o并使用特殊的机械锚固技术提高墙体的稳定性。该墙体具有良好的保温性能，能实现对各类型建筑的外墙节能改造。所设计的建筑围护结构节能改造技术主要将隔热层安装在墙体内侧，覆盖相应的石膏板，布置的保温隔热材料可降低自然环境变化造成的建筑屋内能量损耗，提升墙体储能效果，降低室内外温差，避免出现建筑墙皮开裂现象。在施工过程中，选取钢筋混凝土作为墙体基层，添加胶黏剂提高墙体的稳定性，还可添加泡沫玻璃隔热，降低建筑内部热损耗。一旦外界温差发生变化，其可立即解决热桥效应，避免墙体变形及产生难以解决的裂缝。

1.2屋面节能改造

屋面是建筑围护结构的组成部分之一，其容易产生建筑热能损失，影响建筑的节能效果。不仅如此，随着季节变化，暴晒、寒冷等都会导致屋面损伤，影响居民的正常生活。常见的建筑屋面主要由防水隔热卷材组成，屋面节能改造必须结合太阳辐射作用。根据屋面热环境和屋面顶层关系，设计了屋面节能改造示意图（见图2）。由图2可知，该屋面主要由6个重要组成部分组成，即陶土瓦、挂瓦条、铝箔复合隔热防水层、顺水条内嵌喷涂硬泡聚氨酯、高分子沥青卷材、混凝土基层。为了尽可能满足建筑围护结构的能量交换要求，设计的方法使用倒置式保温屋面作为基础屋面。为了提高建筑整体的通风效果，在设计的保温屋面添加混凝土制造的砖块，将其放置在防水层上方，可根据建筑实际情况调整砖块高度。屋面保温层结构的导热系数变化较大，对其实际保温效果不利，且容易提高建筑造价，因此在屋面结构中设置了防水层，该结构可利用通风间层遮挡阳光，不断利用屋面表层完成传热作用，避免由太阳辐射到屋顶导致的热压和风压过高。此外，该结构还可以吸收夹层中的热量，最大程度降低室外辐射对屋面造成的负面影响，降低室内温度，避免产生过高的空调能耗。部分屋面的构造特殊，保温层与防水层反向设置，对此可使用某些特定的憎水材料进行维护改造，改善屋顶综合负荷，避免屋顶坡度过高。另外，还可将设计的屋面与绿植结合，设计特色化的种植屋面，在屋顶种植部分绿化植物来达到降温的目的。使用种植屋面的建筑可避免受到外界高温的影响，在室内形成热岛效应，从而调整空气中的温湿度，最大程度上降低能耗及污染。但种植屋面对屋顶的承重要求较高，仅适合在部分原始屋面使用。为了提高建筑围护结构的通风性，根据气流热能传导原理对屋面进行通风改造。为了避免下部的防水层受到破坏而提高围护结构损耗，需在原有的建筑结构上刷涂防水材料，结合建筑环境计算防水材料的导热系数，提高其隔热性。在某些寒冷干燥区域，经常使用颜色较深、坡度较缓的屋顶，其不断地吸收外界热量，因此极易导致自身开裂、保护层受损。因此在这部分区域可设置浅色屋面，改善屋顶的颜色比例，结合凉爽屋面设置原则降低屋顶热负荷，有效地进行保温。

1.3外窗及遮阳改造

外窗是建筑围护结构中的重要部分，与室内的通风和采光有重要关系，因此为了提高建筑的采光、通风性能，最大限度地降低建筑室内能耗，建筑围护节能改造中结合建筑自身的要求，计算了建筑的导热系数。研究发现外窗对建筑室内的影响主要是由热量缺口决定的，因此在设计过程中需尽量避免建筑外窗出现热量损失问题。基于此，设计的建筑外窗改造如图3所示。由图3可知，经过改造的建筑外窗必须保持良好的间隔距离。此外，建筑外窗设计还需要满足建筑节能外窗设计标准要求。为了起到隔热隔声的作用，建筑外窗可安装双层玻璃，最外层玻璃采用Low-E（Low-emisivity，低辐射）中空比例，最大限度降低城市噪声对建筑的影响。在进行建筑外窗玻璃类型的选取时，需要研究不同类型建筑外窗性能标准。设计的建筑外窗选用6mm透明+12mm空气+6mm透明型玻璃，其可见光透射比为0.71，太阳能透射比为0.75，传热系数为2.8W/（m2•K）。该玻璃的遮阳性能良好，能满足建筑的低能耗需求，因此可应用该玻璃进行建筑外窗改造。结合上述全部的节能改造过程，可完成建筑围护结构综合改造，降低建筑总能耗。

2建筑围护结构节能改造能耗分析

2.1概况及准备

为了研究所设计的建筑围护结构节能改造技术的节能效果，选取一建筑围护结构进行实例分析。该建筑的仿真结构如图4所示。该建筑位于一省会城市市中心，建筑面积约为6942.11m2，共有4层地上结构和1层地下结构。该建筑属于多功能建筑，外墙采用钢筋混凝土与陶粒混凝土。首先对该建筑进行保温性能参数设置，检测房间温度变化情况，其次使用算数平均法对该建筑全天产生的数据进行分析，计算总热阻量。建筑保温性能参数如表1所示。由表1可知，该建筑的保温性能与标准保温要求存在一定的差异。为了保证建筑结构节能的测试效果，进行了建筑围护结构热工缺陷测试，判断不同能耗对建筑内部热能循环造成的影响。结合测试结果，可设置建筑节能改造技术测试方案，分别模拟不同结构下的建筑能耗。为了准确分析能耗，选取DeST软件进行建模，结合AutoCAD软件进行建筑能耗模拟，并使用空间状态法进行计算，提高能耗数值计算的准确性。

2.2应用效果

在上述实验准备的基础上，分别使用设计的建筑围护结构节能改造技术和传统的建筑围护结构节能改造技术进行改造，使用空间状态法计算2种改造技术的节能总量，应用效果如表2所示。由表2可知，所设计的建筑围护结构节能改造技术改造后的节能总量较高，证明设计的节能改造技术的节能效果较好，具有环保性，有一定的应用价值。

3结语

随着建筑行业的发展，中国的建筑工程数量越来越多，建筑能耗也越来越高。为了降低能耗，实现建筑环保，设计了建筑围护结构节能改造技术。实例分析结果表明，采用设计的建筑围护结构节能改造技术改造后节能总量较高，证明其改造效果较好，具有环保性，可作为后续绿色建筑发展的参考。

参考文献：

［1］陈先志，朱佳音，崔国游，等.寒冷地区超低能耗高层建筑的围护结构热工设计优化研究［J］.建筑节能（中英文），2022，50(2)：65-70.

［2］黎航欣，王盛卫.《近零能耗建筑技术标准》下夏热冬暖地区及寒冷地区零能耗建筑的可行性研究［J］.暖通空调，2022，52(1)：121-125.［3］郑清涛，荣中秋，罗多，等.可变窗墙比围护结构的设计及其在寒冷地区净零能耗建筑中的节能潜力分析［J］.建设科技，2021(21)：56-62.

［4］刘洋，吉硕，许慧萱，等.张家口既有居住建筑外围护结构节能改造分析［J］.河北建筑工程学院学报，2021，39(2)：108-112.

［5］程绍革，毋剑平.协会标准《既有公共建筑综合性能提升技术规程》解读：建筑安全性能评估与提升技术［J］.工程建设标准化，2021(5)：30-33.

作者:李彬 许晓坤 李翔 单位:陕西省现代建筑设计研究院 西咸新区倍恩工程有限公司