大型公共建筑圍護結構節能改造的幾項關鍵技術分析

李炳森

新疆昊辰建筑規劃設計研究院有限公司，中國·新疆 昌吉 831100

在城市化不斷推進的過程中，建筑行業始終保持著高速發展的趨勢，建筑能耗成為制約國民經濟穩定增長的瓶頸。目前，中國建筑業發展迅速，在節能環保方面也取得了不錯的成績。行業內專業人士認為建筑圍護結構的傳熱系數是衡量外部圍護結構熱動性能的基本標準。建筑的外圍護結構主要包括屋面、外墻、門窗、架空樓板、周邊地面和地下室外墻等，論文著重從屋面、外墻、門窗這三個部分來闡述有效的節能改造技術措施。

大型建筑；圍護結構；綠化屋面；通風窗口；隔熱面板

1 引言

建筑能耗指的是公共建筑和居住建筑在運行過程中所產生的能耗，廣義的建筑節能是指從建筑材料的選擇到運行維護等全壽命周期過程中，都要在節能意識的指導下，將建筑能耗降到最低。但狹義的建筑節能就是指在運行過程中通過相關技術降低整個建筑運營能耗。綠色建筑將可持續發展的理念引入建筑領域，是未來建筑行業的主導趨勢。當前，建筑節能服務市場已經進入快速發展的階段，迫切需要節能技術的支持和推動。

2 大型公共建筑圍護結構節能改造的現狀

2.1 節能改造的現狀

在全球能源危機的嚴峻局勢下，節能減耗成為各行各業的要求。建筑能耗在中國總能耗中的比重越來越大，所以建筑節能是亟待落實的問題。從中國目前建筑行業的總體情況來看，能耗過高已經是建筑業持續發展的主要因素之一。中國建筑業節能方向逐漸由單一的轉變為多元化，也是能體現各種節能技術措施的過程。加大對相關技術的研究，才能使得節能技術不斷改進和完善。在建筑節能領域，新建建筑和既有建筑節能改造是需要同步進行的。由于既有建筑的數量較多，一定意義上，對既有建筑的節能改造是整個建筑行業節能改造的重頭戲。而對建筑圍護結構進行結構改造是建筑的首要問題。通過對既有建筑的圍護結構進行改造來達到節能目標的要求，可以采取的手段是多種多樣的，但是基本的原理都是為了減小負荷。

2.2 大型公共建筑節能改造的內涵

近年來，中國的城市化進程不斷加快，對于一些大型公共建筑增加的現狀，建筑行業需要快速推進圍護結構的節能改造，諸如辦公建筑、商業建筑、旅游建筑、科教文衛建筑、通信建筑以及交通運輸用房等建筑。依據《公共建筑節能設計標準》GB50189-2015 中對公共建筑圍護結構進行節能改造的要求，可以有效降低能耗，提高室內的舒適度[1]。這些大型公共建筑是城市化進行必不可少的基礎設施，但是在建設的過程中，對建筑能耗方面考慮不夠周全也是現實存在的問題。許多建筑施工的管理人員和技術人員等節能意識不足，導致很多大型公共建筑都成為高能耗建筑的代表。尤其是一些年代較為久遠的大型公共建筑，建筑能耗的問題更為嚴重。早期對于建筑能耗并沒有明確的規范約束，所以大型建筑都需要進行節能改造。

3 大型公共建筑圍護結構節能改造的關鍵技術

建筑的圍護結構主要包括屋面、外墻和窗戶，對圍護結構進行節能改造就是對這三個部分進行有效的節能技術措施。

3.1 屋面的節能改造

大型公共建筑的屋面節能改造較為復雜，且具有一定系統性的要求。要想達到最佳的節能改造效果，需要結合工程的實際情況進行研判，選擇最佳的技術措施。由于屋頂需要兼顧保溫、隔熱等方面的功能要求，所以具體操作中有許多值得注意的地方。相較于傳統屋面，倒置式的屋面具有許多優越性。它可以將保溫材料設置在防水層之間，這就使得建筑結構更加簡單，且保溫層對于防水層而言，也起到了保護作用，能夠延長屋面防水層的使用壽命。且倒置式屋面的保溫隔熱性能更加良好，抗壓強度較高，使用起來更加簡便快捷。雖然總體而言，倒置式屋面的造價要比傳統屋面要高，但是從長遠效益來看，長期使用的經濟合理性也較高。其次，還可以選擇用通風屋頂代替傳統的屋頂。通風屋頂從字面上可以理解成有利于通風的屋頂，在南方城市因為氣候原因應用較為普遍，能夠保證建筑室內空間空氣流動，在空氣流動過程中帶走大量的熱量[2]。所以通風工程的最大優點就是可以大幅度進行自然的熱能量交換，使得隔熱效果更加明顯地同時，耗能較低。綠化屋面也是在積極推廣地節能措施之一，它地建筑結構是將屋面作為太陽光、雨水等接觸地界面，城市中地屋面面積占比較大，將屋面作為直接接觸的界面可以起到明顯的節能效果。因為綠化屋面冬天可以起到一定的保溫作用，夏天也能很好的隔熱。以農村為例，北方農村大部分既有住宅的屋頂為石灰焦渣平屋頂、石板瓦坡屋頂，少數采用鋼筋混凝土平屋頂。由于農村住宅高大，可以采用吊頂來設置輕質保溫材料，使屋頂和吊頂之間有空氣間層，可以起到隔熱作用，提高住宅屋頂熱阻，有一定的節能效果。在坡屋頂上還可設置通風換氣裝置，如天窗、氣窗等，不僅增加了美觀性，而且又提高其實用性能，增強了坡屋頂的利用率和夏季隔熱效果。

