高层建筑的围护结构墙体节能技术及方法探讨

2018-03-15彭国运

山西建筑 2018年5期

彭国运

(河南五建建设集团有限公司，河南郑州 450000)

1 工程案例

本文以某工程项目高层住宅楼为模拟对象，高层建筑为坐北朝南的房屋，建筑中具体层高约为2.7 m，整体高度达到28层，户型均为一梯两户，每户的房屋内部结构均为三室两厅，电梯两部。在建立能耗模拟模型的过程中，对实际情况进行了系统化分析，并且结合工程项目的平面图建立了有效的施工方案，高层建筑围护结构墙体作为项目重点，对门窗和内热源进行了分析(见图1，图2)。

结合图表得出相应结论，墙体的热量在每天的中午时刻最强，早晚热量有所下降，因此，对高层住宅围护结构模型进行传热处理具有一定的实际价值，要结合能耗数量进行统计，除了要对建筑面积采暖能耗、空调能耗进行分析外，也要对单位建筑面积模型的相似建筑予以对比数据处理[1]。

结合工程项目的实际情况，要建立健全具有实际应用的墙体节能设计机制。本文主要采用的是在模型墙体内增加80 mm的聚氨酯硬泡沫塑料，能有效降低墙体自身的传导热系数，围护整体管理效果和节能水平，保证应用分析和框架整合结构的完整性。在进行相关操作后，对比分析负荷信息，有明显的降低。除此之外，施工部门外部窗户改为高透性能的空玻璃窗，将软件中太阳能系数设置为0.48，整体传热效果也发生改变，能保证这样的相关参数得以实现全面优化。在改变实际参数后，对相关情况进行了数据对比分析，得出相应的能耗结论，整体高层建筑结构墙体的能耗数值已经发生了很大的变化，尽管采暖季热负荷数量改变较少，但是整体节能效果十分明显。

2 高层建筑的围护结构墙体节能技术

在高层建筑围护结构墙体节能技术运行的过程中，要结合实际情况和具体操作流程有序开展相关操作，确保整体运维体系的完整性和实效性，从而保证节能效果符合预期。

2.1 节能保温技术

对于高层建筑项目而言，外墙处理技术的应用效果十分关键，因此，不同于传统的砖石结构房屋体系，高层建筑结构主要是钢筋混凝土结构，无论是框架体系还是剪力墙承重体系，基础性围护结构都属于填充材料。为了有效减少填充材料的荷载数量，在实际应用过程中发挥其保温隔热的性能，多数施工部门都会采用轻质高效的保温材料，能在围护墙体运维效果的同时，确保管理水平的实效性，也为后续控制体系的完整性优化奠定坚实基础[2]。目前，在多数寒冷地区，都会选择页岩陶粒混凝土空心砌块结构、粘土空心砖搭配实心砖的复合墙体结构等，能在满足稳定性以及安全性的同时，满足施工要求，也有部分地区会采取空心砖岩棉夹心复合墙体的结构。但是，这些技术结构的节能效果并不尽如人意，甚至有些结构的质量数据严重超标，对后续施工操作也会造成严重的影响。

另外，在围护结构应用过程中，要对内侧材料布置和外侧材料布置体系予以分析，全面处理层次效果，就会对保温水平产生差异化影响，尤其是避免墙体本身产生的冷凝水结构，设置更加有效的隔气层[3]。

2.2 外侧保温技术

在高层建筑围护墙体结构节能材料选择的过程中，要结合实际情况和具体要求，避免选取聚苯乙烯泡沫板等材料，究其原因，主要是由于轻质材料的抗震性能并不好，且结构构件的结合效果较差，整体性能不能满足实际需求，造成外部装修和荷载结构受限，无法承受相应的凿装和刨装，甚至会在墙表面形成裂纹，造成整体结构质量受限。除此之外，在外墙保温管理工作中，高层建筑冷桥损耗的热量占5%～13%以上，这也引起了相关设计人员的关注，只有有效减少冷桥对整个外墙保温管理系统产生的影响，就能提高外墙保温效果。目前，主要利用的是混凝土空心砌块，其中，美国研制的TB型保温隔热复合砌块结构以及波兰研制的咬合式保温砌块等，都能提高保温效果，围护传热系数，一定程度上减少了轻质复合外墙材料结构的问题[4]。

3 高层建筑的围护结构墙体节能策略

为了从根本上提高高层建筑围护结构墙体的节能效果，就要践行有效的设计机制和策略，从而围护墙体能耗的管理水平，避免能量的过度浪费。

第一，要整合建筑朝向的设计水平。在建筑结构管理工作中，只有保证光环境和风环境处理效果符合预期，才能有效减少采暖和照明面的实际需求，一定程度上缩小能耗对其管理效果产生的影响。在高层建筑中，朝向和外窗的位置往往决定了整个建筑结构具体的采光能力，因此，朝向为南面的外窗接受太阳辐射的能力更强，而朝向为北面的外窗结构接受太阳辐射能力较弱，朝向为东西向的窗户没有较大的差距，就使得朝向和耗能之间联系不大。基于此，在实际设计过程中，以朝向南北30°为最佳。除此之外，相关设计人员也可以结合地区实际情况和当地日照条件进行差异化处理，只要是保证阳光充足即可。

第二，要整合建筑外立面。在建筑结构管理工作开展过程中，影响整体建筑外立面的因素较多，其中，开窗效果、选材水平以及立面整体遮阳效果等都是非常关键的问题，因此，只有在满足自然采光以及良好通风的基础上，建立有效的建筑管理机制，才能为后续建筑结构升级奠定坚实基础。并且，在建筑设计过程中，也要结合制冷需求对高层建筑住宅和商业住宅予以监督，有效利用百叶窗、窗帘以及雨篷等遮挡物对阳光、雨水等予以处理，减少制冷负荷。另外，立面遮阳体系也分为垂直遮阳结构和水平遮阳结构，前者主要应用在东北向或者是西北向外窗结构中，后者主要应用在南向或者是接近南向外窗结构中。除此之外，外窗的开启面积要在房屋面积的5%以上，才能保证整体导热处理效果[5]。外墙的导热系数要小，利用内保温和自保温墙体结构能减少外墙储热的能量。值得一提的是，目前我国多数城市在外墙涂料选择方面也有很多要求，对于常年属于寒冷天气的地区，外墙多采用深色系，而对于常年属于炎热气候的地区，则选择浅色系为最佳。

第三，对屋顶进行设计，对于高层建筑围护结构墙体管理工作中，屋顶设计也十分关键，要保证其保温隔热性能的稳定性，才能有效处理室内和室外结构之间的导热能力。目前，应用范围较广的屋顶设计体系主要分为四类：

1)通风屋顶面，更加适宜在较为炎热的地区，在实际设计过程中，要对出风口和间层横截面面积予以处理，保证其面积比能在标准化参数范围内。

2)反照屋顶面，这种结构更加适宜在阳光十分充足的地区，尤其是一些温度较高的炎热地带。

3)蓄水屋顶面，这种方式在南方阴雨绵绵的城市较为常见，屋顶面能有效蓄水，且深度会控制在50 mm～100 mm之间。

4)植被屋顶面，是顺应生态环保建筑结构设计要求的屋顶框架结构，要着重分析植被类型、植被种植高度以及土壤层厚度等参数[6]。