摘 要：既有建筑節能改造是降低建筑能耗的一個重要途徑。文章主要研究寒冷地區既有公共建筑外墻節能改造，其中外墻節能改造的技術主要從外墻外保溫技術方面入手。通過對比常見既有建筑外墻傳熱系數和公共建筑傳熱系數限值，分析后提出提高既有建筑外墻熱工性能的措施。對外墻內保溫和外保溫的優缺點進行對比分析，得出適合既有公共建筑外墻的保溫方式是外墻外保溫系統。文章最后對既有公共外墻進行外保溫節能改造技術進行分析，提出適宜其節能改造的外墻外保溫系統分別是硬質聚氨酯泡沫塑料、EPS、XPS板系統。
關鍵詞：既有建筑;外墻;外保溫;節能改造
《中國建筑教育》由全國高等學校建筑學學科專業指導委員會、全國高等學校建筑學專業評估委員會、中國建筑學會和中國建筑工業出版社聯合主辦的。
在我國建筑中，公共建筑總面積約占居住建筑總面積的1/4，單位建筑面積能耗卻是居住建筑的10倍左右，占總建筑耗能的比例高。建筑節能尤其是大型公共建筑的節能已成為當前節能工作中最重要內容之一。其中，寒冷地區既有公共建筑的能耗在我國建筑總能耗中占有重要地位。近年，寒冷地區既有公共建筑的外圍護結構特別是外墻節能改造技術已成為一項重要的研究課題。隨著公共建筑的面積不斷擴大，大部分既有公共建筑由于外墻的保溫性能差，使得公共建筑每年的能源消耗量不斷上漲，浪費了大量資源，不符合節能標準。因此，對寒冷地區既有公共建筑外墻的節能改造技術分析具有很強的現實意義。
1 既有建筑外墻分析
1.1 既有公共建筑外墻特點
1.1.1 墻體構造多樣化
墻體為混凝土剪力墻;框架填充砌筑黏土磚或各種砌塊;黏土磚砌筑。
1.1.2 外墻保溫隔熱效果差
外墻厚度和材質決定這些建筑物外墻傳熱系數不符合國家節能設計標準。
1.2 外墻熱工性能分析
針對我國寒冷地區，在已建成的大量既有公共建筑中有一部分建筑能耗不滿足現行節能設計標準。而寒冷地區既有公共建筑中常用的墻體熱工性能如下表：
通過對比分析以上數據得出寒冷地區既有公共建筑的外墻熱工性能并不滿足現有的節能設計標準。對于寒冷地區而言，最重要的是外墻保溫的改造。因此，做好對外墻的節能改造，對降低建筑物的能耗能起到非常重要的作用。在墻體保溫的研究中，我國的外墻外保溫技術不斷得到應用，且很多研究機構都進行了外保溫實驗室及其技術試驗工程的建立，能夠進行外墻外保溫技術的深入研究。
2 提高外墻保溫性能的措施
在寒冷地區，由于冬季室內外溫差大，進行既有建筑外墻節能改造時，主要以增強外墻的保溫性能為主。
在節能改造過程中提高外墻保溫性能的措施主要有兩種做法：
(1)防止外墻中出現凝結水，宜在外墻靠室內一側設置隔蒸汽層，阻止室內水蒸氣進入墻體。
(2)防止外墻出現空氣滲透，墻體材料一般都不密實，有許多微小的孔洞。墻體上設置的門窗等構件，因安裝不嚴實或材料收縮等，產生一些貫通性微縫。冬季由于熱壓和風壓使外墻出現了空氣滲透。一般采取選擇密實度高的墻體材料，墻體內外加抹灰層，加強構件間的縫隙處理等措施。
3 解決節能改造中熱橋問題的措施
在寒冷地區的建筑中，由于建筑結構的特點，在建筑外圍護結構上出現了許多熱橋，如外墻上的鋼筋混凝土梁、柱、板的連接處;外墻與鋼筋混凝土的梁、柱、板的連接處;外墻與內墻的連接處;外墻與外門窗的連接處;外墻上砌出凹凸的裝飾造型等。據有關資料統計，建筑物沿外墻“熱橋”增加熱損約占25%，可見“熱橋”所增加的熱負荷是相當大的。
