建筑节能设计是一个系统化、整体化以及全过程的课题，包括建筑总体规划、体型系数控制、围护结构热工设计、窗墙面积比设计等。

其中，围护结构热工设计对建筑能耗有着重要影响。根据调查数据显示，我国围护结构的传热、耗热量占建筑物总耗热的70%以上，分布于墙体、屋面、门窗等各个部位， 因此大幅度降低围护结构的传热系数是建筑节能的重要途径之一。

由于我国地域宽广，气候变化多样，不同地区的气候环境各不一样，这就决定了各地的建筑保温材料的选择和围护结构热工设计方法存在一定的差异性。

此外，公共建筑类型丰富，外立面形式多种多样。因此，针对不同地区和不同类型的建筑节能设计不可一概而论，而应具体研究，因地制宜。

一、外墙节能设计的常用做法

1.保温材料的选择依据

目前市场上的保温材料多种多样， 保温材料的选择是决定建筑节能设计思路的主要出发点。

按照材料性能划分主要有2 类：

一类是无机保温材料，包括岩棉、泡沫陶瓷保温板、复合水泥发泡板等；

一类是有机保温材料，包括模塑聚苯板（EPS）、挤塑聚苯板（XPS）、酚醛泡沫（PF）、硬泡聚氨酯（PU）等。

相比而言，无机保温材料的导热系数偏大， 保温节能效果与有机保温材料相比略有差距。但是，有机材料的防火性能常常不能满足我国相关规范对其燃烧性能的要求，其适用的场合受到极大的限制。按照材料形态划分主要有3 类：

一类是板材类，如复合水泥发泡板、挤塑聚苯板（XPS）等；

一类是棉类保温材料（也分卷材和板材），如岩棉等；

一类是现场喷涂类保温材料，如硬质发泡聚氨酯等；（表1）

在实际工程中， 对保温材料的选择还受到多种因素的制约，其中包括客观因素，如建筑外墙体系类型、施工技术水平、气候环境、防火性能要求等，以及主观因素，如经济成本、工程品质等。

（1）外墙体系类型

在幕墙干挂体系中，由于预埋构件较多，不适合选用易碎且变形度较小的材料，如陶瓷保温板、发泡水泥板等脆性板材。薄抹灰饰面体系则应重点考虑抹灰层与保温层以及装饰层之间的结合以及避免面层开裂问题。

（2）防火性能要求

不同高度和不同类型的建筑防火等级要求不同， 现行的国家标准《建筑防火设计规范》GB50016-2014 对目前应用广泛而燃烧性能等级为B1 级和B2 级有机保温材料作出了更为严格的规定和要求，尤其体现在建筑层数、建筑高度、防火隔离带设置和外门窗的耐火完整性要求等方面，限制了目前诸多有机保温材料的适用范围。（表2、表3）

（3）环境气候因素

材料的导热系数和热阻值是衡量材料保温性能的基本指标。在严寒或寒冷地区应尽量选择导热系数小的材料，以减小保温层厚度，进而降低保温系统的施工难度。

其次，在选择保温材料时应主要关注材料的吸水率和耐久性。大多数保温材料吸水后，其保温性能会大大降低，因此，在潮湿气候区域，应避免选择吸水性好的保温材料。

（4）施工技术水平

预制板材类的保温材料或棉类卷材， 一般采取粘结或粘锚结合的方式与墙体固定，不受气候影响，但工序偏多，锚固件及接缝处易产生冷桥。

而喷涂类保温材料，施工简便快捷，保温层连续性和整体性好，但是施工过程受人为因素和气候因素影响较大， 需要较高的施工技术水平以及合适的施工环境。

另外，由于现场喷涂材料随空气扩散，对人体和环境或多或少会产生不良影响。

（5）经济成本因素

从工程的性质、材料的性质和寿命等因素考虑，尤其在当前提倡节能的大环境下，不仅要考虑建筑的使用能耗，同时要考虑材料在制作过程中的制作能耗。另外，建设者的成本控制也是材料选用的决定性因素之一。

2.不同保温材料的构造做法

（1）粘锚类

板材类保温材料的构造方法基本上均为粘锚结合的形式，其构造层次也大致相同，一般为（由内到外）：

基层-界面层（设计需要时使用）-找平层（设计需要时使用）-粘结层-保温层-抹面层-饰面层。

以发泡水泥板为例，涂料饰面外墙的构造做法为（由内到外）：

200 mm 厚钢筋混凝土墙体/200 mm 厚蒸压加气混凝土砌块墙体+界面剂+20 mm 厚1：3 水泥砂浆找平层+胶结砂浆+复合发泡水泥保温板（A 级）+5 厚聚合物抗裂砂浆压入耐碱玻纤网格布+弹性底涂、柔性耐水腻子两道+涂料面层。

