绿色建筑理念下外墙保温结构的节能设计探究*

白建强

(中铁十二局集团建筑安装工程有限公司 太原 030000)

随着人们对可持续发展和环境保护意识的增强,绿色建筑作为一种可持续发展的建筑理念受到了越来越多的关注。在绿色建筑中,外墙保温结构作为节能的重要手段之一,对建筑能耗和室内舒适度有着重要影响。因此,研究绿色建筑理念下外墙保温结构的节能设计具有重要意义。

1 绿色建筑概述

绿色建筑是指在设计、施工、运行等全生命周期中充分考虑节能、环保、可再生资源利用等方面,旨在降低对环境和资源的消耗,提高人类生活质量的建筑。绿色建筑是一种新兴的建筑理念,它以节能性、环保性、可持续性和舒适性为特点,逐渐受到广泛的关注和认可[1]。

1.1 节能性

绿色建筑采用了先进的节能技术和设备,使得建筑的能源利用效率得到了显著提高。通过合理的设计和规划,绿色建筑能够有效地利用太阳能、地热能等可再生能源,减少了对传统能源的依赖。同时,绿色建筑还采用了节能门窗、保温墙体等节能设备,进一步降低了能源消耗。这些措施不仅有助于减少能源浪费,还有助于降低碳排放,缓解全球气候变化。

1.2 环保性

绿色建筑强调对环境的保护和资源的循环利用。在设计上,绿色建筑尽量减少对自然环境的破坏,保留原有的生态环境和植被。同时,绿色建筑还采用了多种可再生材料和循环材料,如废纸纤维、再生玻璃等,减少了废弃物的产生和排放。这些措施不仅有助于保护环境,还有助于资源的可持续利用,实现经济发展与环境保护的双赢。

1.3 可持续性

绿色建筑注重对自然资源的合理利用,遵循可持续发展的原则。在建筑设计中,绿色建筑充分考虑了当地的气候条件、地理环境等因素,充分利用自然通风、自然采光等自然资源,减少了人工能源的消耗。同时,绿色建筑还注重对雨水的收集和利用、废水的处理和再利用等,实现了水资源的循环利用。这些措施不仅有助于降低能源消耗和环境污染,还有助于实现可持续发展,为未来的世代创造更好的生活环境[2]。

1.4 舒适性

绿色建筑以提高人类生活质量为目标,创造舒适、健康的生活环境。通过采用无害的建筑材料和室内空气净化系统等措施,绿色建筑能够有效地减少室内空气污染和噪音污染等不利于人体健康的因素。同时,绿色建筑还注重室内环境的舒适性和功能性设计,如智能家居系统、多功能空间等,满足了人们对于生活品质的需求。这些措施不仅有助于提高人们的生活质量,还有助于促进身心健康和社交互动。

2 绿色建筑理念对外墙保温结构设计的影响

外墙保温结构是绿色建筑的重要组成部分之一,其节能设计对于提高建筑的能源效率和降低能源消耗具有重要意义。绿色建筑理念对外墙保温结构设计的影响主要体现在以下几个方面:

2.1 环保性和可持续性要求

在绿色建筑理念下,外墙保温结构的设计应注重环保性和可持续性。这要求材料的选择上应优先选择可再生、可循环利用的材料,同时要考虑到材料在整个生命周期内的环境影响。此外,还应考虑到材料的耐久性和可维护性,以确保外墙保温结构的使用寿命和性能[3]。

2.2 节能性要求

绿色建筑理念强调提高能源利用效率,降低能源消耗。因此,在外墙保温结构的设计中应注重提高其保温性能和隔热性能。例如,可以采用多层复合结构、使用高效保温材料等措施来提高外墙的保温性能。此外,还可以通过优化窗框结构和玻璃厚度等措施来提高窗户的隔热性能。

2.3 舒适性要求

绿色建筑注重提高人类生活质量,因此在外墙保温结构的设计中应考虑到舒适性要求。例如,可以采用低辐射玻璃、使用遮阳设施等措施来提高室内光照舒适度;同时还可以通过优化外墙材料和颜色等措施来提高建筑的外观舒适度[4]。

3 绿色建筑理念下外墙保温结构的节能设计

3.1 工程概况

某建筑工程总建筑面积为145 325.21 m2,地上建筑总面积为96 541.58 m2,共有11栋楼组成,主要用于办公;地下建筑总面积为48 783.63 m2,主要用于停车场和设备房。建筑结构为框架—剪力墙结构。

3.2 外墙保温结构的节能设计要点

为保证EPS外墙保温的效果,对其外墙保温结构进行节能设计,具体包括以下几个方面:

3.2.1 能耗评估能耗评估是绿色建筑设计的重要一环,通过对建筑的能耗进行评估,可以了解建筑的能源利用情况,为优化设计提供依据。

在进行能耗评估时,首先需要考虑建筑的功能和使用情况。不同类型的建筑有不同的能耗需求,比如住宅、商业建筑、办公楼等。根据建筑的功能和使用情况,可以确定建筑的热负荷,即建筑在不同季节和不同气候条件下所需要的供热和供冷能力。其次,需要考虑建筑的能耗需求。能耗需求包括建筑的照明、空调、暖通等系统的能耗需求。对于照明系统,可以根据建筑的面积、使用功能和照明要求,计算出建筑所需的照明能耗。对于空调和暖通系统,可以通过建筑的热负荷和气候条件,计算出建筑所需的供冷和供暖能耗。经能耗评估,该案例项目的原设计外墙结构热阻值为1.85(m2·K)/W,外墙结构传热系数为0.65 W/(m2·K),外墙耗热量为8.75 m2·K。

