建筑外围护结构设计探讨

摘要：从设计角度分析建筑外围护结构和建筑性能的关系；针对建筑外围护结构设计的相关要点进行具体分析和探讨，通过对外围护结构材料和措施的选择，提高建筑的安全性和舒适度；强调外围护结构构件性能化设计，倡导低碳、绿色建筑中设计先行。

关键词：建筑设计；外围护结构；节能

前言

建筑外围护结构通常是指构成建筑空间，抵御环境不利影响的构件（也包括某些配件），通常包括外墙、屋顶、侧窗、外门等，既要保证室内良好物理环境，又要满足保温、隔热、采光、通风等各种要求。而这些部位长期暴露在户外，直接接触大气环境，相对于其他建筑构件来说，更容易老化、损坏，进而影响整个建筑的功能发挥。因此建筑外围护结构的设计，一定是建筑全生命周期的设计，一定要结合实际需要和功能要求，不断地进行改进和创新，只有这样才能切实提高建筑质量，全面推动我国建筑行业的快速发展。

1建筑外围护结构设计的基本原则

1.1基于建筑学的理论指导外围护结构设计

在我们国家现阶段的建筑设计中，外围护结构设计更多时候承载的是时代美学评价标准，构件的功能体现（如节能等指标）则更多依靠软件计算、施工中加强措施等被动手段来保证，设计同质化比较严重，也对资源造成了浪费。

实际上，外围护结构还是应当以建筑学的相关理论作为设计指导，结合建筑美学、建筑物理等知识，与建筑整体进行一体化设计，综合考虑生态建筑节能评价标准，确保工民建建筑功能性得以实现。在此过程中尤其需要注意的环节是建筑设计的规划方案阶段，设计人员在项目伊始就应扎实了解建筑所在地的实际气象情况，结合功能类型，来为建筑物选择恰当的体型特征，和合适的外围护结构材料。外围护结构的选择，不仅要表达建筑的美学概念，也需要同时满足保温、防水、耐火、耐久等功能指标。

1.2围护结构中的绿色设计及其应用实践

当今世界所面临的能源短缺问题日益显著，“节能环保，绿色低碳”已经成为全人类的主体，我国也已将节约能源作为一项基本国策来对待，建筑节能同样是节约能源的主要内容之一。特别是近年来，住建部对于推广绿色建筑、建材的力度越来越大，建筑能效标准的量化与提高也逐渐落到实处。作为房屋建筑设计人员，深入开展节能设计、全面推进绿色建筑规模化发展是我们的基本责任和义务。

首先在建筑外围护结构的设计中，要避免利用传统的非可再生能源，尽可能多地采用绿色的可再生能源，比如太阳能、水能、地热能以及风能等，它们取自于大自然，是天然的生态能源，若能有效的应用，必然在节约建筑资源、控制综合成本方面取得非常好的效果。其次在建筑外围护结构材料的选择上，优化使用传统上的砖、石、混凝土等重质建材，引进、开发推广新型的绿色轻质建材，通过绿色设计理念的应用实践，节制有序的使用地球资源，最大程度地减少对环境的破坏和污染。

2外围护结构设计中的性能分析

外围护结构的具体性能指标，一般来说有保温、隔热、隔声、耐火、耐久、通风、防水、防潮等几项，设计过程中也大都有国家各部委颁发的规范规程作为量化依据和标准，作为设计人员都应熟练掌握。

2.1保温、隔热

在外围护结构的保温、隔热设计主要有三方面内容：夏季隔热、冬季保温以及建筑通风。一般通过计算、比对围护结构的传热系数、热阻、气密性能、窗墙比、遮阳系数等因素的指标，选用适宜的构件材料和构造措施， 按规范规定性指标设计或按性能性指标设计计算，满足有关建筑节能设计标准。

改革开放以来，随着社会的发展和人民生活水平的提高，人们过分地依赖设备技术力量来得到更佳的舒适度，同时却也导致了建筑能耗高企。在我国建筑能耗的总量，在能源总消费量中所占的比例已从上世纪七十年代末的10%，逐渐上升到接近三分之一。以采暖为例，且不说存量高达九成的高耗能建筑，即便是近年新建的达到节能50～65%的建筑，采暖耗能也约为发达国家的1.5倍左右。如此状况继续发展，将直接加剧能源危机。现阶段我国每年建成的房屋面积高达16亿至20亿平方米，超过了所有发达国家年建成建筑面积的总和，建筑节能设计，充分挖掘建筑自身节能的潜力，显得格外迫切。在实际工作中，尤其要注意以下两个方面：

一是根据性能需要，有针对性的采取设计措施。例如北方冬季室内外温差大，降低建筑能耗、提高外围护结构的保温性能就显得格外重要；而南方室内外温差小， 建筑的遮阳、散热通风就比保温性能更重要。同样都是为了保证室内良好的物理环境，同样是为了给业主的生产生活创造优质的环境条件，但地域不同，设计侧重点和建筑手法也应因地制宜。