3.2 外墻的節能改造

外墻是大型公共建筑外部圍護結構的重要組成部分之一，常用的外墻節能是更換具有節能效果的材料。首先，性價比較高的巖棉材料巖棉主要是一種天然的巖石在高溫狀態下逐漸形成的無機材料，不能燃燒，纖維長且柔軟，能夠隔熱和隔冷，且不容易受潮、耐腐蝕性較強，有著良好的隔音效果，當前許多的建筑都是采用該建筑材料，這種材料不僅耐使用，且價格也比較低，巖棉板通常被用于外墻的保溫，且置于建筑外側，防火防潮極佳，保溫隔音效果極強，是節能建筑施工過程中的首先材料。其次，膨脹聚苯乙烯板，這種板可以根據節能設計的要求來選擇不同的厚度，厚度不同，節能效用不同。選擇合適的厚度后再將板黏貼在外墻上，最后在板外敷上耐堿的面層涂料即可。膨脹聚苯乙烯板的耐低溫性能強，且加工的成本較低、過程較為簡單。另外，PU 板的應用也較為廣泛。PU 板是一種油基層、保溫層、防潮層、抗裂層等構成的高節能標準的材料。它的結構致使其具有優越的保溫隔熱性能，穩定性也更強[3]。這種材料也可以防火，所以使用其作為外墻的一部分，可以保證公共建筑的圍護功能更加完善。建筑外墻所采用的保溫材料不同，其保溫效果也會有很大的差異，因此，在選擇建筑外墻節能材料的時候，應當根據相關標準和要求，且必須要盡量充分考慮建筑的整體狀況，節能材料主要是絕熱材料，能夠有效保障建筑結構主體不受損壞，且有著良好的隔熱與保暖效果。所以最好是將三者結合起來使用，根據施工的環境判斷后，選擇最合適的材料[4]。

3.3 窗戶的節能改造

窗戶的節能改造主要是進一步提高外窗的保溫性能，使室內達到適宜溫度，減少不必要的能耗。為了提高窗戶的氣密性、水密性、抗風壓等性能，改進熱工性能的指標，可以對窗戶進行夾層的方式。在采取加層方式改進外窗后，需要對其采取一定的預防結露的狀況。除此之外，窗戶還需要提高遮陽性能，這種性能可以通過增設遮陽卷簾等來實現。外窗除了玻璃是節能改造可以入手的地方之外，針對窗框也可以采取一定的措施。窗框作為窗戶的一部分，其材料和形式都整個窗戶的節能性能有著直接影響。許多現有的窗框都是塑鋼材料，雖然有一定的優點，但是塑鋼材料容易變形且耐久性較差，也是比較明顯的不斷。所以在風荷載大的地方就不具有優越性。以窗框材料為例，窗框材料木材的導熱率很低，使得木門窗框擁有極佳的隔熱保溫性能。塑料的導熱率低，保溫隔熱性能優良，氣密性好，但剛性差，通常會加工成塑鋼復合型材。合金窗框輕質耐用，易塑形、易保養、抗風抗壓性能也較好，但其耐腐蝕性差，膨脹系數高，保溫隔熱性能極差。玻璃鋼型材門窗膨脹系數低、氣密性佳、傳熱系數低、保溫隔熱能力強，彈性模量高，剛性好，耐腐蝕、嚴寒、高溫，適用環境范圍廣。

4 大型公共建筑圍護結構節能改造的注意事項

4.1 存在的問題

新穎的建筑群為城市注入了青春和活力，也產生了大量的問題。絕大多數節能改造的大型公共建筑的業主對節能意識還沒有給予應有的重視，因為節能效益是一個長期積累的過程，很多效益在短期內并沒有直接察覺，所以很多業主在節能改造的過程中，都是因為政策使然，而非察覺到節能的積極意義。因為缺乏專業知識，很多時候的節能改造在具體的施工過程中容易出現摩擦，涉及的施工單位和設備供應商等也會存在不必要的摩擦。進行節能改造是一個需要資金支持的活動，如果缺乏足夠的節能改造資金，就會影響大型公共建筑實施節能改造[5]。政府機構對一些大型公共建筑的節能改造會承擔一部分的支出，但是當前推動公共建筑節能改造的公共財政資金也處于相對匱乏的狀態，所以嚴重影響機構推進節能工作。目前大部分的節能服務公司都僅僅是在節能咨詢、技術改進等方面推動公共建筑節能工作，但是公共建筑節能領域發展的時間較晚，很多節能服務公司的業務并不完善。大型公共建筑節能改造項目規模大，資金投入大，會影響節能服務公司進一步開拓市場等。這些存在利益的團體在對一些具有長遠效益的項目推進上，可能積極性會較低。

4.2 注意的細節

在對大型公共建筑的屋面進行節能改造時，需要結合工程所在的自然氣候條件以及施工要求，要做好對關鍵部位的防水處理，使得建筑在完善保溫隔熱等性能的同時，達到節能的效果。針對外墻的施工狀況，首先要將基層墻體的表面清理干凈，如果存在凹凸較為明顯的坑面，需要先進行補平鏟平，避免在施工后出現問題時，解決的成本更大。另外，環境的平均溫度也會影響施工效果，所以需要避免在高溫嚴寒的時候進行施工，具體施工時，也需要嚴格按照要求進行。如果施工環境無法改變，就需要在施工時更加嚴格要求，在施工后要對一些容易出現安全和質量問題的細節進行審核確認，直到無誤后才能使用。

5 結語

中國建筑外部圍護結構的熱工性能相較于其他發達國家，有著明顯的落后。尤其是采暖空調的能耗要高出許多，這也是中國建筑外墻和屋頂的單位面積相較于其他國家的能耗，要多處好幾倍的原因。建筑能耗越高，也說明中國在建筑圍護結構方面的節能改造有著巨大的潛力。