高層建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體節(jié)能技術(shù)及方法探討

彭 國(guó) 運(yùn)

(河南五建建設(shè)集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450000)

1 工程案例

本文以某工程項(xiàng)目高層住宅樓為模擬對(duì)象，高層建筑為坐北朝南的房屋，建筑中具體層高約為2.7 m，整體高度達(dá)到28層，戶型均為一梯兩戶，每戶的房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)均為三室兩廳，電梯兩部。在建立能耗模擬模型的過程中，對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行了系統(tǒng)化分析，并且結(jié)合工程項(xiàng)目的平面圖建立了有效的施工方案，高層建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體作為項(xiàng)目重點(diǎn)，對(duì)門窗和內(nèi)熱源進(jìn)行了分析(見圖1，圖2)。

結(jié)合圖表得出相應(yīng)結(jié)論，墻體的熱量在每天的中午時(shí)刻最強(qiáng)，早晚熱量有所下降，因此，對(duì)高層住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行傳熱處理具有一定的實(shí)際價(jià)值，要結(jié)合能耗數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，除了要對(duì)建筑面積采暖能耗、空調(diào)能耗進(jìn)行分析外，也要對(duì)單位建筑面積模型的相似建筑予以對(duì)比數(shù)據(jù)處理[1]。

結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，要建立健全具有實(shí)際應(yīng)用的墻體節(jié)能設(shè)計(jì)機(jī)制。本文主要采用的是在模型墻體內(nèi)增加80 mm的聚氨酯硬泡沫塑料，能有效降低墻體自身的傳導(dǎo)熱系數(shù)，圍護(hù)整體管理效果和節(jié)能水平，保證應(yīng)用分析和框架整合結(jié)構(gòu)的完整性。在進(jìn)行相關(guān)操作后，對(duì)比分析負(fù)荷信息，有明顯的降低。除此之外，施工部門外部窗戶改為高透性能的空玻璃窗，將軟件中太陽(yáng)能系數(shù)設(shè)置為0.48，整體傳熱效果也發(fā)生改變，能保證這樣的相關(guān)參數(shù)得以實(shí)現(xiàn)全面優(yōu)化。在改變實(shí)際參數(shù)后，對(duì)相關(guān)情況進(jìn)行了數(shù)據(jù)對(duì)比分析，得出相應(yīng)的能耗結(jié)論，整體高層建筑結(jié)構(gòu)墻體的能耗數(shù)值已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，盡管采暖季熱負(fù)荷數(shù)量改變較少，但是整體節(jié)能效果十分明顯。

2 高層建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體節(jié)能技術(shù)

在高層建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體節(jié)能技術(shù)運(yùn)行的過程中，要結(jié)合實(shí)際情況和具體操作流程有序開展相關(guān)操作，確保整體運(yùn)維體系的完整性和實(shí)效性，從而保證節(jié)能效果符合預(yù)期。

2.1 節(jié)能保溫技術(shù)

對(duì)于高層建筑項(xiàng)目而言，外墻處理技術(shù)的應(yīng)用效果十分關(guān)鍵，因此，不同于傳統(tǒng)的磚石結(jié)構(gòu)房屋體系，高層建筑結(jié)構(gòu)主要是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，無論是框架體系還是剪力墻承重體系，基礎(chǔ)性圍護(hù)結(jié)構(gòu)都屬于填充材料。為了有效減少填充材料的荷載數(shù)量，在實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)揮其保溫隔熱的性能，多數(shù)施工部門都會(huì)采用輕質(zhì)高效的保溫材料，能在圍護(hù)墻體運(yùn)維效果的同時(shí)，確保管理水平的實(shí)效性，也為后續(xù)控制體系的完整性優(yōu)化奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[2]。目前，在多數(shù)寒冷地區(qū)，都會(huì)選擇頁(yè)巖陶?；炷量招钠鰤K結(jié)構(gòu)、粘土空心磚搭配實(shí)心磚的復(fù)合墻體結(jié)構(gòu)等，能在滿足穩(wěn)定性以及安全性的同時(shí)，滿足施工要求，也有部分地區(qū)會(huì)采取空心磚巖棉夾心復(fù)合墻體的結(jié)構(gòu)。但是，這些技術(shù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能效果并不盡如人意，甚至有些結(jié)構(gòu)的質(zhì)量數(shù)據(jù)嚴(yán)重超標(biāo)，對(duì)后續(xù)施工操作也會(huì)造成嚴(yán)重的影響。

另外，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用過程中，要對(duì)內(nèi)側(cè)材料布置和外側(cè)材料布置體系予以分析，全面處理層次效果，就會(huì)對(duì)保溫水平產(chǎn)生差異化影響，尤其是避免墻體本身產(chǎn)生的冷凝水結(jié)構(gòu)，設(shè)置更加有效的隔氣層[3]。

2.2 外側(cè)保溫技術(shù)

在高層建筑圍護(hù)墻體結(jié)構(gòu)節(jié)能材料選擇的過程中，要結(jié)合實(shí)際情況和具體要求，避免選取聚苯乙烯泡沫板等材料，究其原因，主要是由于輕質(zhì)材料的抗震性能并不好，且結(jié)構(gòu)構(gòu)件的結(jié)合效果較差，整體性能不能滿足實(shí)際需求，造成外部裝修和荷載結(jié)構(gòu)受限，無法承受相應(yīng)的鑿裝和刨裝，甚至?xí)趬Ρ砻嫘纬闪鸭y，造成整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量受限。除此之外，在外墻保溫管理工作中，高層建筑冷橋損耗的熱量占5%～13%以上，這也引起了相關(guān)設(shè)計(jì)人員的關(guān)注，只有有效減少冷橋?qū)φ麄€(gè)外墻保溫管理系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，就能提高外墻保溫效果。目前，主要利用的是混凝土空心砌塊，其中，美國(guó)研制的TB型保溫隔熱復(fù)合砌塊結(jié)構(gòu)以及波蘭研制的咬合式保溫砌塊等，都能提高保溫效果，圍護(hù)傳熱系數(shù)，一定程度上減少了輕質(zhì)復(fù)合外墻材料結(jié)構(gòu)的問題[4]。

