非透明建筑幕墻的保溫、隔熱及其構造

就建筑外圍護結構的節能來講，分為透明部分和非透明部分。建筑幕墻一般來講，玻璃幕墻、外門窗、采光頂為透明部分幕墻。非透明幕墻是相對透明幕墻而言的，在《公共建筑節能設計標準》（GB50189-2005）中對透明幕墻（transparent curtain wall）有明確的定義，既可見光可直接透射入室內的幕墻。 也就是說，可見光不能透過的幕墻部分為非透明幕墻。對于非透明幕墻，如金屬幕墻、石材幕墻、陶土板幕墻、瓷板幕墻等等，沒有透明玻璃幕墻所要求的自然采光、視覺通透等功能要求，從節能的角度考慮，應該作為實墻對待。但是根據建筑幕墻的定義，建筑幕墻（curtain wall for building）是由面板與支承結構體系（支承裝置與支承結構）組成的、可相對主體結構有一定位移能力或自身有一定變形能力、不承擔主體結構所受作用的建筑外圍護墻。也就是說，其構造的主體必須是由面層材料和支撐體系構成的，而支撐體系必須和建筑的主體結構有效連接。正因為如此，由于幕墻獨立支撐結構的原因，在幕墻面層與內側墻體之間會形成一個空氣間層，這是非透明幕墻構造的最重要特點，也是不同于其他實墻的最大差別。

　　因此，空氣層在幕墻節能構造中的作用和空氣層的熱工性能應當給與重視和了解，這在實際工程設計時非常重要，優秀的設計可達到事半功倍的效果，否則適得其反，甚至構造失效，反而不如單一墻體的保溫節能構造。所以可以說非透明幕墻的節能實際上是圍繞著空氣間層來進行設計的。

　　1. 關于保溫和隔熱
　　討論非透明幕墻的節能，實質上是尋求對其作為建筑外圍護墻體的傳熱過程的控制程度。而傳熱的方向性又決定了墻體的構造形式，外界氣候的狀況決定了其發揮功能性作用的特點。所以，我們講本質上是斷熱，但對傳熱方向的傾向決定了是保溫為主的保溫構造，還是防止熱量侵入為主的隔熱構造。

　　所謂圍護墻體的斷熱性，一方面雖然阻止了夏季室外熱量的進入，同時也保證在冬季寒冷季節室內熱量的存留。最初考慮為盡量在冬季減少室內熱損失，采取保溫措施為宜，夏季盡量減少日照和室外熱空氣進入室內，隔熱則是最有效的方法。減少采暖和制冷設備的能量損失，保溫和隔熱是不可缺少的。也有一種觀點：夏季住宅應以“開放”為主，冬季則以“封閉”為主。在我國的夏熱冬冷地區、寒冷地區，部分嚴寒地區幾乎都需要室內冬季采暖，夏季輔助制冷，或夏季制冷，冬季輔助采暖，既“封閉型”和“開放型”的概念，這也包含了過渡性季節，如春、秋季節的通風換氣和散熱過程，也屬“開放型”的設計。

　　歸納起來，斷熱性墻體的節能效率表現在三個方面：

　　（1）大幅度減少冬季失熱和夏季得熱；

　　（2）由于保持了在冬季室內一側的較高溫度，反之夏季時則保持了室內側較低的溫度，從而提高了室內溫度的舒適性；

　　（3）有效降低了冬季室內結露的可能性。在熱容量較大的墻體外側做保溫隔熱處理，可利用混凝土墻熱容量較大的特點作為蓄熱體。反之，當室內側做保溫隔熱處理時，難以將墻體作為蓄熱體利用，容易導致室內測溫度變化和溫度不均勻而結露。

　　 由此分析，所謂斷熱只是一個綜合性描述的概念，實際上包含了保溫和隔熱兩個不同的概念，區分的實質是熱流的遷移方向。根據不同的氣候環境條件設計時，無非面臨保溫、隔熱、或兩者兼顧的判斷分析而已。

