内容提要：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
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。
1、外墙节能设计的常用做法
1.1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。
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表1：各种外墙保温体系分析对比表 |
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保温材料 |
技术规程（mm） |
导热系数（W/m·K） |
防火等级 |
优点 |
缺点 |
常用区域 |
适用范围 |
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模塑聚苯板（简称EPS） |
粘锚结合 |
0.033（033级）、0.039（039级） |
B1级 |
保温隔热性能优越；防水、抗风压、抗冲击性能好；施工方便；性价比高。 |
强度低；面层易开裂；防火等级低。 |
夏热冬暖地区、温和地区 |
薄抹灰系统外墙保温、幕墙系统外墙保温 |
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粘锚结合 |
0.032(不带表皮的毛面板)、0.030（带表皮的开槽板） |
B1级 |
保温隔热性能优越；防水性能好；耐久性好；施工方便；性价比高。 |
不透气；受温度及湿度的变化影响而变形率大；易结露；防火等级低 |
严寒地区寒冷地区夏热冬冷地区夏热冬暖地区温和地区 |
薄抹灰系统外墙保温、幕墙系统外墙保温 |
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发泡陶瓷保温板 |
粘锚结合 |
0.065（无釉面Ⅰ级）、0.065-0.080（无釉面Ⅱ级）、0.085（有釉面Ⅰ级）、0.085-0.1（有釉面Ⅱ级） |
A级 |
防水性好；保温效果好；强度高；施工方便。 |
导热系数偏高；自身较脆；对基层的平整度要求高；资源有限；价格偏高。 |
薄抹灰系统外墙保温、防火隔离带 |
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复合发泡水泥保温板 |
粘锚结合 |
0.060、0.080 |
A级 |
质地轻；强度高；耐水性好；寿命长；易生产，材料易得，节能环保 |
导热系数偏高；自身较脆；薄抹灰工艺板缝处易开裂；对基层的平整度要求高 |
薄抹灰系统外墙保温、防火隔离带 |
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岩棉板/岩棉带 |
粘锚结合 厚度规格一般30-200 |
0.040、0.048 |
A级 |
材料稳定性好；温度变形小，板缝处不易开裂 |
质地软，平整度较难控制；吸湿性大；材料供应紧张。 |
薄抹灰系统外墙保温、幕墙系统外墙保温 |
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装饰保温一体板 |
粘锚结合 |
同内嵌材料 |
同内嵌材料 |
稳定性好；装饰效果好；价格合理。 |
价格偏高 |
装饰与保温一体设计，可呈现多种效果外立面 |
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硬泡聚氨酯 |
喷涂方式 |
0.024 |
B1级 |
粘结力强；保温隔热性好；防水性能好；密封性好；不易开裂。 |
喷涂聚氨酯对基层平整度要求较高；造价略高；需人工打磨，环保性能较差。 |
严寒地区 |
薄抹灰系统外墙保温、幕墙系统外墙保温 |
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无机轻集料保温砂浆 |
0．07（Ⅰ型）、0.085（Ⅱ型）、0.10（Ⅲ型） |
A级 |
温度和化学稳定性好；强度高；施工方便；性价比高。 |
容重大；导热系数大；保温效果差。 |
夏热冬暖地区、温和地区 |
薄抹灰系统外墙保温 |
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
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表2：非幕墙式建筑外墙外保温防火设计要求一览表（公共建筑） |
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场所 |
建筑高度 |
保温材料燃烧性能要求 |
水平防火隔离带 |
选用保温系统 |
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人员密集场所 |
—— |
保温材料的燃烧性能应为A级 |
—— |
发泡陶瓷保温板、岩棉板、复合发泡水泥板、装饰保温一体板（内嵌岩棉）、无机轻集料保温砂浆 |
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非人员密集场所 |
H>50 |
保温材料的燃烧性能应为A级 |
—— |
发泡陶瓷保温板、岩棉板、复合发泡水泥板、装饰保温一体板（内嵌岩棉）、无机轻集料保温砂浆 |
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24<H≤50 |
保温材料的燃烧性能不应低于B1级 |
当采用B1级保温材料时，每层应设置水平防火隔离带 |
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H≤24 |
保温材料的燃烧性能不应低于B2级 |
当采用B1级、B2级保温材料时，每层应设置水平防火隔离带 |
EPS、XPS、PU板 |
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表3：幕墙式建筑外墙外保温防火设计要求一览表（公共建筑） |
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场所 |
建筑高度 |
保温材料燃烧性能要求 |
水平防火隔离带 |
选用保温系统 |
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人员密集场所 |
—— |
保温材料的燃烧性能应为A级 |
—— |
岩棉板、无机轻集料保温砂浆 |
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非人员密集场所 |
24<H |
保温材料的燃烧性能应为A级 |
—— |
岩棉板、无机轻集料保温砂浆 |
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H≤24 |
保温材料的燃烧性能不应低于B1级 |
当采用B1级保温材料时，每层应设置水平防火隔离带 |
EPS、XPS、PU板 |
（3）环境气候因素
（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。
1.2不同保温材料的构造做法
（1）粘锚类
（2）喷涂类
2、外墙保温层厚度计算
2.1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五个气候分区，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。
2.2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）、无机轻集料保温砂浆。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700-800为宜）。
（1）不设防火隔离带
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墙体外保温常用材料最小设计厚度（甲类公建、A级材料） |
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常用保温材料 |
保温材料导热系数 |
气候区域 |
修正系数 |
保温材料设计厚度（mm） |
传热系数设计值 |
热惰性指标 |
传热系数规范限值 |
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Ⅰ型发泡水泥板① |
0.08 |
夏热冬冷地区 |
1.2 |
0.79 |
D＞2.5 |
≤0.80 |
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夏热冬暖地区 |
1.10 |
D＞2.5 |
≤1.50 |
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温和地区 |
1.10 |
D＞2.5 |
≤1.50 |
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Ⅲ型发泡陶瓷保温板② |
0.065 |
夏热冬冷地区 |
1.15 |
0.78 |
D＞2.5 |
≤0.80 |
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夏热冬暖地区 |
0.94 |
D＞2.5 |
≤1.50 |
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温和地区 |
0.94 |
D＞2.5 |
≤1.50 |
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岩棉板 |
0.04 |
严寒A、B区 |
1.3 |
0.37 |
不要求 |
≤0.38（S≤0.3） |
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0.35 |
不要求 |
≤0.35（0.3＜S≤0.5） |
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严寒C区 |
0.42 |
不要求 |
≤0.43（S≤0.3） |
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|
0.37 |
不要求 |
≤0.38（0.3＜S≤0.5） |
|||||
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寒冷地区 |
0.47 |
不要求 |
≤0.50（S≤0.3） |
||||
|
0.42 |
不要求 |
≤0.45（0.3＜S≤0.5） |
|||||
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夏热冬冷地区 |
0.75 |
D＞2.5 |
≤0.80 |
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夏热冬暖地区 |
0.8 |
D＞2.5 |
≤1.50 |
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温和地区 |
0.8 |
D＞2.5 |
≤1.50 |
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无机轻集料保温浆料 |
0.085 |
夏热冬冷地区 |
1.25 |
0.8 |
D＞2.5 |
≤0.80 |
|
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夏热冬暖地区 |
1.48 |
D＞2.5 |
≤1.50 |
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温和地区 |
1.48 |
D＞2.5 |
≤1.50 |
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（2）设置防火隔离带
针对小于50米的非幕