建筑保温与节能成果-房屋建筑构造

10.4.1　建筑保温

寒冷地区各类建筑和非寒冷地区有空调要求的建筑,如宾馆、实验室、医疗用房等都要考虑保温措施。建筑构造设计是保证建筑物保温质量的重要环节。合理的设计不仅能保证建筑的使用质量和耐久性,而且能节约能源,降低采暖、空调设备的投资和维护费用。为提高围护结构的保温性能,通常采取下列措施:

1)提高围护结构的热阻

在寒冷季节里,热量通过建筑物外围护构件——墙、屋顶、门窗等由室内高温一侧向室外低温一侧传递,使热量损失,室内变冷。热量在传递过程中将遇到阻力,这种阻力称为热阻,其单位是(m2·K)/W。热阻越大,通过围护构件传出的热量越少,说明围护构件的保温性能越好;反之,热阻越小,围护构件的保温性能越差,热量损失就越多。因此,对有保温要求的围护构件,必须提高其热阻。围护构件热阻与其厚度成正比,增加厚度可提高热阻,即提高抵抗热流通过的能力。如双面抹灰240mm厚砖墙的热阻大约为0.361(m2·K)/W,而490mm厚双面抹灰砖墙的热阻约为0.69(m2·K)/W。但是增加厚度势必增加围护构件的自重,材料的消耗量也相应增多,且减小了建筑有效使用面积。

建筑热量传递图如图10.12所示。

图10.12　建筑热量传递图

2)合理选材及确定构造形式

在建筑工程中,一般将导热系数小于0.3W/(m·K)的材料称为保温材料。建筑材料的导热系数的大小说明材料传递热量的能力,选择容量轻、导热系数小的材料,如加气混凝土,浮石混凝土,陶粒混凝土,膨胀珍珠岩及其制品、膨胀蛭石为骨料的轻混凝土以及岩棉、玻璃棉和聚苯乙烯泡沫塑料等可以提高围护构件的热阻。其中,轻混凝土具有一定强度,可做成单一材料保温构件,这种构件构造简单、施工方便;也可采用组合保温构件提高热阻,它是将不同性能的材料加以组合,各种材料发挥各自不同的功能。通常用岩棉、玻璃棉、膨胀珍珠岩、聚苯板等容重轻、导热系数小的材料起保温作用,而用强度高、耐久性好的材料如砖、混凝土等作承重或护面层,如图10.13、图10.14所示。

图10.13　围护结构传热的物理过程

图10.14　保温复合墙

3)防潮防水

冬季由于外围护构件两侧存在温度差,室内高温一侧水蒸气分压力高于室外,水蒸气就向室外低温一侧渗透,遇冷达到零点温度时就会凝结成冰,构件受潮。此外,雨水、使用水、土壤潮气和地下水也会侵入构件,使构件受水,围护结构表面受潮。受水会使室内装修变质损坏,严重时会发生霉变,影响人体健康。构件内部受潮、受水会使多孔的保温材料充满水分,导热系数提高,降低围护材料的保温效果。在低温下,水分在冰点以下冰晶进一步降低保温能力,并因冻融交替而造成冻害,严重影响建筑物的安全和耐久性。

为防止构件受潮,除应采取排水措施外,在靠近水、水蒸气和潮气一侧应设置防水层、隔气层和防潮层。组合构件一般在受潮一侧布置密实材料层。

4)避免热桥

在外围护构件中,由于结构要求,经常设有导热系数较大的嵌入构件,如外墙中的钢筋混凝土梁和柱、过梁、圈梁、阳台板、雨棚板、挑檐板等。这些部位的保温性能都比主体部分差,热量容易从这些部位传递出去,散热大,其内表面温度也就较低,当低于露点温度时,将出现凝结水,这些部位通常称为围护构件中的“热桥”。为了避免和减轻热桥的影响,首先应避免嵌入构件内外贯通,其次应对这些部位采取局部保温措施,如增设保温材料等,以切断热桥,如图10.15所示。

5)防止冷风渗透

当围护构件两侧空气存在压力差时,空气将从高压一侧通过围护构件流向低压一侧,这种现象称为空气渗透。空气渗透可由室内外温度差(热压)引起,也可由风压引起。由热压引起的渗透,热空气由室内流向室外,室内热量损失。风压则使冷空气向室内渗透,使室内变冷。为避免冷空气渗入和热空气直接散失,应尽量减少外围护结构构件的缝隙,如墙体砌筑砂浆饱满,改进门窗加工和构造,提高安装质量,缝隙采取适当的构造措施等。

