公共建筑围护结构的节能设计.pdf

强⋯ 一⋯⋯_ 公共建筑围护结构的节能设计 张 世 林 大庆 油田有限责任公司第二采油厂规划设计研究所 摘要 建 筑 外 围护 结 构 的传 热损 失是 严 寒和 寒 冷 地 区建 筑 能耗 中的 主要 部 分 ， 因此 ，提 高 建筑 围护结构 的保温隔热性 能对于实现公共建筑 5 O ％ 的节能 目标具有重大意义。结合 大庆油 田采 油 二 厂 员 工食 堂及 公 寓楼 改造 工 程 围护 结 构 节 能设 计 方案 ，探 讨 了公 共 建 筑 外 墙 、屋 面 、 f 1 窗三 大构 件 的 保 温 隔热设 计 原 则 ， 以及设 计 中应 重 点注 意 的 问题 ，如 外保 温 与 内保 温 复 合 墙体 的 比较 及选 用 、防止 围护 结构 表 面结 露 以 及提 高窗 的 气密 性 的具体 措 施 等 内容 ，对 类似 工程设 计 具有 一 定的借 鉴 意 义。 关键 词公 共 建筑 围护结 构保 温 隔热 节 能 D OI 1 0． 3 9 6 9 ／i ． i s s n ． 2 0 9 5 1 4 9 3． 2 0 1 5 ． 0 0 2． 0 1 5 我 国建 筑 耗能 占全 国能 源 总消 费 的 比例 已经 超 过 2 7 ． 5 ％ ， 目前 仅 有 3 ． 2 x 1 0 m 的居 住 建 筑 可 以算 作 节 能 建 筑 ，而 9 5 ％的新 建 建 筑 都 属 于 高 耗 能 建 筑 。与 气候 接 近 的发 达 国家 相 比 ，单位 面 积 的采 暖 能 耗 为其 3 倍 ，而舒 适 度 则 远远 不 如 发 达 国 家 。严 寒 和寒 冷 地 区 的建筑 能 耗 主要 是冬 季 采 暖能 耗 ，室 内外 温 差 非 常 大 ，外 围 护 结 构 的 传 热 损 失 是 主 要 部 分 。 因此 ，提 高建 筑 围 护结构 保 温 性能 对 于实 现 公 共 建筑 5 0 ％的节 能 目标 意义 重大 。 1 建筑 围护结构 节能设计 实例 采 油二 厂 员 工食 堂 及公 寓楼 改 造 工程 为 大庆 采 油 二 厂 2 0 1 2年 改 造 项 目。 公 寓 楼 部 分 为 原 有 建 筑 ，建 筑 面 积 5 9 9 0 m 。 ；食 堂 为新 扩 建 部 分 ，建 筑 面积 2 8 7 6 m 。该建筑新 旧部分均按节能要求进行 设计 。 该 建筑 围护结 构采 用 的节能 设计 方 法 1 该 建 筑 所 在 区 域 为严 寒 A区 ，在 总 体 布 局 上该建筑体型系数确定为 0 ． 2 5 。 2 新 建部 分外 墙为 2 0 0 mm厚 陶粒 混凝 土砌块 1 0 0 mm厚 岩棉板 [ 导热 系数小 于 0 ． 0 4 5 W／ m K ] 1 0 0 m m厚 陶 粒 混凝 土砌 块 ；旧建 筑 外 墙 为 4 9 0 m m 厚 红 砖 原 有 1 0 0 mm厚 岩 棉 板 外 挂 G R C成 品 构件；外墙传热系数均小于0 ． 4 5 w／ m K 。 作者简介 张世林 ，高级工程 师 国家～级注册结 构师 、二级注册 建筑师 ，1 9 9 6 年 毕业于哈尔滨工程大学 建筑 工程专业 ，从事建 筑 工程 设 计 ，E ma i l z h a “ g s h i 1 i n p e t r 0 c h i n a ．c o rn．c n ，地址 黑龙 江省大庆市采油二 厂规 划设计 研究所 ，1 6 3 4 1 4 。 3 新 旧 建 筑 屋 面 保 温 层 分 别 为 1 3 0 mm 和 1 5 0 mm厚 岩 棉 板 ；金 属 屋 面 内部 采 用 不 燃 烧 体 玻 璃棉卷毡进行保温 [ 导热系数小于0 ． 