新型保温节能建筑结构体系探析

张黎明

摘要：随着经济的发展，能源费总量逐年增加，建筑能耗在我国能源总消费中占有很大比例，研究与设计节能保温型建筑体系显得尤为必要。以保温节能技术和材料为手段的建筑结构体系，能够降低建筑物建造和使用过程中的能源消耗，减轻经济发展对人类生存环境的负担。本文对新型节能保温建筑结构体系进行分析和探讨，希望能为现代建筑行业提供一定的理论依据。

关键词：保温节能 ， 新型体系 ，探析

Abstract: with the development of economy, the total energy cost increased year by year, building energy consumption in China''s energy consumption in total in very large proportion, the research and design of insulation energy-saving building system is necessary. To heat preservation and heat insulation technology and materials as the means of structure system, can reduce the building construction and in the process of using energy consumption, reduce economic development on the burden of human survival environment. In this paper, the new energy-saving insulation structure system analysis and discussion, the hope for modern architecture industry provide certain theoretical basis.

Keywords: heat preservation and heat insulation, the new system, the article

中图分类号：TE08 文献标识码：A文章编号：

前言

当前世界能源形势日趋严峻，能源格局直接威胁着国家的经济安全，有关专家预测，到2020年，中国对海外石油能源的依赖将达到55%以上。进入21世纪以来，随着我国经济的飞速发展和城市化进程的加快，城镇建筑面积不断增长，建筑能耗在能源总消费量中所占的比例逐年上升，据2011年统计数据显示，建筑能耗已经占全国总能耗的比例接近30%，中国建筑节能形势的令人焦虑。我国政府在不断调整能源战略部署的同时，积极推行节能减排政策，以降低生产生活成本，减轻经济发展对人类生存环境的不利影响，促进经济社会可持续发展。新型节能保温建筑结构体系以其良好的稳定性、抗震性、防风性、保温性、隔音性和环保性，在降低建筑能耗方面深受人们的青睐。

建筑节能保温概述

1.1建筑节能保温相关概念

(1)建筑能耗

建筑物在建造和使用过程中，热能通过传导、对流和辐射等方式对能源的消耗。按照国际通行的分类，建筑能耗专指民用建筑(包括居住建筑和公共建筑)使用过程中对能源的消耗，主要包括采暖、热水供应、照明、炊事、制冷、通风、家用电器和电梯等方面的能耗，其中，以采暖和制冷能耗为主。

(2)建筑保温

建筑物中的屋顶、外墙、门窗等围护结构，采用节能保温材料及技术，具有在寒冷季节阻止向室外传递热量，从而保持室内舒适度的能力。

（3）建筑节能

人们依照有关法律、法规的规定，在建筑物建造和使用过程中，采用节能型的建筑设计，使用节能型的材料和技术，提高建筑物的保温节能性，减少采暖、制冷、照明等能耗，满足人们对建筑舒适性需求，提高能源利用率。

（4）节能保温材料

人们通过开发研制并成功用于建筑业的新型节能建筑材料。能最大限度地减少建筑外墙结构的热损失，有效实现节能降耗目的，在城镇居民住宅中广泛使用，具有轻质、高效、低能耗、多功能的等特点。

1.2 建筑保温节能材料的选用原则

在设计节能建筑时都要选用保温节能材料，希望能在冬季减少热损失，以保持室内需要的温度，夏季阻止太阳的辐射热，阻止太阳的辐射热，以保持室内凉爽。通常在选择建筑保温节能材料时遵循以下的原则：

⑴ 系数可取原则

任何建筑材料都有一定的自身性能和特点，起决定性作用的就是材料的各种物料系数，保温节能材料需具有较小的导热系数、较大的蓄热系数。在相同的保温效果的前提下，导热系数小的材料保温层厚度可以更小，保温结构占的空间更小。

⑵ 性能稳定原则

保温节能材料要具有良好的化学稳定性。保温节能材料不能与周围环境中的材料发生化学反应，影响其保温节能性能；保温节能材料要具有良好的施工性能，保证在施工中不变形、不变质；保温节能材料的使用年限要与建筑使用年限相匹配。

⑶ 节能实用原则

选用阻燃型或无机不燃型、无毒保温节能材料；优选轻质(密度50～35Okg/m3)或超轻质(密度不大于50kg/m3)保温节能材料；选用吸水率小的保温节能材料；保温节能材料的价格要与其使用功能相适应。

新型节能保温结构体系

目前建筑类新型节能保温系统形式多样，就围护结构中的节能保温系统来划分，主要有外墙外保温系统、外墙中保温系统、外墙内保温系统和屋面节能保温系统。

2.1外墙外保温系统

外墙外保温是集保温、节能、防水、隔热、隔声与装饰功能于一体，属于把保温层放置在主体墙材外面的轻质环保型非承重外围护建筑墙体系统。外墙外保温系统既可用于民用建筑，又可以用于公共建筑和工业建筑，既适用于扩建工程，又适用于既有建筑外墙的改造，外墙外保温系统是作用在垂直的外墙体，不可避免的要经受雨水冲刷、风吹日晒、温湿度侵袭和各种外力振动等方面不利因素的考验，所以要求节能工程不仅必须达到节能率的要求，而且还必须满足规定的基本使用年限。

2.2外墙中保温系统

外墙中保温系统，采用保温材料与轻质墙体材料，共同构成外保温复合夹芯墙体。它是在砖砌体、混凝空心墙与其他砌体材料所砌筑外叶墙与内叶墙的中间，安装膨胀珍珠岩保温板、聚苯乙烯泡沫塑料板、聚酯硬质泡沫板或矿棉板等绝热保温材料。把保温材料设置在钢筋混凝土圈梁、构造柱等的外侧，对外墙上的混凝土部件进行保温，防止部件的内表面在冬季出现结露，以共同构成外墙中保温。外墙中保温系统构造在严寒地区节能住宅使用较多。