3 高層建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體節(jié)能策略

為了從根本上提高高層建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體的節(jié)能效果，就要踐行有效的設(shè)計(jì)機(jī)制和策略，從而圍護(hù)墻體能耗的管理水平，避免能量的過度浪費(fèi)。

第一，要整合建筑朝向的設(shè)計(jì)水平。在建筑結(jié)構(gòu)管理工作中，只有保證光環(huán)境和風(fēng)環(huán)境處理效果符合預(yù)期，才能有效減少采暖和照明面的實(shí)際需求，一定程度上縮小能耗對(duì)其管理效果產(chǎn)生的影響。在高層建筑中，朝向和外窗的位置往往決定了整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)具體的采光能力，因此，朝向?yàn)槟厦娴耐獯敖邮芴?yáng)輻射的能力更強(qiáng)，而朝向?yàn)楸泵娴耐獯敖Y(jié)構(gòu)接受太陽(yáng)輻射能力較弱，朝向?yàn)闁|西向的窗戶沒有較大的差距，就使得朝向和耗能之間聯(lián)系不大?；诖?，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，以朝向南北30°為最佳。除此之外，相關(guān)設(shè)計(jì)人員也可以結(jié)合地區(qū)實(shí)際情況和當(dāng)?shù)厝照諚l件進(jìn)行差異化處理，只要是保證陽(yáng)光充足即可。

第二，要整合建筑外立面。在建筑結(jié)構(gòu)管理工作開展過程中，影響整體建筑外立面的因素較多，其中，開窗效果、選材水平以及立面整體遮陽(yáng)效果等都是非常關(guān)鍵的問題，因此，只有在滿足自然采光以及良好通風(fēng)的基礎(chǔ)上，建立有效的建筑管理機(jī)制，才能為后續(xù)建筑結(jié)構(gòu)升級(jí)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。并且，在建筑設(shè)計(jì)過程中，也要結(jié)合制冷需求對(duì)高層建筑住宅和商業(yè)住宅予以監(jiān)督，有效利用百葉窗、窗簾以及雨篷等遮擋物對(duì)陽(yáng)光、雨水等予以處理，減少制冷負(fù)荷。另外，立面遮陽(yáng)體系也分為垂直遮陽(yáng)結(jié)構(gòu)和水平遮陽(yáng)結(jié)構(gòu)，前者主要應(yīng)用在東北向或者是西北向外窗結(jié)構(gòu)中，后者主要應(yīng)用在南向或者是接近南向外窗結(jié)構(gòu)中。除此之外，外窗的開啟面積要在房屋面積的5%以上，才能保證整體導(dǎo)熱處理效果[5]。外墻的導(dǎo)熱系數(shù)要小，利用內(nèi)保溫和自保溫墻體結(jié)構(gòu)能減少外墻儲(chǔ)熱的能量。值得一提的是，目前我國(guó)多數(shù)城市在外墻涂料選擇方面也有很多要求，對(duì)于常年屬于寒冷天氣的地區(qū)，外墻多采用深色系，而對(duì)于常年屬于炎熱氣候的地區(qū)，則選擇淺色系為最佳。

第三，對(duì)屋頂進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)于高層建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體管理工作中，屋頂設(shè)計(jì)也十分關(guān)鍵，要保證其保溫隔熱性能的穩(wěn)定性，才能有效處理室內(nèi)和室外結(jié)構(gòu)之間的導(dǎo)熱能力。目前，應(yīng)用范圍較廣的屋頂設(shè)計(jì)體系主要分為四類：

1)通風(fēng)屋頂面，更加適宜在較為炎熱的地區(qū)，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，要對(duì)出風(fēng)口和間層橫截面面積予以處理，保證其面積比能在標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)范圍內(nèi)。

2)反照屋頂面，這種結(jié)構(gòu)更加適宜在陽(yáng)光十分充足的地區(qū)，尤其是一些溫度較高的炎熱地帶。

3)蓄水屋頂面，這種方式在南方陰雨綿綿的城市較為常見，屋頂面能有效蓄水，且深度會(huì)控制在50 mm～100 mm之間。

4)植被屋頂面，是順應(yīng)生態(tài)環(huán)保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的屋頂框架結(jié)構(gòu)，要著重分析植被類型、植被種植高度以及土壤層厚度等參數(shù)[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

在高層建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體節(jié)能設(shè)計(jì)工作中，要秉持建筑節(jié)能的理念，有效整合建筑處理措施，圍護(hù)高層建筑框架體系，確保建筑節(jié)能效果能滿足實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)高層建筑節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展。

[1] 王玉卓,韓 煜.高層建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體節(jié)能技術(shù)及方法[J].建筑技術(shù),2016,47(11):987-989.

[2] 劉勁松.幕墻建筑墻體節(jié)能保溫常見弊病與改進(jìn)措施[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2016(30):1474.

[3] 高陽(yáng)洋.高層建筑外墻的保溫與節(jié)能分析[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué),2015.

[4] 贠 浩,蘆 寧.高層建筑設(shè)計(jì)中的節(jié)能措施研究[J].科技信息(科學(xué)·教研),2014(13):304.

[5] 張玉媛,周廣尖.淺談北方地區(qū)節(jié)能與高層建筑設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息,2015(10):318.

[6] 高 宇.高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)及實(shí)例論述[J].建材與裝飾,2015(16):32-33.