二是根据能耗不同，有重点的解决主要矛盾。据统计，在当前存量建筑的典型围护结构中，墙体在采暖能耗中约占总能耗的32%～36%，门窗的能耗约占总能耗40%～50%。可以看出，推广外墙外保温、改善墙体的保温性能，增加门窗的保温隔热性能、减少门窗的能耗，对于减少建筑能耗有决定性的作用。

2.2通风设计

建筑的通风原理主要为风压，利用建筑通风口设计掌握建筑内部的通风，在掌握建筑施工场地周围风压特点的基础上合理的设置导风设备和通风口，加强窗体设置，减少工程的投入量和复杂性。设计者在进行通风设计的时候，要充分重视自然通风对于室内环境改善的作用，尽可能摆脱城市“空调依赖症”，还要结合对建筑的使用功能以及人体活动的位置进行考虑，提升设计效果。大江南北，一年四季，白天黑夜，设计者不仅要关注自然通风技术，更要把技术手段与当地地理气候特征和气候因素等结合起来，提出多层次的、全面的和适宜的设计方案，体现出“气候决定建筑”的设计理念。

自然通风的利用在而今全社会”低碳、环保”的绿色革命中，重要意义不言而喻，设计工作者在节能设计、外围护结构设计当中尤其要充分重视，尤其要注意建筑体型、围护结构开口、屋顶隔热层、双层玻璃幕墙等。自然通风一是可在不消耗不可再生能源的情况下改善室内热环境，设计合理的话不仅能节省建筑能耗、缩短设备运行时间，还能同时降低围护结构蓄热，最终达到建筑节能的目的。据统计，欧洲地区仅是利用自然通风这一项，每年就可减少约三成的建筑能耗。；二是自然通风空气源免费、新鲜、清洁，是改善室内卫生环境最理想的方式，有利于人们身心健康。以往的空调和风扇通风办法，不仅消耗大量能源，而且会产生大量的空气废弃物，将对环境造成不利的影响；联合国世界卫生组织于1990年提出健康建筑的概念。健康建筑首先要求室内通风，进入室内的新风量越大，室内污染程度就越低。

3建筑外围护构件设计具体措施

3.1墙体的设计

传统建筑外墙以混凝土、砖、石为主，是最主要的外围护构件，除了结构承重功能，其他性能的实现，如保温和隔热，则是主要通过对砌筑厚度的提升予以实现，但是这种方式无疑对社会资源造成了很大的浪费。

在建设主管部门的引导和业界学者的大力推广下，外墙外保温被推到了市场的主导地位。外保温是指在主体墙结构外侧用粘结材料固定一层保温材料，并在保温材料外侧抹砂浆或作其它保护装饰。在外墙根部、女儿墙、阳台等易产生“热桥”的部位，采用外保温技术，可显著消除“热桥”造成的热损失。工程实践中外保温隔热技术显示了较大的优越性：保护主体结构，延长建筑物寿命；基本消除“热桥”的影响；使墙体潮湿情况得到改善；利于室温保持稳定；便于旧建建筑物进行节能改造。

墙体和外保温材料的选择则是实现外墙各种功能的关键。外墙保温根据饰面材料、建筑高度等不同，可供选择的材料也有所不同，常用的有：聚苯乙烯泡沫塑料板、胶粉聚苯颗粒保温浆料、钢丝网架聚苯乙烯泡沫塑料板、机械固定钢丝网架聚苯乙烯泡沫塑料板、岩棉板保温系统、装配式龙骨薄板、高强水泥复合墙体和聚苯板免拆模体系等；墙体材料，加气混凝土砌块和多孔砖也普遍代替了过去的实心粘土砖替代。加气混凝土一方面具有轻质、保温、隔音、抗震、传热系数低和成品可加工且其制造、运输、使用能耗分别为传统产品的三分之二、三分之一、二分之一等优点，另一方面其造价也比较低，而且各种保温性能好，又能耐火防潮的新型复合墙体材料也在市场不断的推广应用。

因此在进行墙体设计的过程中需要仔细考虑墙体材料和保温形式，从而提高室内的保温效果，降低墙体内外温差，从而减少墙体所受的热应力，提高建筑寿命。另外通过外保温措施还能够有效减少潮湿而导致的发霉、结露问题，因此发展前景较为广阔，有效降低能源浪费，经济效益也非常明显。

3.2屋顶的设计

对多层和高层建筑而言，屋面在整个外围护结构中，所占比例较小，因此通过它的热量损失也较小。但是对顶层住户而言，屋面对室内温度的影响最显著，而且防水防潮问题也比较直接。因此有必要对屋面给予足够的重视。

