现代建筑节能设计分析探讨

　　摘要：随着我国国民经济的快速发展和能源供应的同益紧缺，节约能源己成为我国可持续发展的重要战略，建筑作为能耗大户，建筑节能工作己刻不容缓。本文正是在这样的背景下，从建筑节能设计出发，对建筑节能如何有效效利用太阳辐射热能等问题进行了探讨，并提出了自己的观点，走近自然、和谐、生态、智能的节能设计发展思路。
　　关键词：现代建筑；节能设计；围护结构；舒适性；内外保温；
　　1前言
　　随着国家科学发展观的提出，建筑节能工作近几年被日益重视，相关的设计规范、施工验收规范也不断推出，在工程实践中，关于建筑节能的理解和实施还存在很大的讨论空间，以下几点是笔者在设计和施工服务中对建筑节能的几点体会。
　　2围护结构的热阻和结露
　　结露是指围护结构表面温度低于附近空气露点温度时，在其表面出现冷凝水的现象。根据传热理论，当围护结构两侧存在有温差时，热量由温度高的一侧流向温度低的一侧，温度也随之由高到低，传热量、温度差与热阻相关，其传热过程和温度变化曲线如图1所示。
　　
　　图1围护结构的传热过程
　　图1表示在室内温度高于室外温度时的温度变化曲线，其中tn表示室内温度，tw表示室外温度，tn1表示围护结构内表面温度，在稳态传热的条件下，tn与tn1的差值由内表面放热系数所构成的热阻与围护结构总热阻的比例确定。对于不允许围护结构内表面结露的建筑物，只要保证tn1大于室内空气状态下的露点温度td，就可以避免结露。
　　由于围护结构的热阻，室内外的温度变化经历了几个阶段的变化，围护结构也就是我们平常理解的墙体部位，在材料均匀、稳定传热的假定条件下，温度的变化是线性变化，保温层部分由于热阻较大，温降也较大。
　　3建筑节能对室内舒适性的影响
　　从前面的分析可以看出由于建筑采取节能措施后，墙体部位的热阻增加，内外表面的温度降加大，相应的围护结构内表面温度提高了，图2是假定室内18℃、室外0℃时，节能建筑和普通建筑内表面温度的对比。
　　
　　图2节能建筑与普通建筑的内表面温度对比
　　由于内表面温度的提高，结露的可能性降低，室内因温度差形成的气流也小了，更重要的是人在室内活动时，人体向围护结构的辐射传热量降低了，同样的室内温度而人的舒适感提高了，这也可以解释为什么在没有采取节能措施的房间里围着火炉取暖时，面朝火炉的一面很热而背后仍然是冷飕飕的令人不舒服。
　　图2所表示的是冬季室外温度低于室内温度的情况，在夏季室外温度高于室内温度时，保温房间内表面温度要低于未采取保温措施的建筑，室内人员的烤热感大大降低，室内人员的舒适感加强了。加强保温可以提高室内舒适感，但以此为理由推论出保温层越厚越好也不恰当，对于上海这种夏热冬冷地区来说，夏季防热也是要重点考虑的，打个比方就是人穿衣服要适当，过度保温就象是夏天捂个大棉袄，室内人员活动、灯光设备的散热不易散出，室内热量需要通过空调制冷带出，反而违背了建筑节能的初衷。以上海地区的建筑为例，适当的保温并采取通风换气的措施是比较合理的方案。
　　4建筑材料含水率对保温性能的影响
　　围护结构的热阻主要由建筑材料的导热系数确定，而建筑材料的含水率对材料导热系数有非常直接的影响。根据资料介绍，一般建筑材料每增加1%，其导热系数增加约为4～8%，增加幅度随材料不同而不同，而且同一种材料在不同含水率的条件下，其导热系数增长不一定呈线性关系。表1列出了几种常见的建筑材料在不同体积含水率条件下的导热系数。