在節能改造中，解決熱橋問題主要有以下幾種措施：
(1)采用高效保溫的涂抹型的保溫材料，將外露于室外的鋼筋混凝土構件，在距外墻表面或屋頂的一定距離內，在其表面上涂抹一層適當厚度的保溫涂料，以降低熱橋本身與室外冷空氣或室內熱空氣的直接熱交換，從而提高了熱橋的熱阻性。
(2)在外墻上的熱橋及其周圍，包括內、外墻角和外門窗的熱橋影響區表面上，采用涂抹型高效保溫涂料代替普通水泥砂漿，提高熱橋影響區的熱阻。
(3)在外墻上的熱橋周圍，采用合理的外保溫技術，可以減少熱橋的產生。
(4)當樓板、屋面板或梁采用混凝土預制構件時，可以在混凝土構件的外邊緣填塞保溫板，以加強熱橋部位的保溫。
(5)在熱橋影響區的內表面粘貼或涂抹的保溫材料，宜采用憎水性的保溫材料。
4 外墻保溫方式的選擇
外墻保溫方式主要分為內保溫和外保溫，外墻內保溫是將保溫材料復合在承重墻內側;外墻外保溫是在主體墻結構外側粘貼固定保溫材料，并在保溫材料的外側抹砂漿或其他保護裝飾。
采用內保溫用于既有建筑外墻節能改造，在施工時會影響室內住戶的正常生活，這種技術易產生熱橋、結露等問題，所以它不適用于寒冷地區。
與內保溫相比，外保溫技術是將保溫隔熱體系置于外墻外側，該項技術與內保溫技術相比具有明顯的優越性，使用同樣規格、同樣尺寸和性能的保溫材料，外保溫比內保溫的效果好。外保溫的優勢體現于以下幾點：
(1)外墻外保溫改造可以避免產生熱橋。在寒冷地區，熱橋不僅會造成額外的熱損失，還可能使外墻內表面潮濕、結露，甚至發霉或淌水。因此，在采用同樣厚度的保溫材料的條件下，外保溫要比內保溫的熱損失減少約1/5，從而降低了建筑能耗。
(2)進行外保溫改造后，由于內部的實體墻熱容量大，室內能蓄存更多的熱量，使得太陽輻射或間歇采暖造成的室內溫度變化減緩，室溫較為穩定，有利于節能。
(3)采用外保溫方式，可以保護內部墻的主體結構。室外不斷變化的氣候只會作用于外保溫層，不會引起墻體內部較大的溫度變化，從而使內部的主體墻冬季溫度提高，濕度降低，溫度變化較為平緩，熱應力減少，可以減少外墻產生裂縫、變形、破損的幾率，延長建筑壽命。
(4)既有建筑外墻外保溫改造可以使建筑更為美觀，使既有建筑面貌為改觀。在同等材料條件下，外保溫比內保溫的熱損至少減少20%，從而達到節約能耗的效果。
綜上所述，既有建筑外墻改造多選用外保溫方式。在改善外墻熱工性能的同時，能夠提高節能效果，還可以結合既有建筑的自身特點，考慮美化建筑立面效果，做到節能立面改造一步到位，從而有效避免既有建筑節能改造完成后從新進行改造。
5 工程實踐中外墻外保溫系統分析
外墻是外圍護結構中能耗較大的構件，對寒冷地區既有建筑外墻實施節能改造，重點是應該做好保溫問題。 如果保溫材料的選擇較為恰當，則可以大大地提高墻面的壽命，減少墻面開裂的情況，提高整個墻體的性能。另外將新型材料應用在墻體的外保溫技術中，選擇的材料應用模式為緊貼墻體。該保溫和隔熱效果十分明顯，并且因為具備的結構特點，可以在一定程度上降低柱結構的墻體應用，對此能夠擴大建筑的應用面積。用于建筑外保溫的節能材料主要有聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS及XPS)、巖(礦)棉板、玻璃棉氈以及超輕的聚苯顆粒保溫料漿等。