屋面节能的原理与墙体节能一样，通过改善屋面层的热工性能阻止热量的传递。屋面的节能措施要点：一是屋面保温层不宜选用密度较大，导热系数较高的保温材料，以免屋面重量、厚度过大；二是屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料，以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果。

近年来，为达到节能目的，高效保温材料如岩棉板、聚苯板等被广泛应用于屋面保温，这种保温屋面把承重、保温、防水结合为一体，具有施工方便，保温效果好等优点。屋面可设置隔汽层和封闭的空气间层，屋面外表面采用柔性防水时，应使用反阳光辐射的材料。

其实，屋面的利用是城市空间利用的一个重要方面，通常民用建筑约占城市土地面积的1/4，充分利用屋面对开发城市、改善生态环境、完善城市化建设具有重大意义，蓄水屋面和屋顶花园就是其中多功能综合利用屋面的形式。以屋顶花园为例，覆土和植草屋面的保温隔热效果很明显，绿化的基层，又是屋面的防排水的基层，同时增加了热阻，也达到建设部节能标准。而且，屋顶花园比传统屋面结构寿命长，此隔热层能使室内温度下降2～3℃，是一种值得推广的隔热层。

3.3门窗的设计

建筑门窗是建筑围护结构的重要组成部分，是建筑物热交换、热传导最活跃、最敏感的部位，同时也是冬季保温和夏季隔热最薄弱的部分，其散热量通常是墙体的5-6倍.在全面推进建筑节能的今天，做好窗户的保温隔热是优化室内热环境、实现节能的良好途径，而选择窗户的节能材料又是窗户保温隔热的关键因此设计者要在确保建筑采光和通风的基础上选择合适的窗体材料和玻璃，减少热量的损失，提高保温的效果。

首先，窗户的框材要选用低导热系数的材料，如PVC塑料型材、玻璃钢型材、钢塑共挤型材以及高档产品中的铝木复合材料、铝塑复合材料等，可以从根本上改善由于窗框的热传导带来的较大能量损失.如果是铝型材或钢型材的框，则必须对型材做断热处理，即将型材朝室内的一面和朝室外的一面断开，用导热性能差的材料将两者连接起来。

其次是玻璃。玻璃占整个成窗80%左右的面积，对窗户的节能影响很大。现在的新建建筑大都采用中空玻璃代替以前的单玻，由于有不产生空气对流的中间层，因此具有一定的隔声、隔热、防结露、降低冷辐射及增强玻璃的安全性等功能。

随着低辐射平板真空玻璃的出现，门窗节能又有了新的空间。它具有比中空玻璃窗等目前所有玻璃材料制成的门窗更优越的隔热、隔声、保温、抗风压等性能，具有良好的保温性能，是我国目前保温性能最好的玻璃产品之一，如果在建筑物上用真空玻璃代替双玻或中空玻璃，节能效果将大大提高。

最后，在夏天炎热地区，窗户还要考虑运用遮阳装置，减少太阳辐射透过窗户。除了安装遮阳装置外，也可发采用镀膜玻璃，反射掉一大部分晒到玻璃上的太阳光，设计者也可以进行植物遮阳设计，在挑檐上、阳台和凹廊上种植植物，取得较好的遮阳效果。

4结语

在外围护结构设计过程中，材料和工艺日新月异，突破传统观念，采用新材料新技术，不仅关系到建筑的外观和经济造价，还决定着建筑造价、环保、舒适、安全等多个方面。在进行设计时，设计师要了解建筑物的具体使用情况，并且熟悉各个材料的功能和优缺点，有针对性地进行外围护材料的选择，选择恰当的施工工艺。外围护结构外围护材料的选择还要考虑到对环境的污染和可持续性发展的问题，在选择材料时，尽量采用绿色环保材料，降低材料对周围环境的污染，同时还要尽量能够与自然可再生资源相结合进行利用。

尤其是建筑外围护的节能设计，是整个建筑节能设计的主要环节，直接影响建筑的节能效率。现在的能耗设计模型和计算手段现在越来越丰富，但就节能设计和审查阶段来说，还存在过多依赖计算软件、能耗动态循环考虑不足、节能设计与规划方案脱节等弊端，实际效果还与业主、设计工作者对节能设计的认识、经验有很大关系。

综上所述，适宜的外围护结构不仅能够提高建筑的舒适性能，还应该最大程度降低建筑能耗。设计者需要从机械的传统设计格局中跳出来，重视建筑全生命周期的生态化设计、绿色节能设计，增强建筑实用性、功能性的同时，降低建筑能耗，在节能减排、低碳绿色的新型建筑常态里，应该而且必须做到设计先行。

参考文献：

[1]阴寅宏，冯福雄.工民建筑外围护结构设计策略[J].中外企业家，2013（29）

[2]周木军.浅论建筑节能技术及其围护结构设计[J].建材与装饰，2012（01）