外墙中保温系统，施工简单、抗震性能强、造价低，而且饰面施工不受限制，适用地区广。目前这种结构应用最多的是5O%的节能率的设计术、施工技术。外墙中保温系统结构与外墙外保温薄抹灰系统相比较，饰面施工质量比较可靠，出现饰面脱落质量事故相对少，但按65%节能率的结构设计进行施工时，效果依然不尽人意。

2.3内墙内保温系统

外墙内保温的复合墙体系结构中，外围护结构承重墙体分为现浇或预制混凝土外墙、内浇外砌或砖混结构的外墙以及其他承重外墙。保温材料复合在外墙内侧，墙体中可设空气层或不设空气层，当有空气层时，空气层可以切断液态水分的毛细渗透，防止保温材料受潮，同时外侧墙体结构层有吸水能力，其内侧表面由于温度低而出现的冷凝水，被结构材料吸入并不断向室外转移、散发，空气间层还增加一定的热阻。空气层的设置对内部孔隙连接、易吸水的保温材料很有必要，保温材料层是节能墙体的主要功能部分。覆盖材料防止保温层受破坏，例如石膏板或其他饰面材料覆盖面作为保护层，同时在一定程度上阻止室内水蒸气浸入保温层。另外，该类节能墙体外侧结构层密度大、蓄热能力大，相对室温波动较大，冬季供暖时升温快，不供暖时降温也快。

2.4屋面节能保温系统

保温屋面主要侧重于严寒、寒冷地区，其次是夏热冬冷地区的建筑结构。保温屋面是使用热惰性好的保温材料，封闭屋面，最大限度减少室内的热量向室外传递。隔热屋面主要侧重用于我国南方炎热或夏热冬冷地区，隔热屋面主要是采用建筑结构的方式降低辐射热，能最大限度杜绝室外的热量向室内传递。如其中的架空屋面、蓄水屋面和种植屋面。

由于两种节能屋面方式不同，采用的节能施工技术有所区别，保温屋面侧重选用适当的保温材料与合理施工技术。而隔热屋面侧重采用建筑结构设计所采取的隔热措施。通过保温和隔热各自不同的处理方式，从而达到建筑节能和使用舒适的要求。

对比几种墙体节能系统的特点并结合当前工程实际节能系统选择方式与施工难易，笔者认为外墙外保温系统具有良好的可选择性，同时屋面节能系统根据实际情况的需要，多选取节能保温屋面作为屋面节能系统。

建筑节能保温结构体系探析

节能保温系统在日常生产生活中已经慢慢普及，本文利用钢框架体系，采用新型节能保温轻集料混凝土板为围护体系，通过螺栓的连接，就轻型钢结构建筑屋架确立整体设计案例，并对部分设计做节能保温方面的计算探析。

3.1工程概况

某三层办公楼，主体长33m，宽14m，建筑面积1421.43m2。一层层高3.6m，二层、三层层高3.3 m。所在地区基本风压为0.35KN / m3，地面粗糙度C类(a = 0.22. HT = 400)，基本雪压0.5KN / m3。抗震设防烈度7°(0.1g)地震分区为一区，场地类别为Ⅱ类场地，抗震等级三级。主体结构采纯钢框架结构，结构的局部平面及横同剖面如图1所示。本工程主梁和柱均采用Q235B热轧H型钢。墙体、楼板、屋面板材料采用项目组研究的新型保温节能轻集料混凝土板，节点结构连接采用高强螺栓连接。

3.2连接概况

节能保温混凝土板与H形梁柱的连接。

（2）檀条材料和屋架的连接

檩条采用Z型冷弯薄壁型钢，为了让檩条在屋架上有可靠的支撑，这里采用屋架上弦焊接短角钢制造的擦托，将檩条用C级螺栓(不少于两个)与其连接。如下图2

3.3建筑节能保温体系有关计算验证

本体系框架有某焊接工字形截面平台梁，如图3所示,跨度3m,两端简支,跨中所受集中荷载设计值N=250kN,钢材为Q235BF,f=215N/mm2，fy=235N/mm2,采用－90×6支承加筋肋,探析钢梁的局部稳定性和支座处支承加筋肋的稳定性。

(1)局部稳定计算

翼缘(或15) 满足要求

腹板满足要求

(2)支座稳定性

支座反力N=125kN

腹板受压宽度

（3）本案例体形系数的计算如下:

可见本案例对于建筑体形系数的选择是能够满足节能要求的。

以上通过对节能保温轻型结构方案中的结构局部进行探析，并对所构件截面进行验算，从而保证整个结构方案上具有现实的可行性，并为以后的保温与节能建筑体系探讨提供一个理论的平台。

小结

总之，新型节能保温节能建筑体系探究是贯彻可持续发展战略的一个重要组成部分，是执行节约能源、保护环境的基本国策，也是当前全球性发展的大趋势。在新型节能保温材料普及应用发展环境下，提高建筑保温系统的节能效率和延长系统的使用寿命将给人类建筑业带来新的契机。积极推进建筑节能保温，具有十分重要的意义。

参考文献：

[1].武胜.轻型龙骨外墙节能设计方案研究[J].工业建筑，2010.

[2].马宝国.建筑功能材料[M].武汉理工大学出版社，2004.

[3].杨凯.聚苯颗粒保温砂浆的研制与工程应用[D].重庆大学，2006.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。