住宅建筑围护结构节能应用技术 上海市建筑科学研究院 杨星虎 一、建筑热工基本知识 (一)围护结构保温
1．传热系数(K)、传热阻(R0)和热阻(R) 在上海市住宅建筑设计标准和国内外几乎所有的建筑节能标准中，都规定有围护结构(墙体、屋面、门窗等)的传热系数指标，它是表征围护结构传热量大小的一个物理量。其定义是：在稳态条件下，围护结构两侧空气温度差为1℃，1h内通过1m2面积传递的热量，单位是W／(m2·K)。 与传热系数相反，传热阻是表征围护结构阻止热量传递能力的一个物理量，在数值上是传热系数的倒数，单位是m2·K／W。 热阻(R)是指围护结构本身阻止热量传递能力的物理量，单位也是m2·K／W。在数值上是围护结构厚度(δ)与材料导热系数(λc)的比值。对于多层结构，则是各构造层热阻之和。 传热系数可以通过计算或测试取得。传热系数的计算需要通过热阻和传热阻的计算。热阻加上围护结构的内表面换热阻和外表面换热阻就是传热阻，而传热阻的倒数是传热系数。 传热系数(K)以及传热阻(R0)都是围护结构保温性能的评价指标，但也与隔热性能有关。需要指出的是，对于有节能要求的住宅，外墙的传热系数指的是平均传热系数，包括外墙主体部位和周边部位(圈梁和构造柱等)在内的，按面积加权平均求得的传热系数。 2．结露与冷凝 保证外墙和屋面的内表面在冬季不结露，是房屋建筑基本的使用功能要求。它既是最低的保温指标，也是最低的卫生要求。因此，即使不考虑节能，房屋建筑的外墙和屋面在冬季也不应出现结露。不出现结露的条件是外墙和屋面的内表面温度不低于室内空气的露点温度。在国标《民用建筑热工设计规范》中，规定“围护结构热桥部位的内表面温度不应低于室内空气露点温度“，该条文说表明，在围护结构中即使是传热系数相对较大的热桥部位也不允许结露。这一条规定现已纳入国家《工程建设标准强制性条文》。因此，建筑师在设计中应进行验算，如有结露可能，必须加强保温措施。 冷凝是结构内部的结露，当外墙和屋面内部存在冷凝时，冷凝水使保温层湿度提高，从而降低其保温性能和机械强度，甚至产生破坏性变形。因此，对于外侧有密闭防水层的屋面以及保温屋外侧有密实保护层的多种墙体，应进行内部冷凝受潮验算。国家《工程建设标准强制性条文》中提出“采暖期间，围护结构中保温材料因内部冷凝受潮而增加的重量湿度允许增量，应符合表6.1.2的规定”，就是这方面的控制要求。如果因冷凝受潮使保温材料湿度增加超过允许值时，应该在保温材料内侧设置隔汽层或其外侧设置空气层。上海现在有专门的隔汽层涂料可供应用。 (二)围护结构隔热
1．隔热与保温的异同点 隔热是阻挡室外的热量进入室内，当房间处于自然通风条件，是
阻挡室外的太阳辐射热通过外墙和屋面进入室内。在夏季，室外的热量是随时间变化的，它属于一种周期性的不稳定传热，所以围护结构隔热不仅要求结构热阻大，还要求热稳定性好。另外，隔热性能的评价指标是内表面最高温度，也与保温性能不同。而且，对墙体而言，隔热仅对东、西向的外墙有所要求。隔热与保温的共同点是都需要结构的热阻大(即传热系数小)。
2．隔热性能的评价指标 夏热冬冷地区的房屋建筑，对东、西向外墙和屋面应该有隔热性能的要求。隔热性能的优劣取决于结构的热阻以及对温度波的衰减和延迟能力。在国标《民用建筑热工设计规范》中，综合上述各项因素提出了一个非常直观的指标——内表面最高温度值，作为围护结构隔热性能的评价指标。就是说，应该控制外墙和屋面在炎热夏季一天中的内表面温度最高值，使在不使用空调时不致明显高于室内气温，不致对人体产生烘烤感(强烈的热辐射)；在使用空调时不致消耗太多的空调冷量。目前，上海和夏热冬冷地区一些城市的建筑节能设计标准都是以此为依据提出指标值的。
