防热和节能

5．5．1 建筑保温

保温是建筑设计十分重要的内容之一，寒冷地区各类建筑和非寒冷地区有空调要求的建筑，如宾馆、实验室、医疗用房等都要考虑保温措施。

建筑构造设计是保证建筑物保温质量和合理使用投资的重要环节。 合理的设计不仅能保证建筑的使用质量和耐久性，而且能节约能源，降低采暖、空调设备的投资和使用时的进行费用。

在寒冷季节里，热量通过建筑物外围护构件（墙、屋顶、门窗等）由室内高温一侧向室外低温一侧传递，使热量损失，室内变冷。 热量在传递过程中将遇到阻力，这种阻力称为热阻，其单位是m2·K／W（平方米·开（尔文）／瓦（特））。热阻越大，通过围护构件传出的热量越少，说明围护构件的保温性能越好；反之，热阻越小，保温性能就越差，热量损失就越多（图5．3）。 因此，对有保温要求的围护构件须提高其热阻。 通常采取下列措施可以提高热阻。

（1）增加厚度

单一材料围护构件热阻与其厚度成正比，增加厚度可提高热阻即提高抵抗热流通过的能力。如240mm厚双面抹灰砖墙的传热阻大约为0．55m2·K／W，而490mm厚双面抹灰砖墙的传热阻约为0．91m2·K／W。但是，增加厚度势必增加围护构件的自重，材料的消耗量也相应增多，且减小了建筑有效面积。

图5．3 围护构件传热的物理过程

图5．4 保温构件示意图

（2）合理选材

在建筑工程中，一般将导热系数小于0．3W／（m·K）的材料称为保温材料。 导热系数的大小说明材料传递热量的能力。 选择容重轻、导热系数小的材料，如加气混凝土、浮石混凝土、膨胀陶粒、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石等为骨料的轻混凝土以及岩棉、玻璃棉和泡沫塑料等可以提高围护构件的热阻。 其中轻混凝土具有一定强度，可做成单一材料保温构件，这种构件构造简单、施工方便。 也可采用组合保温构件提高热阻，它是将不同性能的材料加以组合，各层材料发挥各自不同的功能。 通常用岩棉、玻璃棉、膨胀珍珠岩、泡沫塑料等容重轻、导热系数小的材料起保温作用，而用强度高、耐久性好的材料，如砖、混凝土等作承重和护面层（图5．4）。

（3）防潮防水

冬季由于外围护构件两侧存在温度差，室内高温一侧水蒸气分压力高，水蒸气就向室外低温一侧渗透，遇冷达到露点，温度低时就会凝结成水，构件受潮。 雨水、使用水、土壤潮气和地下水也会侵入构件，使构件受潮受水。 表面受潮受水会使室内装修变质损坏，严重时会发生霉变，影响人体健康。 构件内部受潮受水会使多孔的保温材料充满水分，导热系数提高，降低围护构件的保温效果。 在低温下，水分形成冰点、冰晶，进一步降低保温能力，并因冻融交替而造成冻害，严重影响建筑物的安全性和耐久性（图5．5）。

图5．5 建筑受水受潮

为防止构件受潮受水，除应采取排水措施外，还应在靠近水、水蒸气和潮汽一侧设置防水层、隔汽层和防潮层。 组合构件一般在受潮一侧布置密实材料层。

（4）避免热桥

在外围护构件中，经常设有导热系数较大的嵌入构件，如外墙中的钢筋混凝土梁和柱、过梁、圈梁、阳台板、挑檐板等。 这些部位的保温性能都比主体部分差，热量容易从这些部位传递出去，散热大，其内表面温度也就较低，容易出现凝结水。 这些部位通常称为围护构件的“热桥”（图5．6（a））。 为了避免热桥的影响，首先应避免嵌入构件内外贯通，其次应对这些部位采取局部保温措施，如增设保温材料等，以切断热桥（图5．6（b））。

图5．6 热桥现象与处理

（5）防止冷风渗透

当围护构件两侧空气存在压力差时，空气从高压一侧通过围护构件流向低压一侧，这种现象称为空气渗透。 空气渗透可由室内外温度差（热压）引起，也可由风压引起。 由热压引起的渗透，热空气由室内流向室外，室内热量损失；风压则使冷空气向室内渗透，使室内变冷。 为避免冷空气渗入和热空气直接散失，应尽量减少围护构件的缝隙，如墙体砌筑砂浆饱满、改进门窗加工和构造、提高安装质量、缝隙采取适当的构造措施等。 具体内容见第6章。