　　可以推断，对于建筑物的围护结构，室外的风霜雨雪、室内的散湿情况都会对其材料的含水率产生影响并加大其导热系数。就算是在设计中严格按要求设计了围护结构的热工性能，但如果没有考虑其受含水率变化的影响，围护结构仍然有可能会出现结露。为解决这一问题，根本的办法是在建筑构造上采取措施，即在保温层外设置隔汽层，防止水汽进入保温材料导致导热系数增大。对于一般的建筑，由于室内没有明显的散湿，主要是受室外气象因素的影响，一般将隔汽层设在室外侧。实践表明，设置隔汽层可以有效地防止围护结构内部冷凝受潮。
　　表1

　　5内保温与外保温
　　内保温还是外保温？在设计中我们常常被问到类似这样的问题。一般来说内保温施工简单，费用低，常被建设单位青睐，外保温则具有对户内使用面积影响小，不存在室内装修施工破坏因素的影响等优点。如果深层次地分析，内保温由于将建筑围护结构的基体材料隔在外边，建筑蓄热能力小，温度变化快，波动也快，但相应的建筑围护结构基体材料的内外表面温差加大，温度应力增加，出现裂纹的可能性增加，因此在屋顶保温中是要求保温层外置。外保温则相反，由于蓄热能力的增加，建筑内温度变化慢，波动小，舒适性较好。
　　如果说建筑为使用时间不长、间断使用的公共建筑，采用内保温对节能较为有利，而对使用时间较长、室内人员较为稳定的建筑如住宅楼、宾馆、办公楼等，外保温较好。
　　6热桥部位的形成与对策
　　由于建筑材料材质的不均匀或是在同一断面上采用不同材料所造成的围护结构热阻的差异称为热桥，其根本原因是材料的导热系数不同造成的。热桥可以视为围护结构上的薄弱环节，它将使围护结构的热阻小于计算得出的理论热阻。热桥的存在使我们可以经常看到结露最先是在一个局部产生，这一部位也必然是热桥部位。对于不允许外墙和顶棚内表面结露的房间，设计应保证热桥部位的内表面温度高于室内空气的露点温度。
　　在实际工程中，热桥的产生是不可避免的，雨棚、空调机搁板、遮阳板、梁柱部位均是热桥部位。一般说来对于由材质不均匀导致的热桥可以在计算中考虑对其导热系数加保险系数的方法解决；对于大面积有规律的围护结构如红砖砌体、水泥沙浆砌筑加气混凝土条形板等可以采用综合热阻来计算；对于局部土建梁、柱等引起的热桥则可局部校验并局部加强保温。
　　在保温施工的标准图中，对于阳台、窗套、空调机板等外挑热桥部位，是要求保温层覆盖保温，但施工中往往难以实施，大多采取保温砂浆加厚的措施，而保温砂浆在热工性能上比保温材料还是相差很大，应核算这些部位的热阻是否满足不结露要求，如不满足则建议增加局部内保温措施。
　　7有效利用太阳辐射热
　　对于上海地区来说，气候特点是夏热冬冷，防热要求与保温要求同等重要，而太阳辐射热的引入对冬季采暖有利，夏季空调不利，能否因势利导、有效利用成为我们经常探讨的话题。上海地区冬季和夏季的太阳入射角不同，夏季大而冬季小，在南向外窗、阳台门上设遮阳板时可以根据入射角计算遮阳板的最佳宽度，在夏季阳光不直接射入室内，而冬季阳光可以最大幅度地射入室内，这样就可以实现有效利用太阳辐射热的目的了。
　　8结语
　　建筑节能不仅在节约能源上有积极意义，在防止围护结构内表面结露、提高建筑内人员舒适性方面也有其实际意义，因地制宜结合湖南当地气候条件正确处理好夏季防热和冬季保温的关系才是科学的观点。在实际工程中，建筑材料含水率的变化对传热性能有较大的影响，而多种多样的建筑构造又导致热桥的出现不可避免，对热桥部位的校核验算和采取补救措施是必须的。对于上海这样的夏热冬冷地区，有效利用太阳辐射热是在建筑外窗和遮阳设计中必须考虑的因素。