0 5 8 W／ m K ] ； 屋 面传 热 系数 均 小 于 0 ． 3 5 W／ m K 。屋 面 透 明 部 分 的 面 积 小 于 屋 顶 总 面 积 的 2 0 ％ ，传 热 系数 小 于 2 ． 5 W／ m K 1 。 4 外 窗 采 用 塑 钢 双 玻 璃 窗 ，抗 风 压 性 能 为 4 级 ，保 温 性 能 为 6 级 ，气 密性 能 为 6 级 ，传 热 系 数 小 于 2 ． 5 W／ m K 。玻 璃 幕 墙 为 隐框 格 构 式 幕 墙 ，抗风压性能为 6 级 ，气密性 能为 3 级 ，水密性 能 为 5 级 ，遮 阳 系 数 0 ． 4 9 ，玻 璃 可 见 光 透 射 比 0 ． 4 。 所 有 冷 桥 及 门 窗 洞 口均 采 用 3 0 m m厚 岩 棉 进 行 保 温 。 5 首 层 地面 距外 墙 2 m范 围 内采 用 5 0 m m厚 挤 塑苯 板保 温 。 以上 建筑 围护结 构 热工 计 算均 能满 足 公共 建 筑 节 能设 计 标准 。 2 建 筑 围护 结构 节 能设 计要 点 2 ． 1 屋 面 的保温 隔 热 建 筑 围护 面 积 中屋 面 所 占 比 例 虽 然 远 低 于 外 墙 ，但 对 于建 筑 物 顶 层 却 是 比例 最 大 的外 围 护 结 构 。如果 屋 面保 温 隔 热性 太差 ，对顶 层房 间的室 内 热环境 和 建筑 采 暖空调 所需 能耗 的影 响很 大 。 为 了提 高屋 面 的保 温 隔热 性 能 ，在设 计 中可参 照 以下 原 则 ◇ 保 温 材 料 的 选 择 综 合 考 虑 建 筑 物 的使 用 要 求 、环境气候条件 、屋面的结构形式 、防水处理方 2_[3 1 5 年 第 期 石 油 石 化 -1 丁．-4- Z日．,E l 3 1 _ 管 理 实 韪 ， M a n a ge m e nt ＆ Pra ctice 法 、施 工 条件 等各 种 因素 ，经 过技 术 经济 比较 后 方 可确定 ； ◇ 选 用 导 热 系数 小 、蓄 热 系数 大 的保 温 隔 热 材料 ，但 不适合 选用 密度 过大 的材 料 ； ◇ 根 据 节 能建 筑 的热 工 要 求 来 确 定 建 筑 物 保 温 隔热 层 的厚度 ，同时也 要 注意 屋面 材料 层 的排 列 顺 序 ，可 考虑倒 置式 屋 面 ； ◇ 不 适 合 选 用 吸水 率 较 高 的 材 料 ，否 则 湿 作 业时隔热层会 大量 吸水 ，从而降低屋 面的热工性 能 ；屋面最好设置排气孔 ，可以排除隔热层内部不 宜排 出去 的水 分 。 2 ． 2 外 墙 的保温 隔热 外墙 是建 筑 围护 结构 中 比例 最大 的部 分 ，冬 季 在 严 寒 地 区 建 筑 物 的 室 内 外 温 差 能 达 到 3 0 ～ 6 0℃ ，墙体热损失特别大 ，所 以墙体 的保温隔热 是 建筑 节能 的重要 部分 。 在确 定外 墙的传热 系数时应采用平均 传热系 数 ，即按面积加权法求得的传热系数 ，主要是应考 虑 围护结 构 周 边 混凝 土梁 、柱 等 热桥 部 位 的 影 响 ， 避免造成建筑物耗热量或耗冷量的计算值偏小 ，从 而 达不 到预 期 的保温节 能效 果 。 提 高外 墙 的保 温 隔热性 能 ，设 计 时必须 考 虑外 墙 保温 层 应满 足水 密性 、抗 风 压 、温湿 度 变化 的耐 候性要求 ，墙体不能产生裂缝 ；同时应能抵抗外界 的碰撞 ，在边角处 、面层装饰等方面 ，以及与 门窗 洞 口、穿墙管等相邻部位之间均应设计合理。 在 严 寒地 区建 筑 的保 温性 能 主要 取决 于 围护 结 构本身材料的热工特性 ，以及 围护结构内外表面与 室外空气的换热状况 。