生态建筑学:保温技术与建筑密闭性

节能建筑的一个重要指标就是保温性能。不同保温材料的保温性能有所不同，并可分为对潮湿敏感和不敏感两种。保温性能不仅取决于所使用保温材料的类型和厚度，还决定于建筑的热惰性、防潮性能和气密性。材料或建筑的保温性能用U值衡量[传热系数，中国称为K值，单位是W/（m2· K）]。

1）保温层厚度

回顾过去，可以看出建筑保温层的厚度随着石油价格的上升而增加。20世纪70年代在瑞典，建筑的外墙和屋顶用10 cm厚保温层还很常见。70年代石油危机之后，保温层厚度翻倍了。超级保温建筑中的保温层厚度外墙达到30—40 cm，屋顶达到50—60 cm，基础大约是20—30 cm（图2-33）。有人尝试从建筑全生命周期角度计算最适宜的墙体厚度，结果当然取决于未来能源的价格。成本曲线非常平缓，意味着性能优越的保温墙体不会多花费多少，尤其是屋顶保温造成的成本增量更为有限，因为建筑基础和屋面的尺寸并不增加（图2-34）。这种情况下的问题是，现行的建筑规范规定的建设容积率是按照建筑外墙计算面积，而墙体越厚，保温性能越好，但使用面积也越小。因此有必要制定新的以实际使用面积作为规划控制指标的建筑规范^[2]。

（1）U值。U值（传热系数，中国为K值）是衡量建筑保温性能的物理参数，是用λ值[导热系数，单位是W/（m · K）]除以墙体厚度得出的，单位为W/（m2· K）。最好的保温材料λ值在0.035 到0.055 W/（m · K）之间（表2-2）。最近已有U值特别低（意味着性能特别好）的保温材料出现。这种材料建立在热力学基础上，可以建造更薄并且更保温的墙体。如由德国伯克森（Porextherm）公司生产的Vacupor牌保温板，在金属箔之间的真空里填充气相二氧化硅，λ值仅0.005 W/（m · K）。不过它们价格昂贵。

（2）热桥及对流。保温层越厚，保温层中产生对流的可能性就越大，越需注意避免结构中热桥的出现。热从热桥流失。热桥处会出现冷凝问题，常常表现为墙壁和屋顶内部的脏损。结构穿透保温层、建筑外墙有开洞时（比如窗户、门以及烟囱）、设计没有提供完备的保温构造或保温层太薄弱时都会出现热桥（图2-35）。可以通过设置多层保温或选择材质致密的保温材料来避免对流。在材料中矿棉就比纤维素纤维更容易出现对流。

2）密闭性

要使一栋建筑节能，不仅需要好的保温，还要有好的密闭性，避免热量在不知不觉中流失。漏缝易存在于建筑构件的交接处或两种结构基础的接缝处。如果没有良好的密封层，漏缝还可能出现于结构本身。

图2-33　瑞典建筑保温层的发展（单位：mm）

建筑标准和建造方法随着石油价格的上涨和环境意识的觉醒而进化

表2-2　两栋联排住宅中的保温层厚度和U值比较

注：一栋为普通联排住宅，另一栋是2002年建成的位于瑞典林铎斯（Lindås）的联排住宅——它是没有传统供暖系统的被动式住宅。

（1）漏缝。建筑由众多构件组成，这些构件的接缝处容易形成漏缝。漏缝形成的原因可能是建造中的疏忽或是墙体、楼板结构的活动，比如由木头建造的房屋一直处于动态变化之中。木头是一种体积随湿度改变的材料，木头干燥时会收缩，因而会出现漏缝。因此要注意密封材料的连续性，所有接缝都要叠合并压紧。以下是需要特别注意的关键部位：① 外墙和地板交接处；② 窗框和墙体交接处；③ 窗扉和窗框交接处；④ 屋顶的结构支撑处；⑤ 内墙和外墙交接处；⑥ 管道穿越结构处；⑦ 外墙上的设备箱盒（图2-36至图2-39）。

（2）接缝与密封层。接缝处需精心设计密室填充。密封层在交接处应该设计相互交叠并紧密压实，比如使用压条。聚氨酯泡沫仍广泛用于填充接缝，而生态建筑中更偏向使用亚麻和纤维条。在一般施工中经常使用不透气的塑料片作为密封材料。而在生态建筑中，则使用抗渗纸板、实木纤维板或透气的塑料，目的是为了避免结构中囿积潮气（图2-40）。

（3）潮气与室内正压。建筑应具备良好的气密性以避免潮气损害。如果天花板不是防渗的，室内温暖潮湿的空气就会上升到顶部接触寒冷的屋顶，从而造成冷凝和发霉。另一个提高建筑气密性的原因是通风系统形成的室内正压。

（4）密封条。密封条用以密封门窗，通常由纺织物或三元乙丙橡胶制成。能源危机后人们普遍接受用密封条密封窗户和门（图2-41）。提高建筑密封性当然很好，但是在很多老建筑中门窗的缝隙是通风系统的组成部分。改造这样的建筑时，可保留部分缝隙，让新鲜空气进入室内。

（5）气密性检测。由于建筑气密性的标准不断提高，有必要对检测建筑气密性的方法有所了解，以便检查承包者是否达到了合同要求。建筑气密性用压力法检测（图2-42）。借助风扇的作用，在建筑内部产生正压和负压区域。通过确立正、负压区域间的平均气流值，可以得到一个标准值，同时确定建筑的容积。建筑的气密性一般用单位时间内空气的交换量衡量。用热成像摄影技术可以发现结构中导致热泄露的部位（图2-43）。

图2-34　通过叠加不同曲线计算得出的墙体最佳保温厚度

曲线1是建造不同厚度墙体的成本，曲线2是给建筑供暖的能源成本。20世纪90年代前半段，最佳保温厚度是大约28 cm（曲线3，点A），但如果能源价格上升最佳厚度也会增加（曲线4）。资料源于比约　卡尔松（Björn Karlsson）教授

图2-35　热桥

如果建筑设计考虑不周或施工质量不好，很容易出现热桥(www.xing528.com)

图2-36　建筑中需重点考虑的薄弱环节示意图

建筑应尽量密闭以避免热渗透节省能源。密闭性取决于建筑构件连接处细部设计

图2-37　卡尔松　胡斯　依科曼（Karlson Hus Ekomer）项目的墙体和基础保温

墙体内的密封材料是类似GoreTex的透气材料，可使水蒸气渗透。室内面层的抗渗性较强，避免出现潮湿，水蒸气温度较高的建筑内部向温度较低的外部流动。构造和施工需确保墙体干燥而不会聚集潮气。资料源于卡尔松建筑工业公司（Karlson Husindustrier AB）

图2-38　外墙和基础的交界处

此交界处是一处需要重点关注的部位。此图显示了避免热桥的一个可行办法。资料源于森门塔（Cementa）

图2-39　节能建筑

图2-40　窗户接缝示意图

节能建筑应该具有良好的密封性。如果使用纸板或实木纤维板作为密封材料，外窗的接缝处需要精心施工

图2-41　窗户密封条施工示意图

在窗户和门四周设置密封条，在预制构件之间填充密封材料（如纤维素纤维、亚麻或椰壳纤维）

图2-42　气密性检测设备示意图

提高建筑气密性对于降低建筑能耗十分重要。密封层的施工工艺和细部设计应该力求精确。气密性可以通过压力法检测

图2-43　热成像摄影

不同深浅的颜色表示不同的表面温度。热成像摄影揭示了结构中导致热泄露的部位