3.2.2 能耗分析

能耗分析是绿色建筑设计中的关键步骤之一,通过对建筑能耗的详细分析,可以确定能耗病因,找出能源浪费的问题,为后续的节能设计提供依据。

在进行能耗分析时,首先需要收集建筑的能耗数据,包括建筑的用电量、用水量、供暖和供冷能耗等。这些数据可以通过建筑的能耗监测系统、能源管理系统或业主提供的数据来获取。其次,需要对能耗数据进行分析。通过对能耗数据的统计和比对,可以找出能源浪费的问题,比如能耗高峰期、能耗异常等。同时,还可以对不同系统和设备的能耗进行比较,找出能源利用效率较低的设备或系统。

在能耗分析的过程中,还可以考虑与建筑使用相关的因素,比如建筑的使用时间、人员密度等。这些因素可能会对能耗产生影响,通过考虑这些因素,可以更准确地分析能耗问题。

3.3 设计目标确定

根据能耗评估和能耗分析的结果,确定外墙保温结构的节能设计目标,在确定外墙保温结构的节能设计目标时,应考虑以下几个方面:

(1)节能比例。根据能耗评估和能耗分析的结果,确定预期的节能比例。节能比例可以通过计算建筑的能耗差异来确定,即将预期的节能后的能耗值与原始能耗值进行比较,计算节能比例。

(2)节能效果。根据能耗评估和能耗分析的结果,确定预期的节能效果。节能效果可以通过计算建筑的能耗减少量来确定,即预期的节能后的能耗值与原始能耗值的差值。

(3)节能标准。参考国家和地区的节能标准,确定外墙保温结构的节能设计目标。节能标准可以包括建筑的能耗限值、能源利用率等指标。

(4)经济可行性。考虑外墙保温结构的节能设计目标的经济可行性。节能设计应该在满足节能要求的前提下,尽量降低投资成本,提高投资回报率[5]。

3.4 材料选择

选择符合绿色建筑标准的保温材料,如膨胀聚苯板(EPS板)、挤塑聚苯板(XPS板)、聚氨酯、胶粉聚苯颗粒、膨胀珍珠岩等,不同的保温材料有着不同的特点,在选择符合绿色建筑标准的保温材料时,可以考虑以下几个因素:

(1)导热系数。保温材料的导热系数越低,其保温性能越好。因此,在选择保温材料时,应该选择导热系数较低的材料,以提高外墙保温结构的隔热效果。

(2)耐久性。保温材料应该具有较好的耐久性,能够经受长期使用和外部环境的影响而不容易老化、脱落或变形。耐久性强的保温材料可以延长外墙保温结构的使用寿命。

(3)环境友好性。保温材料应该符合环保要求,不含有有害物质,对人体健康和环境没有负面影响。可以选择符合环保认证标准的材料,如绿色建筑认证、环境产品声明等。

(4)可再生性。优先选择可再生材料,如岩棉、木纤维等。这些材料可以通过可持续的生产方式获取,减少对非可再生资源的依赖。

(5)施工便利性。保温材料应该具有较好的施工便利性,便于安装和施工,减少施工过程中的浪费和时间成本。

为满足绿色建筑要求,该案例项目的外墙保温确定选用XPS板(挤塑聚苯板)进行保温。EPS外墙保温结构示意,如图1所示。

图1 EPS外墙保温结构示意图

3.5 结构设计

在设计外墙保温结构时,可以考虑以下几个方面:

(1)外墙保温层厚度。根据建筑的使用环境和节能要求,确定外墙保温层的厚度。一般来说,保温层的厚度越大,保温效果越好,但也要考虑到施工难度和成本因素。

(2)保温材料的布置方式。根据保温材料的特性和建筑的结构形式,确定保温材料的布置方式。常见的布置方式包括全包围式、局部保温式和内外保温式等。选择合适的布置方式可以提高保温效果并满足建筑的结构要求。

(3)防潮措施。外墙保温结构应该考虑防潮措施,以防止水汽从外部渗透到保温层内部,导致保温材料的性能下降和墙体的损坏。可以采用防水层、防潮层等措施来保护保温层。

(4)墙体的结构强度。在设计外墙保温结构时,要考虑墙体的结构强度,确保保温层的施工不会对墙体的承载能力产生负面影响。可以通过加强墙体的结构设计和使用合适的连接件来提高墙体的承载能力。

3.6 节能效果评估

节能效果评估是外墙保温结构设计中的重要环节,通过建筑能耗模拟软件,对外墙保温结构进行能耗模拟计算。模拟计算通常基于建筑的几何形状、材料性能、室内外环境条件等输入参数,以及建筑使用情况和能源消耗数据等。通过模拟计算,可以评估外墙保温结构在不同条件下的能耗情况,以及与其他系统的协同效应。

以案例项目为例,通过Revit软件建立能耗模型模拟计算出节能设计后,其保温效果会有明显提升,具体变化如表1所示。

表1 节能设计前后保温效果对比

从表1可以看出,通过对EPS外墙保温结构进行节能设计后,外墙的热阻值、传热系数及耗热量均有明显下降,这说明节能设计后,降低了EPS外墙保温的耗热,提高了外墙的节能保温效果。

4 结语

综上所述,绿色建筑理念下外墙保温结构的节能设计对于实现建筑的节能目标和可持续发展具有重要意义。

通过合理选择材料、设计结构和处理热桥,可以有效提高外墙保温结构的节能性能。随着科技的进步和绿色建筑理念的推广,外墙保温结构的节能设计将得到更大的关注和应用。