3．热惰性指标(D值) 热情性指标(D)是结构热阻(R)与材料蓄热系数(S)的乘积，它表征围护结构的稳定性。D值大的结构隔热性能好，室温波动小。但是，它不是直接判定隔热或保温性能的评价指标，所以在民用建筑热工设计中不宜作为规定性指标而提出具体要求。然而，在建设部已试行的《商品住宅性能评定方法和指标体系》中，对夏热冬冷的地区3A、2A、1A三个等级商品住宅的外墙和屋面都提出了D≥3.2的指标。在该指标体系中，如果D值是用于控制隔热性能(对寒冷和严寒地区无此项要求)，那是不妥当的。因为提高隔热性能并非必须依靠D值。如果是为了控制室温波幅，住宅并不是精密的恒温室。上海以及广大夏热冬冷地区的家庭空调多数是间歇使用的，而间歇使用的空调建筑，采用D值不大的轻型结构应该是有利的。何况在国标《采暖通风与空气调节设计规范》中，对室温允许波动范围仅+0.5℃的工艺性空调房间，其屋面的0值指标也仅≥3.O。 应该看到，上海在墙体材料和屋面构造形式等方面有与外地不尽相同的要求。上海需要推广应用混凝土小型空心砌块和坡屋面。上海只有粘土砖(实心和多孔)、加气砌块墙体以及有较厚找坡层的平屋面，D值能够满足≥3.2的要求，而190普通混凝土空心小砌块墙体的D值仅1.80(包括内外粉刷)，孔中满填轻集料混凝土后也仅2.64。200～250厚钢筋混凝土墙体的D值在2.47～2.97之间。对混凝土空心砌块墙体做聚苯板体系的外保温后，墙体的保温和隔热性能均可优于节能设计标准要求，但D值并不增加或增加很少(因外粉刷层减薄，而聚苯板保温层的D值仅0.24)。坡屋面由于没有找坡层，包括保温层在内，其D值也在2.40左右。因此，在上海地区，这两种非粘土制品和坡屋面的D值是难以达到该项指标要求的。但据了解，正待审批的上海
市《商品住宅性能认定》中也有D≥3.2的指标；年初收到的国家行业标准《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》的征求意见稿也有D≥3.2要求(目前已考虑修改)。希望市建委有关管理部门能给予关注。
二、外墙、屋面、门窗的主要节能措施 围护结构的节能主要是依靠提高结构的保温隔热性能来实现的(不包括建材生产和施工的节能)。保温隔热性能的提高能改善房屋建筑的室内热环境和降低空调(供暖与制冷)使用能耗，而保温隔热措施的应用还有利于主体结构保护、新型墙体材料推广以及建设工程质量提高。因此，建筑节能是与新型墙体材料发展以及住宅产业化密切相关的。 (一)外墙节能措施
1．上海地区的几种外墙材料中，保温隔热性能较好的是多孔粘土砖和加气砌块(与粘土实心砖相比)，较差的是190普通混凝土小型空心砌块，最差的是用于剪力墙结构的钢筋混凝土。对于一般住宅，根据上海市《住宅建筑设计标准》和国标《民用建筑热工设计规范》的规定指标，混凝土空心砌块和剪力墙结构钢筋混凝土墙体需要采取保温和隔热措施；对于节能住宅，根据上海市《住宅建筑节能设计标准》，上述几种墙体除加气砌块外，均需要采取保温隔热措施。
