非透明建筑幕墙的保温、隔热及其构造

就建筑外围护结构的节能来讲，分为透明部分和非透明部分。建筑幕墙一般来讲，玻璃幕墙、外门窗、采光顶为透明部分幕墙。非透明幕墙是相对透明幕墙而言的，在《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）中对透明幕墙（transparent curtain wall）有明确的定义，既可见光可直接透射入室内的幕墙。 也就是说，可见光不能透过的幕墙部分为非透明幕墙。对于非透明幕墙，如金属幕墙、石材幕墙、陶土板幕墙、瓷板幕墙等等，没有透明玻璃幕墙所要求的自然采光、视觉通透等功能要求，从节能的角度考虑，应该作为实墙对待。但是根据建筑幕墙的定义，建筑幕墙（curtain wall for building）是由面板与支承结构体系（支承装置与支承结构）组成的、可相对主体结构有一定位移能力或自身有一定变形能力、不承担主体结构所受作用的建筑外围护墙。也就是说，其构造的主体必须是由面层材料和支撑体系构成的，而支撑体系必须和建筑的主体结构有效连接。正因为如此，由于幕墙独立支撑结构的原因，在幕墙面层与内侧墙体之间会形成一个空气间层，这是非透明幕墙构造的最重要特点，也是不同于其他实墙的最大差别。

　　因此，空气层在幕墙节能构造中的作用和空气层的热工性能应当给与重视和了解，这在实际工程设计时非常重要，优秀的设计可达到事半功倍的效果，否则适得其反，甚至构造失效，反而不如单一墙体的保温节能构造。所以可以说非透明幕墙的节能实际上是围绕着空气间层来进行设计的。

　　1. 关于保温和隔热
　　讨论非透明幕墙的节能，实质上是寻求对其作为建筑外围护墙体的传热过程的控制程度。而传热的方向性又决定了墙体的构造形式，外界气候的状况决定了其发挥功能性作用的特点。所以，我们讲本质上是断热，但对传热方向的倾向决定了是保温为主的保温构造，还是防止热量侵入为主的隔热构造。

　　所谓围护墙体的断热性，一方面虽然阻止了夏季室外热量的进入，同时也保证在冬季寒冷季节室内热量的存留。最初考虑为尽量在冬季减少室内热损失，采取保温措施为宜，夏季尽量减少日照和室外热空气进入室内，隔热则是最有效的方法。减少采暖和制冷设备的能量损失，保温和隔热是不可缺少的。也有一种观点：夏季住宅应以“开放”为主，冬季则以“封闭”为主。在我国的夏热冬冷地区、寒冷地区，部分严寒地区几乎都需要室内冬季采暖，夏季辅助制冷，或夏季制冷，冬季辅助采暖，既“封闭型”和“开放型”的概念，这也包含了过渡性季节，如春、秋季节的通风换气和散热过程，也属“开放型”的设计。

　　归纳起来，断热性墙体的节能效率表现在三个方面：

　　（1）大幅度减少冬季失热和夏季得热；

　　（2）由于保持了在冬季室内一侧的较高温度，反之夏季时则保持了室内侧较低的温度，从而提高了室内温度的舒适性；

　　（3）有效降低了冬季室内结露的可能性。在热容量较大的墙体外侧做保温隔热处理，可利用混凝土墙热容量较大的特点作为蓄热体。反之，当室内侧做保温隔热处理时，难以将墙体作为蓄热体利用，容易导致室内测温度变化和温度不均匀而结露。

　　 由此分析，所谓断热只是一个综合性描述的概念，实际上包含了保温和隔热两个不同的概念，区分的实质是热流的迁移方向。根据不同的气候环境条件设计时，无非面临保温、隔热、或两者兼顾的判断分析而已。