图10.15　热桥

10.4.2　建筑防热

我国南方地区,夏季气候炎热,高温持续时间长,太阳辐射强度大,相对湿度高,建筑物在强烈的太阳辐射和高温、高湿气候的共同作用下,通过围护构件将大量的热传入室内,室内生活和生产也产生大量的余热。这些从室外传入和室内自生的热量,使室内气候条件变化,引起过热,影响生活和生产。为减轻和消除室内过热现象,可采取设备降温,如设置空调和制冷设备等,但费用大。对于一般建筑,主要依靠建筑措施来改善室内的温湿状况。建筑防热的途径可简要概括为下述几个方面:

1)降低室外综合温度

室外综合温度是考虑太阳辐射和室外温度对围护构件综合作用的温度。室外综合温度的大小关系到通过围护构件向室内传热的多少。在建筑设计中,降低室外综合温度的方法主要是采取合理的总体布局,选择良好的朝向,尽可能争取有利的通风条件,防止西晒,绿化周围环境,减少太阳辐射和地面反射等。对建筑物本身来说,采用浅色外饰面或采取淋水、蓄水屋面或西墙遮阳设施等,有利于降低室外综合温度。

2)提高外围护构件的防热和散热性能

炎热地区外围护构件应能尽可能隔绝热量传入室内,同时当太阳辐射减弱时和室外气温低于室内气温时能迅速散热,这就要求应合理选择外围护构件的材料和构造形式。带通风间层的外围护构件既能隔热也有利于散热,因为从室外传入的热量由于通风,使传入室内的热量减少,当室外温度下降时,从室内传出的热量又可通过通风间层被带走。在围护构件中增设导热系数小的材料也有利于隔热,利用表层材料的颜色和光滑度能对太阳辐射起反射作用,对防热、降温有一定效果。另外,利用水的蒸发,吸收大量汽化热,可大大减少通过屋顶传入的热量。

隔热措施示意图如图10.16所示。

图10.16　隔热措施示意图

10.4.3　建筑节能

1)建筑节能的意义和节能政策(www.xing528.com)

能源危机是威胁人类社会可持续发展的重大问题。在全世界日益增长的能源消耗中,无论是发达国家还是发展中国家,建筑能耗都是国家总能耗中比重很大的一项。因此,发展和推广使用建筑节能技术可有效缓解全球能源危机,有助于减轻大气污染、降低经济增长对能源的依赖,对社会和经济发展有着重要意义。目前,随着我国经济的不断发展,建筑物能耗的总量和其占总能耗的比例均不断上升,建筑节能日益成为我国经济建设中的又一重大课题。

所谓能源问题,就是指能源开发和利用之间的平衡,即能源生产和消耗之间的关系。我国能源供求平衡一直是紧张的,能源缺口很大,是亟待解决的问题。解决能源问题的根本途径是开源节流,即增加能源和节约能源并重,而在相当长一段时间内节约能源是首要任务,是我国的一项基本国策。在我国制定的能源建设总方针中就规定:“能源的开发和节约并重,近期要把节能放在优先地位,大力开展以节能为中心的技术改造和结构改革。”事实上,世界各国已经把节能提高到继煤、石油、天然气、太阳能、核能之后的第六种能源。

建筑能耗大,占全国能源耗量的1/4以上,而且随着人们生活水平的提高,其能耗比例将有增无减。因此,建筑节能是整体节能的重点。建筑的总能耗包括生产用能、施工用能、日常用能和拆除用能等方面,以日常用能最大。因此,减少日常用能是建筑节能的重点。

2)建筑节能措施

建筑设计在建筑节能中起着重要作用,合理的设计会带来十分可观的节能效益,其节能措施主要有下述几个方面:

①选择有利于节能的建筑朝向,充分利用太阳能(图10.17)。南北朝向比东西朝向建筑耗能少,在建筑面积相同的情况下,主朝向面积越大,这种情况就越明显。

图10.17　太阳能建筑

②设计有利于节能的建筑平面和体型。在体积相同的情况下,建筑物的外表面积越大,采暖制冷负荷也就越大,因此尽可能取小的外表面积。

③改善外围护构件的保温性能,并尽量避免热桥,这是建筑设计中的一项主要节能措施,且节能效果明显。

④改进门窗设计,尽可能将窗面积控制在合理范围内,采用高效节能玻璃,防止门窗缝隙的能量损失等。

⑤重视日照调节与自然通风。理想的日照调节是夏季在确保采光和通风的条件下,尽量防止太阳热进入室内,冬季尽量使太阳热进入室内。

10.4.4　建筑隔声

1)噪声的危害与传播

噪声一般是指一切对人们生活、工作、学习和生产有妨碍的声音。随着社会和经济的发展,各种机电设备、运输工具大量增加,功率越来越大,转速越来越高,噪声声源的数量和强度都大大增加,噪声已成为一种公害。强烈或持续不断的噪声轻则影响休息、学习和工作,对生理、心理和工作效率不利,重则引起听力损害,甚至引发多种疾病。

控制噪声必须采取综合治理措施,包括消除和降低噪声、振动源,降低声源的强度和采取必要的吸声措施。围护构件的隔声是噪声控制的重要内容。声音从室外传入室内,或从一个房间传到另一个房间主要有以下两种途径:

①空气传声。在空气中发生并传播的称为空气传声。空气传声主要通过下述途径:

a.通过围护构件的缝隙直接传声。噪声沿敞开的门窗、各种管道与结构所形成的缝隙和不饱满砂浆灰缝所形成的孔洞在空气中直接传播。

b.通过围护构件的振动传声。声音在传播过程中遇到围护构件时,在声波交变压力作用下,引起构件的强迫振动,将声波传到另一空间。

②撞击传声。通过围护构件本身来传播物体撞击或机械振动所引起的声音,称为撞击传声或固体传声。这种声音主要沿结构传递,如关门时产生的撞击声、楼层上行人的脚步声和机械振动声等均属此类。

虽然声音最终都是通过空气传入人耳,但是这两种噪声的传播特性和传播方式却不同,因此采取的隔声措施也就不同。

2)围护构件隔声途径

(1)对空气传声的隔绝

根据空气传声的传播特点,围护构件的隔声可以采取下列措施:

①增加构件质量。从声波激发构件振动的原理可知,构件越轻,越易引起振动,越重则越不易引起振动。因此,构件的质量越大,隔声能力就越高,设计时可以选择面密度(kg/m2)大的材料。双面抹灰的60mm厚砖墙其空气传声隔声量为32dB,双面抹灰的240mm厚砖墙其隔声量为45dB。

②采用带空气层的双层构件。双层构件的传声是由声源激发起一层材料的振动,振动传到空气层,然后再激起另一层材料的振动。由于空气的弹性变形具有减振作用,所以提高了构件的隔声能力。但是应注意尽量避免和减少构件中出现“声桥”。所谓声桥是指空气间层内出现的实体连接。

③采用多层组合构件。多层组合构件是利用声波在不同介质分界面上产生反射、吸收的原理来达到隔声目的。它可以大大减轻构件的质量,从而减轻整个建筑的结构自重。

(2)对撞击声的隔绝

由于一般建筑材料对撞击声的衰减很小,撞击声常被传到很远的地方,它的隔绝方法与空气传声的隔绝有很大区别。厚重坚实的材料可以有效隔绝空气传声,但隔绝撞击声的效果却很差。相反,多孔材料,如毡、毯、软木、岩棉等隔绝空气声的效果不大,但隔绝撞击声的穿透却较为有效。因此,改善构件隔绝撞击声的能力可从下述几个方面着手:

①设置弹性面层。在构件面层上铺设富有弹性的材料,如地毡、地毯、软木板等,构件表面接受撞击时,由于面层的弹性变形,减弱了撞击能量。

②设置弹性夹层。在面层和结构层或两结构层之间设置一层弹性材料,如刨花板、岩棉、泡沫塑料等,将面层和结构层或两结构层完全隔开,切断了撞击声的传递路线,在构造处理上应尽量避免“声桥”的产生。

③采用带空气层的双层结构。这里利用隔绝空气的办法来降低撞击声,是利用空气弹性变形具有减振作用的原理来提高隔绝撞击声的能力。