2．对墙体实施复合保温是目前外墙节能的主要措施，它采用保温材料与基层墙体复合，从而提高外墙的保温和隔热性能。复合保温措施可根据保温材料在墙体中的位置分为内保温、中保温、组合保温和外保温四种。
1)内保温 外墙内保温是上海地区习惯使用的一种墙体保温措施，具有施工方便、造价较低等优点，但要少量占用室内使用面积，对室内装修也可能造成一定局限。外墙内保温的基本措施有内贴硬质建筑保温制品、保温层挂装以及保温砂浆粉刷等三种。对于混凝土小型空心砌块多层住宅和钢筋混凝土剪力墙结构高层和中高层建筑，由于需要补充的热阻较多(节能指标要求)，主要采用前两种做法，对于多孔粘土砖墙体，可采用保温砂浆粉刷。 (1)可用于墙体内贴的硬质建筑保温制品目前有硬质矿棉板、砂加气混凝土制品、水泥聚苯板和高强度珍珠岩保温板等。在这些制品中，水泥聚苯板为建设部推广项目，在北京和天津地区已有大量应用，但上海尚待组织生产；高强度珍珠岩保温板过去在上海地区使用较多，1996年已制订有应用规程(DBJ-08-221-96)，但制品导热系数相对较大。
(2)保温层挂装由石膏龙骨、矿棉毡(或玻璃棉毡)和FC板或纸面石膏板等硬质面板组合而成，其热工性能较低。根据当前上海的节能要求，也可采用有单面铝箔空气间层的保温层，或在空气间层内挂装SHD-1特种高反射建筑保温复合薄膜。
(3)保温砂浆内粉刷作为一种热阻补充，适用于多孔粘土砖或本身已具有相当于一砖墙保温隔热性能的墙体，具有施工方便、不占用或少占用室内使用面积等特点。上海地区目前有JX保温粉刷料和袋装膨胀珍珍岩保温粉刷料生产(后者价格较低)。另外，北京黄金海岸瑞荣公司的HT-800复合硅酸盐保温材料也已进人上海。保温粉刷的厚度一般不超过25mm。 2)中保温和组合保温 中保温是在混凝土空心砌块孔洞内插入保温材料薄板(如25mm厚聚苯小板等)或满填轻质材料(如水泥膨胀珍珠岩或水泥聚苯碎粒混合料，散状矿棉等)，可以使砌块墙体的保温性能达到一砖墙的要求。而要满足节能指标，还需在墙体内侧再做保温砂浆粉刷，这就是组合保温。但从2001年起，上海地区的混凝土空心砌块外墙必须用轻集料混凝土灌孔，这两项措施已不能采用。
3)外保温 外墙外保温是国际公认的一项先进节能技术，具有保温隔热和防水性能好，能消除热桥，保护主体结构，不影响室内装修，便于旧房节能改造等诸多优点，但对材料性能和施工技术的要求很高，故其造价也相对较高。近两年来，以聚苯板(EPS板)为保温材料，用玻纤网布增强聚合物砂浆抹灰的保温、防水和装饰系统已先后由美国专威特(Dryvit)公司、上海永成公司(EIFS技术)和德国边诺瓦(Dinova)公司引入上海(其中永成公司的EIFS技术已实现全系统国产化)，并且编制了应用技术规程和构造图集。上海市建科院也正在研究包括系列材料国产化、低造价以及砂加气应用系统在内的外保温技术。 外保温用于上海的混凝土小型空心砌块多层住宅，有利于突破砌块墙体的“热(冷)、裂、渗”老大难问题，促进作为新型墙体主导产品的全面应用。因此，是一种应予重点推广的节能措施。
3．提高墙体材料本身的保温隔热性能也是墙体节能的一项措施(自保温)，如采用轻混凝土多排孔砌块在框架结构中作填充墙，或采用加气砌块外墙等。 (二)屋面节能措施
上海从20世纪80年代起已有对屋面的保温隔热设计，但过去大多是平屋面，而且保温材料的应用以及构造形式均比较落后，性能要求也轮低。现在对住宅建筑提倡采用坡屋面，坡屋面没有找坡层，其保温隔热层的设置更为重要。 1．平屋面