合理選擇既有建筑的外墻保溫系統及技術措施，可以有效地降低因墻體導熱和熱橋現象造成的熱損失，從而提高外圍護結構的保溫性能，有效節約能源。同時還可避免因溫度應力造成的墻面開裂，防止墻面產生結露、霉變現象，大大改善既有建筑的舒適度，延長其使用壽命。適宜于外墻節能改造的外保溫系統主要有：EPS板薄抹面外墻外保溫系統、XPS聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統、膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統、膠粉聚苯顆粒夾芯聚苯板(三明治)系統、噴涂硬泡聚氨酯外墻外保溫系統和巖棉、玻璃絲棉裝配式骨架外保溫系統等。中德合作進行的北京市惠新西街12號樓外墻外保溫節能改造，該工程采用了德國MAXIT公司的外保溫技術，保溫材料為100mm厚EPS板，計算傳熱系數為0.40W/(m2·K)，具有較好的保溫節能效果。濰坊某建筑工程總建筑面積16萬余平方米，保溫系統最終確定采用單組份水泥聚合物干混砂漿、聚苯板玻纖網增強外墻保溫施工體系(TDL系統)。該系統由EPS板、TDL-013聚合物砂漿和耐堿玻璃纖維網格布組成。改造后經檢測，節能性能符合現行節能設計標準，具有較好的節能性能。XPS板與EPS板相比具有較高的壓縮強度，較低的吸水率，較低的水蒸氣透過系數。北京某郊區縣的一臨街建筑，對外墻面層已大片脫落的辦公樓進行墻體改造，經過綜合比較分析，最終決定采用單面掛網復合聚苯板外墻外保溫技術。可見在公共建筑的外墻保溫改造中常采用聚苯板材料。
從保溫系統材料性能來看，硬質聚氨酯泡沫塑料、EPS、XPS板的導熱系數較小，表觀密度較小，垂直于板面方向的抗拉強度較大，因此適合用于寒冷地區的建筑外墻節能改造。在實際應用中，臨沂市桃源大廈采用了膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統，該保溫系統可以充分利用廢舊泡沫聚苯板、粉煤灰等廢料，可以減少污染，有利于保護環境。但是膠粉聚苯顆粒的導熱系數略大，綜合以上優缺點得出膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統不適宜大面積應用于寒冷地區。
6 結語
針對寒冷地區既有建筑外墻節能改造，最重要的是外墻保溫改造。其中應用最廣泛的是外墻外保溫技術。提高外墻保溫性能的措施主要是增加外墻厚度，使用孔隙率高、密度小的材料改造。其中通過在外保溫系統中運用新型材料能夠起到更好的保溫性能和節能性能。對于既有建筑特別是公共建筑外保溫改造，并非任何一種外保溫技術都適用。一要注意所選擇外保溫技術對建筑物所在氣候區域氣候特點的對應性，對外保溫技術各有不同的特點要求。二要注意外保溫技術是否能滿足本建筑物的基本使用要求。另外，墻體中存在一些傳熱異常部位，這些部位的節能改造方案設計合理與否，直接影響建筑節能改造的效果，應給予足夠的重視。適合寒冷地區既有公共建筑外墻保溫改造的系統主要是硬質聚氨酯泡沫塑料、EPS、XPS板系統，這三種外保溫系統能起到更好的保溫性能，具有很好的節能性能，有廣闊的應用前景。
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文章名稱：寒冷地區既有建筑外墻節能改造分析