如果 围护结构 的热 阻值 越 大 ，则 保 温 性 能 就 越 好 ， 向 室 外 散 热 量 也 就 越 小 ；减小 围护结构的传热系数是提高外墙保温性能 的最 主要 措施 。减 少 传热 系数 的途 径 主要 是采 用 不 同材料和做法的复合节能墙体。根据绝热材料在墙 体中的位置 ，分为内保温 、外保温和 中间保温三种 形式 ，综 合 比较 外墙 外保 温 技术 更适 合严 寒 地 区建 筑外墙，它与外墙内保温优缺点的比较见表 1 。 在 寒 冷 地 区 如 果 建 筑 物 地 下 外 墙 的热 阻 值 过 小 ，则建 筑 内表 面尤 其 是墙 角部 位就 容 易结 露 。从 节 能和 卫生 角度 要求 出发 ，这些 部位 必 须达 到 防止 结露或产生冻脚的热 阻值 。外墙热桥部位的内表面 温度 不应 低 于建 筑室 内空气 露 点温 度 。为 防止 围护 结构 表 面结露 ，设 计应遵 循 以下原 则 ◇ 对 梁 、柱 等 热 桥 部 位 应 采 用 外 保 温 措 施 ， 加 强保 温层 厚度 、减 少 热损 失 ，能 有效 控制 热桥 内 表面温度不低于室 内空气露点温度 ； ◇ 防 止 室 外 冷 风 渗 透 进 入 室 内 ，如 门 洞 口 、 窗过梁等热桥部位造成 的表面温度低而产生结露 ； ◇ 避 免 墙 体 和 屋 面 及 地 面 相 接 处 阴角 部 位 的 结 露 ，由于 阴角部 位 易形成 二 维或 三维 热 流 ，热量 损失 较 大 ，应 适 当加强 这些 部位 的保 温层 厚度 ； ◇ 对 冬 季 气 候 阴 冷 潮 湿 地 区 ，应 控 制 室 内相 对 湿度 ； ◇ 如果公共建筑采用 间断式采 暖 ，应 防止夜 间温度下 降造 成 的结露 】 。 2 ． 3 门窗 的保 温隔 热 在 建 筑墙 体 、屋 面 、外窗 三 大 围护构 件 中 ，窗 的热 工性 能最 差 ，它 是影 响室 内热环 境和 建 筑耗 能 最 主要 的因素 之 一 。对 于公共 建 筑 ，窗 的耗 能约 为 屋 面的4 倍 、墙体的 3 倍 ，占建筑围护结构总耗能 的 4 0 ％ ～5 0 ％，因此 提 高 窗 的保 温 隔热 性 能 十分 重 要 。公共 建 筑每 个朝 向的窗 包 括透 明幕 墙 墙 面 积 比均 不应 大 于 0 ． 7 。 当窗 墙 面积 比小 于 0 ． 4 时 ，玻 璃 的可 见 光 透射 比不 应小 于 0 ． 4 。 外 窗 的 气 密性 不 应低于 G B 7 l O 7 2 0 0 2 建筑外窗气密性能分级及 其 检 测 方 法 规 定 的 4 级 。在 工 程 实 践 中 ，常 见 外窗 中塑料平开窗 1 0 0 ％大于 4 级 ，而铝合金推拉 窗只 有 5 9 ％大于 4 级 。提高窗的气密性可采取 以下措 施 ◇ 通过 提高窗用 型材 的规格 尺寸 、准确度 、 组装 的精准 度 、尺 寸稳 定性 来增 加 开启 缝 隙部 位 的 搭 接量 和减 少 开启 缝 隙 的宽 度 ，从 而达 到 减少 空气 表 1 外保温 、内保温 复合墙体 比较 3 2 j WWW． s y s h j n． c o m 渗 透 的 目的 ； ◇ 改 进 窗 户 的 密 封 方 法 ， 级 密 封方 式 ； 融⋯ 一⋯m _ 宜逐步推广采用三 3 结 束 语 ◇ 注 意 各 种 密 封 材 料 和 密 封 方 法 的 互 相 配 合 ，可在 玻 璃 下安 设 密封 的衬 垫 材 料 ，在玻 璃 两侧 用 密 封条 来密 封 ，在 密封 条上 方 再加 注密 封料 。 不提 倡 建 筑外 立 面采 用 大 面积 玻璃 幕 墙 。 