（2）喷涂类

现场喷涂类保温材料的构造层次一般为（由内到外）：基层-找平层-界面层-保温层-抗裂面层-饰面层。

以现场涂刷无机轻骨料砂浆外保温系统为例，外墙的构造做法为：200 mm 厚钢筋混凝土墙体/200 mm 厚蒸压加气混凝土砌块墙体+20 mm 厚1：3 水泥砂浆找平层+界面剂+无机轻骨料砂浆（A 级）+5 厚聚合物抗裂砂浆压入耐碱玻纤网格布+弹性底涂、柔性耐水腻子两道+涂料面层。

二、外墙保温层厚度计算

1.影响保温层厚度的因素

（1）区域因素

我国幅员辽阔，地域宽广，气候条件多样，按照不同的气候特征大概分为5 个气候分区， 有些气候分区由于跨度较大，又细分成几个小的气候区。各地区的气候条件的差异性导致了外围护结构的节能要求均不相同。

严寒、寒冷地区主要考虑建筑的冬季保温， 对围护结构的传热系数限值要求相对较高。夏热冬冷地区要同时考虑冬季保温和夏季隔热，实验表明，提高屋面的热工性能总是能带来更好的节能效果，但是提高外墙的热工性能时，会导致全年供冷能耗量增加，供热能耗量减少，节能效果不明显。

夏热冬暖地区主要考虑夏季隔热， 该地区的太阳辐射通过透光围护结构进入室内是造成夏季冷负荷的主要成因， 因此控制该地区的透光围护结构的遮阳性能是节能设计的主要方向。

温和地区气候温和，最适宜采用被动技术，同时又对围护结构的热工性能提出一定的要求，有利于降低能耗，符合国家提出的可持续发展理念。

（2）体型因素

严寒和寒冷地区的建筑体型复杂程度直接影响到建筑供暖能耗的大小。一般而言，楼层越低，平面凹凸越复杂的建筑，体型系数越大。

建筑体型系数越大，单位建筑面积对应的外表面面积越大，热损失越大。夏热冬冷、夏热冬暖以及温和地区， 建筑体型系数对建筑的空调和供暖能耗影响较小，因此规范中并未对体型系数提出具体要求。

（3）材料热惰性因素

围护结构的热惰性指标反映的是材料抵抗温度波动的能力。实验证明，建筑全年能耗随着墙体热惰性指标的增大而减小，因此，规范中分别对轻质材料和重质材料（以2.5为界）给出相应的传热系数，体现了对热惰性指标和传热系数的同时约束。

2.最小保温层厚度计算

结合工程经验， 外墙主体材料多采用混凝土框架及蒸压砂加气混凝土砌块B06 填充墙，保温材料选用岩棉板（A级）、发泡水泥板（A 级）、挤塑聚苯板（B1 级）、模塑聚苯板（B1 级）、无机轻骨料保温砂浆。

由于不同工程的外墙材料比例不同，其保温层厚度略有差别，根据经验可简化为混凝土墙与填充墙比值约为3：7，得出大概的估算值，用于工程设计的前期概算。

以普通办公楼（甲类公建）为例，根据防火规范要求可出现两种外墙节能设计情况，一是全部采用A 级燃烧性能的保温材料，二是采用B1 级燃烧性能的保温材料，每层设置高度不小于300 mm 的A 级材料作为防火隔离带（为简化研究的不确定性，先设定防火隔离带的高度同梁高，一般为700 mm~800 mm 为宜）。

（1）不设防火隔离带

（2）设置防火隔离带

针对小于50 m 的非幕墙体系以及小于24 m 的幕墙体系外墙而言， 采用B1 级燃烧性能的材料每层设水平防火隔离带的形式较为经济合理。

而对严寒以及寒冷地区而言，挤塑聚苯板+岩棉板（防火隔离带）的组合保温效果最佳，外墙保温材料厚度最小。

由表4、表5 研究可见，发泡水泥板、陶瓷保温板、无机轻骨料保温砂浆等材料传热系数较大， 并不适用于严寒及寒冷地区。

夏热冬暖及温和地区，所要求的传热系数规范限值较高，也无需采用板材保温材料，而采用现场涂刷的无机轻骨料保温浆料更为经济合理。

相较而言，小于50 m 的非幕墙体系以及小于24 m 的幕墙体系采用B 级材料+防火隔离带的组合做法更为经济合理。

三、结语

建筑节能是一个相对复杂的设计过程， 更是建筑全生命周期的设计过程， 不能仅仅靠某一建筑构件的热工性能和节能效率来评价建筑节能与否。

由于建筑外围护结构的热工设计是建筑节能设计的重点部分，因此，通过对非透光围护结构的研究总结，选择适当的建筑保温隔热材料、合理的建筑节能构造，达到建筑节能标准，进而提升全生命周期的建筑节能率，是节能设计过程中十分重要的一环。

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