　　目前國內的外墻保溫主要有三種形式，即外墻外保溫、外墻內保溫和墻體自保溫。其中外墻外保溫為主要保溫形式，保溫材料主要為有機材料。內保溫的構造形式與外保溫基本相同，不同的是保護層多采用石膏類產品。外墻自保溫系統指墻體自身采用保溫材料或使用保溫材料作為墻體結構一部分的復合墻體，主要有無機保溫砌塊墻體、夾心保溫砌塊墻體、木結構墻體、夾芯板墻體等。目前，幕墻保溫大多采用外保溫形式。

　　所謂外保溫，既在圍護結構外側設置保溫層，不僅限于采用保溫材料，而且通過施工形成保溫構造。外保溫所依據的主體結構有多種形式，鋼筋混凝土結構、鋼結構、木結構等等。

　　做外保溫時，需要將保溫材料將主體結構的非透明部分全部包覆，并防止保溫缺陷和冷橋的出現。同時，能夠使主要保溫構造材料的熱膨脹和收縮達到最小限度，減輕疲勞。另外，外保溫構造能夠保證室內發生的水蒸氣向室外大氣中排放。一般情況下，室內的濕度大于室外，水蒸氣通常有時內向室外移動。從節能的角度看，墻體采用混凝土類的熱容量較大的墻體材料有利于夏季空調房間。但是外保溫也有不利的方面，在屋外側設置外保溫時必須解決防火、防雨、防風壓等帶來的難題，還要考慮與主體結構連接的金屬件的防腐和強度、幕墻面層材料的各項耐候性、甚至自然日光下的揮發有害氣體的發生等諸多問題。

　　幕墻的隔熱體現在兩個方面，首先是幕墻面層材料對輻射的阻擋，其次是利用幕墻面層后部空氣層的煙囪效應排放熱量。實際上此時的幕墻面層起到了一個“遮陽”作用，即使由于面層本身的材料熱工特點將熱量向空氣層輻射，空氣層由于溫度升高氣流上升，將熱量釋放，而不進入室內一側。

　　我國北方嚴寒、寒冷地區主要考慮建筑的冬季防寒保溫，限制和防止建筑物內熱量向室外流失，其建筑圍護結構傳熱系數對建筑的采暖能耗影響很大。因此，在嚴寒、寒冷地區的非透明幕墻的設計應以保溫為主，圍護結構傳熱系數的限值要求較高。

　　夏熱冬冷地區既要滿足冬季保溫又要考慮夏季的隔熱，不同于北方采暖建筑主要考慮單向的傳熱過程。既非透明幕墻的設計以綜合斷熱為主，一方面要考慮夏季太陽及環境的二次輻射導致熱量向室內遷移，同時也要考慮冬季室內熱量的散失，具有保溫、隔熱的雙重功能。根據資料，上海、南京、武漢、重慶、成都等地節能居住建筑試點工程的實際測試數據和DOE-2程序能耗分析的結果都表明，在這一地區當改變圍護結構傳熱系數時，隨著K值的減少，能耗指標的降低并非按線性規律變化，對于公共建筑（辦公樓、商場、賓館等）當屋面K值降為0.8W/（m²K）,外墻平均K值降為1.1W/（m²K）時，再減小K值對降低建筑能耗已不明顯。

　　夏熱冬暖地區主要考慮建筑的夏季隔熱，太陽輻射對建筑能耗的影響很大。太陽輻射通過幕墻面層透過空氣層和墻體進入室內的熱量是造成夏季室內過熱的主要原因之一，同時還要考慮在自然通風條件下建筑熱濕過程的雙向傳遞，不能簡單地采用降低墻體的傳熱系數，增加保溫隔熱材料厚度來達到節約能耗的目的，因此，這是一個兼顧隔熱和防濕蒸汽的雙重要求，在設計時要采取相應防潮層和濕蒸汽通道等措施加以實現。非同名部分圍護結構傳熱系數的限值要求并不高。

　　圖1是各種墻體的保溫構造示意圖。

　　a是混凝土素面墻體，具有夏季傳熱，冬季散熱，結露等熱容量的副作用；

　　b是保溫隔熱墻體，具有夏季遮陽、冬季保溫的作用；

　　c是內保溫構造，由于隔離了混凝土的熱容量，所以具有不受其影響的特點；

　　d是外保溫構造，具有將冬季、夏季產生熱量進行蓄熱、蓄冷的作用；

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