当追 求 通 透效 果 、大 面积使 用 透 明幕 墙 时 ，可采 用 中空 玻 璃 、填 充 惰 性 气 体 、暖 边 间 隔技 术 和 “ 断 热 桥 ” 型材 龙 骨或 双 层皮 通 风式 幕 墙 ，把 玻璃 幕 墙 的传 热 系数 由普 通 单 层 玻 璃 的 6 ． 0 W／ 1 13 ． K 以上 降 到 1 ． 5 W／ m 。 K ，在 玻璃 间层 中设 百 叶或格 栅 ，可 以 使 玻 璃幕 墙具 有 良好 的 遮 阳隔热 性 能 。 此外 ，屋 面透 明部分 的面积 不 应 大于 屋顶 总面 积 的 2 0 ％。在严 寒 地 区建 筑 的外 门应设 门斗 ，设 置 门 斗 可 以避 免冷 风 直 接 进 入 室 内 ，在 节 能 的 同 时 ， 也提 高 了 门厅 的舒适 性 。 在公 共 建 筑节 能 5 0 ％的 目标 中 ，北方 地 区 围护 结构 分 担节 能 率达 到 2 5 ％，所 以建 筑 围护 结构 在 节 能设 计 中 占有 十分 重 要位 置 。对 公共 建筑 进 行节 能 改 造 ，总 投 资 回 收期 可 在 5～ 7年 左 右 ，节 能 的经 济 效益 良好 。 参 考文 献 [ 1 ]郎 四维 ． 公共建 筑节能设计标准 宣贯 辅导教材 [ M ] ． 1 版 j B 京 中国建筑工业 出版社， 2 0 0 5 3 3 3 6 ． [ 2 ] 中国建筑科学研 究院， 中国建筑业协会 建筑节能专 业委 员 会 ． G B 5 0 1 8 9 -- 2 0 0 5 公 共 建 筑 节 能 设计 标 准 I s ] ． 北 京 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． 收稿 日期 2 0 1 4 1 2 1 2 上接 第 3 0页 不合理 ，由于离心泵在采购时一般会留有余量 ，但 这种选型使离心泵偏离高效 区运行 ，增加了能耗 。 因此 ，需 要合 理 地选 择 离 心泵 类 型 ，不仅 依靠 经验 数 据 ，还 应 准 确 计 算 扬 程 ，并 选 择 合 适 的 安 全 系 数 ；安全系数过大导致余量过大造成能源浪费 ，安 全系数过小则不能保证使用安全。此外 ，选择离心 泵 时需 要 综合 考 虑其 技 术性 、经济 性 ，全 面 考 虑泵 的使 用 范 围和泵 实 际 的效率 指标 。 2 ． 6加强 离 心泵 的维 护管 理 对 于 离心 泵 和管 道 的清 理 检查 要认 真 彻底 ，避 免污物、杂屑进入离心泵叶轮导致运行故障。定期 进 行 巡 检 ，对 离 心 泵 的密 封 结 构 进 行 检 测 避 免 泄 漏 。注 重 泵 的润 滑处 理 ，采 用 先进 的 润滑 材料 和润 滑 手 段 ，例 如 可 以采 用 干 油 润 滑 提 高 泵 的润 滑性 。 同时 ，要 加强 离 心泵 的冷却 处 理 ，采 用先 进技 术 实 现 资 源 的循环 利 用 和能 源 的高 效利 用 ，提 高设 备 的 使 用 寿命 。 3 结束语 通过认 真分析离心泵高能耗 的影响因素 ，有针 对 性地 采 取 节 能措施 ，同 时应在 综 合考 虑 离心 泵 的 选 型 、运 行 条件 和运 行 目标 的基 础 上 ，实 现传 输 系 统 的优 化 节 能 ，加强 节 能技 术应 用 和离 心 泵维 护管 理等工作。 参 考 文献 [ 1 ] 石树 明． 离心 泵 的几 种节 能途 径探 析 [ J ]石 油 石化 节 能， 2 0 1 3 3 2 6 2 9 ． [ 2 ] 宋 洪 秋． 浅 谈 离 心泵 节 能 的途 径 [ J ] ． 山东 煤 炭科 技 ， 2 0 1 1 3 7 0 7 1 ． 收稿 日期 2 0 1 4 1 1 0 9 口 l 5 年 第 期 ，--．] ，“ ，--。 ZI～ ．．t-I - LH , I 3 3