非透明建筑幕墻的保溫、隔熱及其構(gòu)造

就建筑外圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能來講，分為透明部分和非透明部分。建筑幕墻一般來講，玻璃幕墻、外門窗、采光頂為透明部分幕墻。非透明幕墻是相對透明幕墻而言的，在《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》（GB50189-2005）中對透明幕墻（transparent curtain wall）有明確的定義，既可見光可直接透射入室內(nèi)的幕墻。 也就是說，可見光不能透過的幕墻部分為非透明幕墻。對于非透明幕墻，如金屬幕墻、石材幕墻、陶土板幕墻、瓷板幕墻等等，沒有透明玻璃幕墻所要求的自然采光、視覺通透等功能要求，從節(jié)能的角度考慮，應(yīng)該作為實墻對待。但是根據(jù)建筑幕墻的定義，建筑幕墻（curtain wall for building）是由面板與支承結(jié)構(gòu)體系（支承裝置與支承結(jié)構(gòu)）組成的、可相對主體結(jié)構(gòu)有一定位移能力或自身有一定變形能力、不承擔主體結(jié)構(gòu)所受作用的建筑外圍護墻。也就是說，其構(gòu)造的主體必須是由面層材料和支撐體系構(gòu)成的，而支撐體系必須和建筑的主體結(jié)構(gòu)有效連接。正因為如此，由于幕墻獨立支撐結(jié)構(gòu)的原因，在幕墻面層與內(nèi)側(cè)墻體之間會形成一個空氣間層，這是非透明幕墻構(gòu)造的最重要特點，也是不同于其他實墻的最大差別。

　　因此，空氣層在幕墻節(jié)能構(gòu)造中的作用和空氣層的熱工性能應(yīng)當給與重視和了解，這在實際工程設(shè)計時非常重要，優(yōu)秀的設(shè)計可達到事半功倍的效果，否則適得其反，甚至構(gòu)造失效，反而不如單一墻體的保溫節(jié)能構(gòu)造。所以可以說非透明幕墻的節(jié)能實際上是圍繞著空氣間層來進行設(shè)計的。

　　1. 關(guān)于保溫和隔熱
　　討論非透明幕墻的節(jié)能，實質(zhì)上是尋求對其作為建筑外圍護墻體的傳熱過程的控制程度。而傳熱的方向性又決定了墻體的構(gòu)造形式，外界氣候的狀況決定了其發(fā)揮功能性作用的特點。所以，我們講本質(zhì)上是斷熱，但對傳熱方向的傾向決定了是保溫為主的保溫構(gòu)造，還是防止熱量侵入為主的隔熱構(gòu)造。

　　所謂圍護墻體的斷熱性，一方面雖然阻止了夏季室外熱量的進入，同時也保證在冬季寒冷季節(jié)室內(nèi)熱量的存留。最初考慮為盡量在冬季減少室內(nèi)熱損失，采取保溫措施為宜，夏季盡量減少日照和室外熱空氣進入室內(nèi)，隔熱則是最有效的方法。減少采暖和制冷設(shè)備的能量損失，保溫和隔熱是不可缺少的。也有一種觀點：夏季住宅應(yīng)以“開放”為主，冬季則以“封閉”為主。在我國的夏熱冬冷地區(qū)、寒冷地區(qū)，部分嚴寒地區(qū)幾乎都需要室內(nèi)冬季采暖，夏季輔助制冷，或夏季制冷，冬季輔助采暖，既“封閉型”和“開放型”的概念，這也包含了過渡性季節(jié)，如春、秋季節(jié)的通風換氣和散熱過程，也屬“開放型”的設(shè)計。

　　歸納起來，斷熱性墻體的節(jié)能效率表現(xiàn)在三個方面：

　　（1）大幅度減少冬季失熱和夏季得熱；

　　（2）由于保持了在冬季室內(nèi)一側(cè)的較高溫度，反之夏季時則保持了室內(nèi)側(cè)較低的溫度，從而提高了室內(nèi)溫度的舒適性；

　　（3）有效降低了冬季室內(nèi)結(jié)露的可能性。在熱容量較大的墻體外側(cè)做保溫隔熱處理，可利用混凝土墻熱容量較大的特點作為蓄熱體。反之，當室內(nèi)側(cè)做保溫隔熱處理時，難以將墻體作為蓄熱體利用，容易導致室內(nèi)測溫度變化和溫度不均勻而結(jié)露。

　　 由此分析，所謂斷熱只是一個綜合性描述的概念，實際上包含了保溫和隔熱兩個不同的概念，區(qū)分的實質(zhì)是熱流的遷移方向。根據(jù)不同的氣候環(huán)境條件設(shè)計時，無非面臨保溫、隔熱、或兩者兼顧的判斷分析而已。