5．5．2 建筑防热

我国南方地区，夏季气候炎热，高温持续时间长，太阳辐射强度大，相对湿度高。 建筑物在强烈的太阳辐射和高温、高湿气候的共同作用下，通过围护构件将大量的热传入室内，室内生活和生产也产生大量的余热。 这些从室外传入和室内自生的热量，使室内气候条件变化，引起过热，影响生活和生产（图5．7）。

图5．7 室内热过程

为减轻和消除室内过热现象，可采取设备降温，如设置空调和制冷等，但费用大。 对一般建筑，主要依靠建筑措施来改善室内的温湿状况。 建筑防热的途径可简要概括为以下几个方面：

（1）降低室外综合温度

室外综合温度是考虑太阳辐射和室外温度对围护构件综合作用的一个假想温度。 室外综合温度的大小，关系到通过围护构件向室内传热的多少。 在建筑设计中降低室外综合温度的方法主要是采取合理的总体布局、选择良好的朝向、尽可能争取有利的通风条件、防止西晒、绿化周围环境、减少太阳辐射和地面反射等。 对建筑物本身来说，采用浅色外饰面或采取淋水、蓄水屋面或西墙遮阳设施等有利于降低室外综合温度（图5．8（a））。

（2）提高外围护构件的防热和散热性能

炎热地区外围护构件的防热措施主要应能隔绝热量传入室内，同时当太阳辐射减弱时和室外气温低于室内气温时能迅速散热，这就要求合理选择外围护构件的材料和构造类型。

（3）带通风间层的外围护构件既能隔热也有利于散热

因为从室外传入的热量，由于通风，使传入室内的热量减少；当室外温度下降时，从室内传出的热量又可通过通风间层被带走（图5．8（b））。 在围护构件中增设导热系数小的材料也有利于隔热（图5．8（c））。 利用表层材料的颜色和光滑度能对太阳辐射起反射作用，对隔热、降温有一定的效果（表5．1）。 另外，利用水的蒸发，吸收大量汽化热，可大大减少通过屋顶传入的热量。

图5．8 防热措施

表5．1 太阳辐射吸收系数ρ值

5．5．3 建筑节能

（1）建筑节能意义和节能政策

能源是社会发展的重要物质基础，是实现现代化和提高人民生活的先决条件。 国民经济的发展快慢，在很大程度上取决于能源问题解决得如何。 所谓能源问题，就是指能源开发和利用之间的平衡即能源生产和消耗之间的关系。 我国能源供求关系一直是紧张的，能源缺口很大，是急待解决的突出问题。 解决能源问题的根本途径是开源节流，即增加能源和节约能源并重，而在相当长一段时间内节约能源是首要任务，是我国一项基本国策。 在我国制定的能源建设总方针中就规定着：“能源的开发和节约并重，近期要把节能放在优先地位，大力开展以节能为中心的技术改造和结构改革”。 据统计预测，到目前为止，我国国民经济所需能源有一半要靠节约来取得。 事实上，世界各国已经把节能提高到是煤、石油、天然气、核能之后的第五种能源资源。

建筑能耗大，占全国总能耗的1／4以上，它的总能耗大于任何一个部门的能耗量，而且随着生活水平的提高，它的耗能比例将有增无减。 因此，建筑节能是整体节能的重点。

建筑的总能耗包括生产用能、施工用能、日常用能和拆除用能等方面，其中以日常用能最大。 因此，减少日常用能是建筑节能的重点。

（2）减少日常耗能量的建筑措施

建筑设计在建筑节能中起着重要作用，合理的设计会带来十分可观的节能效益，其节能措施主要有以下几个方面：

①选择有利于节能的建筑朝向，充分利用太阳能。 南北朝向比东西朝向建筑耗能少，在相同面积下，主朝向面越大，这种情况也就越明显；

②设计有利于节能的平面和体型，在体积相同的情况下，建筑物的外表面积越大，采暖制冷负荷也越大，因此，尽可能取最小的外表面积；

③改善围护构件的保温性能，这是建筑设计中的一项主要节能措施，节能效果明显；

④改进门窗设计，尽可能将门窗面积控制在合理范围内，改革窗玻璃，防止门窗缝隙的能量损失等；

⑤重视日照调节与自然通风，理想的日照调节是夏季在确保采光和通风的条件下，尽量防止太阳热进入室内，冬季尽量使太阳热进入室内。