　　目前国内的外墙保温主要有三种形式，即外墙外保温、外墙内保温和墙体自保温。其中外墙外保温为主要保温形式，保温材料主要为有机材料。内保温的构造形式与外保温基本相同，不同的是保护层多采用石膏类产品。外墙自保温系统指墙体自身采用保温材料或使用保温材料作为墙体结构一部分的复合墙体，主要有无机保温砌块墙体、夹心保温砌块墙体、木结构墙体、夹芯板墙体等。目前，幕墙保温大多采用外保温形式。

　　所谓外保温，既在围护结构外侧设置保温层，不仅限于采用保温材料，而且通过施工形成保温构造。外保温所依据的主体结构有多种形式，钢筋混凝土结构、钢结构、木结构等等。

　　做外保温时，需要将保温材料将主体结构的非透明部分全部包覆，并防止保温缺陷和冷桥的出现。同时，能够使主要保温构造材料的热膨胀和收缩达到最小限度，减轻疲劳。另外，外保温构造能够保证室内发生的水蒸气向室外大气中排放。一般情况下，室内的湿度大于室外，水蒸气通常有时内向室外移动。从节能的角度看，墙体采用混凝土类的热容量较大的墙体材料有利于夏季空调房间。但是外保温也有不利的方面，在屋外侧设置外保温时必须解决防火、防雨、防风压等带来的难题，还要考虑与主体结构连接的金属件的防腐和强度、幕墙面层材料的各项耐候性、甚至自然日光下的挥发有害气体的发生等诸多问题。

　　幕墙的隔热体现在两个方面，首先是幕墙面层材料对辐射的阻挡，其次是利用幕墙面层后部空气层的烟囱效应排放热量。实际上此时的幕墙面层起到了一个“遮阳”作用，即使由于面层本身的材料热工特点将热量向空气层辐射，空气层由于温度升高气流上升，将热量释放，而不进入室内一侧。

　　我国北方严寒、寒冷地区主要考虑建筑的冬季防寒保温，限制和防止建筑物内热量向室外流失，其建筑围护结构传热系数对建筑的采暖能耗影响很大。因此，在严寒、寒冷地区的非透明幕墙的设计应以保温为主，围护结构传热系数的限值要求较高。

　　夏热冬冷地区既要满足冬季保温又要考虑夏季的隔热，不同于北方采暖建筑主要考虑单向的传热过程。既非透明幕墙的设计以综合断热为主，一方面要考虑夏季太阳及环境的二次辐射导致热量向室内迁移，同时也要考虑冬季室内热量的散失，具有保温、隔热的双重功能。根据资料，上海、南京、武汉、重庆、成都等地节能居住建筑试点工程的实际测试数据和DOE-2程序能耗分析的结果都表明，在这一地区当改变围护结构传热系数时，随着K值的减少，能耗指标的降低并非按线性规律变化，对于公共建筑（办公楼、商场、宾馆等）当屋面K值降为0.8W/（m²K）,外墙平均K值降为1.1W/（m²K）时，再减小K值对降低建筑能耗已不明显。

　　夏热冬暖地区主要考虑建筑的夏季隔热，太阳辐射对建筑能耗的影响很大。太阳辐射通过幕墙面层透过空气层和墙体进入室内的热量是造成夏季室内过热的主要原因之一，同时还要考虑在自然通风条件下建筑热湿过程的双向传递，不能简单地采用降低墙体的传热系数，增加保温隔热材料厚度来达到节约能耗的目的，因此，这是一个兼顾隔热和防湿蒸汽的双重要求，在设计时要采取相应防潮层和湿蒸汽通道等措施加以实现。非同名部分围护结构传热系数的限值要求并不高。

　　图1是各种墙体的保温构造示意图。

　　a是混凝土素面墙体，具有夏季传热，冬季散热，结露等热容量的副作用；

　　b是保温隔热墙体，具有夏季遮阳、冬季保温的作用；

　　c是内保温构造，由于隔离了混凝土的热容量，所以具有不受其影响的特点；

　　d是外保温构造，具有将冬季、夏季产生热量进行蓄热、蓄冷的作用；

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