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寒冷地区既有建筑外墙节能改造分析

来源:知实学术 分类:建筑论文 发布时间:2020-01-24 浏览:

  摘 要:既有建筑节能改造是降低建筑能耗的一个重要途径。文章主要研究寒冷地区既有公共建筑外墙节能改造,其中外墙节能改造的技术主要从外墙外保温技术方面入手。通过对比常见既有建筑外墙传热系数和公共建筑传热系数限值,分析后提出提高既有建筑外墙热工性能的措施。对外墙内保温和外保温的优缺点进行对比分析,得出适合既有公共建筑外墙的保温方式是外墙外保温系统。文章最后对既有公共外墙进行外保温节能改造技术进行分析,提出适宜其节能改造的外墙外保温系统分别是硬质聚氨酯泡沫塑料、EPS、XPS板系统。

  关键词:既有建筑;外墙;外保温;节能改造

  《中国建筑教育》由全国高等学校建筑学学科专业指导委员会、全国高等学校建筑学专业评估委员会、中国建筑学会和中国建筑工业出版社联合主办的。

  在我国建筑中,公共建筑总面积约占居住建筑总面积的1/4,单位建筑面积能耗却是居住建筑的10倍左右,占总建筑耗能的比例高。建筑节能尤其是大型公共建筑的节能已成为当前节能工作中最重要内容之一。其中,寒冷地区既有公共建筑的能耗在我国建筑总能耗中占有重要地位。近年,寒冷地区既有公共建筑的外围护结构特别是外墙节能改造技术已成为一项重要的研究课题。随着公共建筑的面积不断扩大,大部分既有公共建筑由于外墙的保温性能差,使得公共建筑每年的能源消耗量不断上涨,浪费了大量资源,不符合节能标准。因此,对寒冷地区既有公共建筑外墙的节能改造技术分析具有很强的现实意义。

  1 既有建筑外墙分析

  1.1 既有公共建筑外墙特点

  1.1.1 墙体构造多样化

  墙体为混凝土剪力墙;框架填充砌筑黏土砖或各种砌块;黏土砖砌筑。

  1.1.2 外墙保温隔热效果差

  外墙厚度和材质决定这些建筑物外墙传热系数不符合国家节能设计标准。

  1.2 外墙热工性能分析

  针对我国寒冷地区,在已建成的大量既有公共建筑中有一部分建筑能耗不满足现行节能设计标准。而寒冷地区既有公共建筑中常用的墙体热工性能如下表:

  通过对比分析以上数据得出寒冷地区既有公共建筑的外墙热工性能并不满足现有的节能设计标准。对于寒冷地区而言,最重要的是外墙保温的改造。因此,做好对外墙的节能改造,对降低建筑物的能耗能起到非常重要的作用。在墙体保温的研究中,我国的外墙外保温技术不断得到应用,且很多研究机构都进行了外保温实验室及其技术试验工程的建立,能够进行外墙外保温技术的深入研究。

  2 提高外墙保温性能的措施

  在寒冷地区,由于冬季室内外温差大,进行既有建筑外墙节能改造时,主要以增强外墙的保温性能为主。

  在节能改造过程中提高外墙保温性能的措施主要有两种做法:

  (1)防止外墙中出现凝结水,宜在外墙靠室内一侧设置隔蒸汽层,阻止室内水蒸气进入墙体。

  (2)防止外墙出现空气渗透,墙体材料一般都不密实,有许多微小的孔洞。墙体上设置的门窗等构件,因安装不严实或材料收缩等,产生一些贯通性微缝。冬季由于热压和风压使外墙出现了空气渗透。一般采取选择密实度高的墙体材料,墙体内外加抹灰层,加强构件间的缝隙处理等措施。

  3 解决节能改造中热桥问题的措施

  在寒冷地区的建筑中,由于建筑结构的特点,在建筑外围护结构上出现了许多热桥,如外墙上的钢筋混凝土梁、柱、板的连接处;外墙与钢筋混凝土的梁、柱、板的连接处;外墙与内墙的连接处;外墙与外门窗的连接处;外墙上砌出凹凸的装饰造型等。据有关资料统计,建筑物沿外墙“热桥”增加热损约占25%,可见“热桥”所增加的热负荷是相当大的。

  在节能改造中,解决热桥问题主要有以下几种措施:

  (1)采用高效保温的涂抹型的保温材料,将外露于室外的钢筋混凝土构件,在距外墙表面或屋顶的一定距离内,在其表面上涂抹一层适当厚度的保温涂料,以降低热桥本身与室外冷空气或室内热空气的直接热交换,从而提高了热桥的热阻性。

  (2)在外墙上的热桥及其周围,包括内、外墙角和外门窗的热桥影响区表面上,采用涂抹型高效保温涂料代替普通水泥砂浆,提高热桥影响区的热阻。

  (3)在外墙上的热桥周围,采用合理的外保温技术,可以减少热桥的产生。

  (4)当楼板、屋面板或梁采用混凝土预制构件时,可以在混凝土构件的外边缘填塞保温板,以加强热桥部位的保温。

  (5)在热桥影响区的内表面粘贴或涂抹的保温材料,宜采用憎水性的保温材料。

  4 外墙保温方式的选择

  外墙保温方式主要分为内保温和外保温,外墙内保温是将保温材料复合在承重墙内侧;外墙外保温是在主体墙结构外侧粘贴固定保温材料,并在保温材料的外侧抹砂浆或其他保护装饰。