(1)平屋面节能应改变过去把无机多孔材料(憎水珍珠岩块等)密封在屋面防水层与结构层之间的不利做法，并尽量采用高效保温材料作屋面保温层，如模塑型聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS板)；或挤塑型聚苯板(XPS板)等。在构造形式上尽量采用目前发达国家流行的倒置保温做法，把保温层置于屋面防水层之上，从而简化屋面构造，减薄屋面厚度，并有效保护防水层。 (2)上海在“九五”期间已开发一种用于倒置保温上人屋面的新型屋面保温制品――屋面绝
热板，该制品把保温层与护面层合二为一，减少了操作工序，施工更为快捷。
(3)上海市建委2000年2月己正式发文通知，为提高住宅工程质量，要求上海地区住宅建筑平屋面的泛水坡度＞5％(以前为2％)。因此，平屋面的找坡层做法也应予以改进，应防止找坡层在施工和使用期间大量吸水和吸湿，如可采用钢筋混凝土薄板(60mm厚)在屋面基层上倾斜搁置等，这种做法对保温层的设置也十分有利。
2．坡屋面 坡屋面包括瓦材粘铺型和瓦材钉挂型两种。板、防潮矿棉板、膨胀珍珠岩芯板以及屋面绝热板作保温层材料，上做防水层(二道防水)后再用水泥砂浆(内夹钢丝网)粘铺瓦材。
(2)对瓦材钉挂型坡屋面可采用EPS聚苯板、XPS聚苯板、防潮矿棉板、玻璃棉板等材料作保温层，设置在顺水条下面的横格木之间。由于瓦材下面有挂瓦条与顺水条构成的空气问层，故也可采用有铝箔屋覆面的聚苯板或玻璃棉板，也可采用SHD－1特种高反射建筑保温复合薄膜。
(三)门窗节能措施 在上海市《住宅建筑节能设计标准》和国家行业标准《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中，都有对户门和外窗的传热系数要求。户门节能一般是在金属门板(外包木板)内填放15?8mm厚玻璃棉板或矿棉板。外窗节能需要改善窗框和玻璃的传热性能并提高气密性。根据发达国家和我国北方地区的应用经验，PVC塑料窗是较好的选择。因为PVC材料的导热系数只有0.14W／(m·K)，与木材相近，而且塑料窗框占窗的面积要比普通实腹钢窗增加10％，其气密性也有显著提高。所以单玻塑料窗可以满足目前上海住宅建筑对外窗的节能要求，而对于有较高节能要求的建筑，包括建设部《商品住宅性能评定方法和指标体系》中2A级和3A级的住宅[传热系数要求分别为≤3．5W／(m2·K)和≤3.5W／(m3·K)]，则尚需提高窗玻璃的保温能力，如采用双玻、单框双玻塑料窗的传热系数为2.5～2.7W／(m2·K)]中空玻璃、镀膜玻璃或双层窗[（塑料双层窗的传热系数可达2.3W／(m20 K)）等。 为加快本市化学建材推广应用步伐，提高建筑物使用功能，上海市建委已在1998年3月发生禁止在住宅、商办楼和公共建筑中使用实腹钢门窗，并推广使用塑料门窗的通知，单玻塑料外窗在上海已获得广泛应用。 三、国内外有关节能应用措施介绍
1.以欧洲各国、美国和加拿大等为主的世界发达国家对建筑物的节能要求都很高，所以矿(岩)棉、玻璃棉和泡沫塑料(包括聚苯板、聚氨酯)等三大类高效材料已在这些国家成为建筑节能应用的绝对主体(占90％以上)。在构造方法上，外墙以外保温为主(除法国外)，已形成以聚苯板玻纤网布增强聚合物砂浆抹灰、岩棉外挂钢丝网聚合物砂浆抹灰以及保温层外挂预制薄
上海市住宅建筑围护结构节能应用技术规程附条文说明