　　目前國內(nèi)的外墻保溫主要有三種形式，即外墻外保溫、外墻內(nèi)保溫和墻體自保溫。其中外墻外保溫為主要保溫形式，保溫材料主要為有機材料。內(nèi)保溫的構(gòu)造形式與外保溫基本相同，不同的是保護層多采用石膏類產(chǎn)品。外墻自保溫系統(tǒng)指墻體自身采用保溫材料或使用保溫材料作為墻體結(jié)構(gòu)一部分的復合墻體，主要有無機保溫砌塊墻體、夾心保溫砌塊墻體、木結(jié)構(gòu)墻體、夾芯板墻體等。目前，幕墻保溫大多采用外保溫形式。

　　所謂外保溫，既在圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)設(shè)置保溫層，不僅限于采用保溫材料，而且通過施工形成保溫構(gòu)造。外保溫所依據(jù)的主體結(jié)構(gòu)有多種形式，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)等等。

　　做外保溫時，需要將保溫材料將主體結(jié)構(gòu)的非透明部分全部包覆，并防止保溫缺陷和冷橋的出現(xiàn)。同時，能夠使主要保溫構(gòu)造材料的熱膨脹和收縮達到最小限度，減輕疲勞。另外，外保溫構(gòu)造能夠保證室內(nèi)發(fā)生的水蒸氣向室外大氣中排放。一般情況下，室內(nèi)的濕度大于室外，水蒸氣通常有時內(nèi)向室外移動。從節(jié)能的角度看，墻體采用混凝土類的熱容量較大的墻體材料有利于夏季空調(diào)房間。但是外保溫也有不利的方面，在屋外側(cè)設(shè)置外保溫時必須解決防火、防雨、防風壓等帶來的難題，還要考慮與主體結(jié)構(gòu)連接的金屬件的防腐和強度、幕墻面層材料的各項耐候性、甚至自然日光下的揮發(fā)有害氣體的發(fā)生等諸多問題。

　　幕墻的隔熱體現(xiàn)在兩個方面，首先是幕墻面層材料對輻射的阻擋，其次是利用幕墻面層后部空氣層的煙囪效應(yīng)排放熱量。實際上此時的幕墻面層起到了一個“遮陽”作用，即使由于面層本身的材料熱工特點將熱量向空氣層輻射，空氣層由于溫度升高氣流上升，將熱量釋放，而不進入室內(nèi)一側(cè)。

　　我國北方嚴寒、寒冷地區(qū)主要考慮建筑的冬季防寒保溫，限制和防止建筑物內(nèi)熱量向室外流失，其建筑圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)對建筑的采暖能耗影響很大。因此，在嚴寒、寒冷地區(qū)的非透明幕墻的設(shè)計應(yīng)以保溫為主，圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的限值要求較高。

　　夏熱冬冷地區(qū)既要滿足冬季保溫又要考慮夏季的隔熱，不同于北方采暖建筑主要考慮單向的傳熱過程。既非透明幕墻的設(shè)計以綜合斷熱為主，一方面要考慮夏季太陽及環(huán)境的二次輻射導致熱量向室內(nèi)遷移，同時也要考慮冬季室內(nèi)熱量的散失，具有保溫、隔熱的雙重功能。根據(jù)資料，上海、南京、武漢、重慶、成都等地節(jié)能居住建筑試點工程的實際測試數(shù)據(jù)和DOE-2程序能耗分析的結(jié)果都表明，在這一地區(qū)當改變圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)時，隨著K值的減少，能耗指標的降低并非按線性規(guī)律變化，對于公共建筑（辦公樓、商場、賓館等）當屋面K值降為0.8W/（m²K）,外墻平均K值降為1.1W/（m²K）時，再減小K值對降低建筑能耗已不明顯。

　　夏熱冬暖地區(qū)主要考慮建筑的夏季隔熱，太陽輻射對建筑能耗的影響很大。太陽輻射通過幕墻面層透過空氣層和墻體進入室內(nèi)的熱量是造成夏季室內(nèi)過熱的主要原因之一，同時還要考慮在自然通風條件下建筑熱濕過程的雙向傳遞，不能簡單地采用降低墻體的傳熱系數(shù)，增加保溫隔熱材料厚度來達到節(jié)約能耗的目的，因此，這是一個兼顧隔熱和防濕蒸汽的雙重要求，在設(shè)計時要采取相應(yīng)防潮層和濕蒸汽通道等措施加以實現(xiàn)。非同名部分圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的限值要求并不高。

　　圖1是各種墻體的保溫構(gòu)造示意圖。

　　a是混凝土素面墻體，具有夏季傳熱，冬季散熱，結(jié)露等熱容量的副作用；

　　b是保溫隔熱墻體，具有夏季遮陽、冬季保溫的作用；

　　c是內(nèi)保溫構(gòu)造，由于隔離了混凝土的熱容量，所以具有不受其影響的特點；

　　d是外保溫構(gòu)造，具有將冬季、夏季產(chǎn)生熱量進行蓄熱、蓄冷的作用；

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