  采用内保温用于既有建筑外墙节能改造,在施工时会影响室内住户的正常生活,这种技术易产生热桥、结露等问题,所以它不适用于寒冷地区。

  与内保温相比,外保温技术是将保温隔热体系置于外墙外侧,该项技术与内保温技术相比具有明显的优越性,使用同样规格、同样尺寸和性能的保温材料,外保温比内保温的效果好。外保温的优势体现于以下几点:

  (1)外墙外保温改造可以避免产生热桥。在寒冷地区,热桥不仅会造成额外的热损失,还可能使外墙内表面潮湿、结露,甚至发霉或淌水。因此,在采用同样厚度的保温材料的条件下,外保温要比内保温的热损失减少约1/5,从而降低了建筑能耗。

  (2)进行外保温改造后,由于内部的实体墙热容量大,室内能蓄存更多的热量,使得太阳辐射或间歇采暖造成的室内温度变化减缓,室温较为稳定,有利于节能。

  (3)采用外保温方式,可以保护内部墙的主体结构。室外不断变化的气候只会作用于外保温层,不会引起墙体内部较大的温度变化,从而使内部的主体墙冬季温度提高,湿度降低,温度变化较为平缓,热应力减少,可以减少外墙产生裂缝、变形、破损的几率,延长建筑寿命。

  (4)既有建筑外墙外保温改造可以使建筑更为美观,使既有建筑面貌为改观。在同等材料条件下,外保温比内保温的热损至少减少20%,从而达到节约能耗的效果。

  综上所述,既有建筑外墙改造多选用外保温方式。在改善外墙热工性能的同时,能够提高节能效果,还可以结合既有建筑的自身特点,考虑美化建筑立面效果,做到节能立面改造一步到位,从而有效避免既有建筑节能改造完成后从新进行改造。

  5 工程实践中外墙外保温系统分析

  外墙是外围护结构中能耗较大的构件,对寒冷地区既有建筑外墙实施节能改造,重点是应该做好保温问题。 如果保温材料的选择较为恰当,则可以大大地提高墙面的寿命,减少墙面开裂的情况,提高整个墙体的性能。另外将新型材料应用在墙体的外保温技术中,选择的材料应用模式为紧贴墙体。该保温和隔热效果十分明显,并且因为具备的结构特点,可以在一定程度上降低柱结构的墙体应用,对此能够扩大建筑的应用面积。用于建筑外保温的节能材料主要有聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS及XPS)、岩(矿)棉板、玻璃棉毡以及超轻的聚苯颗粒保温料浆等。

  合理选择既有建筑的外墙保温系统及技术措施,可以有效地降低因墙体导热和热桥现象造成的热损失,从而提高外围护结构的保温性能,有效节约能源。同时还可避免因温度应力造成的墙面开裂,防止墙面产生结露、霉变现象,大大改善既有建筑的舒适度,延长其使用寿命。适宜于外墙节能改造的外保温系统主要有:EPS板薄抹面外墙外保温系统、XPS聚苯板薄抹灰外墙外保温系统、胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统、胶粉聚苯颗粒夹芯聚苯板(三明治)系统、喷涂硬泡聚氨酯外墙外保温系统和岩棉、玻璃丝棉装配式骨架外保温系统等。中德合作进行的北京市惠新西街12号楼外墙外保温节能改造,该工程采用了德国MAXIT公司的外保温技术,保温材料为100mm厚EPS板,计算传热系数为0.40W/(m2·K),具有较好的保温节能效果。潍坊某建筑工程总建筑面积16万余平方米,保温系统最终确定采用单组份水泥聚合物干混砂浆、聚苯板玻纤网增强外墙保温施工体系(TDL系统)。该系统由EPS板、TDL-013聚合物砂浆和耐碱玻璃纤维网格布组成。改造后经检测,节能性能符合现行节能设计标准,具有较好的节能性能。XPS板与EPS板相比具有较高的压缩强度,较低的吸水率,较低的水蒸气透过系数。北京某郊区县的一临街建筑,对外墙面层已大片脱落的办公楼进行墙体改造,经过综合比较分析,最终决定采用单面挂网复合聚苯板外墙外保温技术。可见在公共建筑的外墙保温改造中常采用聚苯板材料。

  从保温系统材料性能来看,硬质聚氨酯泡沫塑料、EPS、XPS板的导热系数较小,表观密度较小,垂直于板面方向的抗拉强度较大,因此适合用于寒冷地区的建筑外墙节能改造。在实际应用中,临沂市桃源大厦采用了胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统,该保温系统可以充分利用废旧泡沫聚苯板、粉煤灰等废料,可以减少污染,有利于保护环境。但是胶粉聚苯颗粒的导热系数略大,综合以上优缺点得出胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统不适宜大面积应用于寒冷地区。

  6 结语

  针对寒冷地区既有建筑外墙节能改造,最重要的是外墙保温改造。其中应用最广泛的是外墙外保温技术。提高外墙保温性能的措施主要是增加外墙厚度,使用孔隙率高、密度小的材料改造。其中通过在外保温系统中运用新型材料能够起到更好的保温性能和节能性能。对于既有建筑特别是公共建筑外保温改造,并非任何一种外保温技术都适用。一要注意所选择外保温技术对建筑物所在气候区域气候特点的对应性,对外保温技术各有不同的特点要求。二要注意外保温技术是否能满足本建筑物的基本使用要求。另外,墙体中存在一些传热异常部位,这些部位的节能改造方案设计合理与否,直接影响建筑节能改造的效果,应给予足够的重视。适合寒冷地区既有公共建筑外墙保温改造的系统主要是硬质聚氨酯泡沫塑料、EPS、XPS板系统,这三种外保温系统能起到更好的保温性能,具有很好的节能性能,有广阔的应用前景。

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文章名称:寒冷地区既有建筑外墙节能改造分析

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