建筑物外围护结构的节能设计中的几个问题
随着建筑节能法规、设计标准及建筑节能制品之产品标准和施工（技术）规程的日趋完善，目前建筑节能领域的工作重点应为：如何通过合理的建筑设计及对优质建筑节能制品的选择来全面、有效地实现建筑节能法规中规定的目标。通过对国内外建筑节能工程的考察，笔者认为，国内住宅建筑节能设计尚有一些常见的不甚明确的问题，给建筑节能设计及建筑节能制品的选用带来不便。为此，笔者在本文中对这些问题进行了简单/初步论证，希望为进一步解决这些问题作抛砖引玉之用。
一、对建筑节能材料体系的合理选择
要达到相同的建筑节能效果，可以有不同的途径，即可以选择不同的建筑节能材料体系。仅就保温材料而言，目前国内市场上已有多种材料可供选用：
•EPS （膨胀聚苯板）
•PU （聚胺脂板或浆）
•水泥聚苯颗粒干拌料/水泥聚苯板
合理选择外墙外保温体系之保温材料要考虑的因素为：
•功能性：保温性能好（XPS，PU，EPS，岩棉板）
吸水率低（XPS，PU，EPS）
耐水性好（XPS，PU，EPS）
在体系中的高耐久性（XPS，EPS，PU）
在体系中材料之间的最佳相容性（EPS，岩棉板，水泥聚苯颗粒干拌料）
•施工性：易施工性（EPS，水泥聚苯颗粒，PU）
•经济性：合理的价格功能比（EPS）
用加气混凝土等轻质砌筑材料也能达到建筑节能设计标准对外墙体传热系数的要求：
墙体材料 容量（kg/m3） λ [W/m·k] d [cm] µ-值 [W/m2·k]
轻制砖+轻质抹灰 800 0.21 36.5 0.51
浮石/膨胀陶土砖 600 0.16 36.5 0.40
加气混凝土板/砖 400 0.12 36.5 0.31
但是，纯粹以这类材料砌筑的外墙墙体与“重质墙体+粘贴式外墙外保温体系”构成的复合墙体相比有着明显的缺陷：
•这类材料吸水率高，湿空气迁移过程中产生的冷凝水会带来冻融循环破坏（寒冷及严寒地区）或墙体润湿导致的保温效果下降（夏热冬冷地区）
•这类砌筑材料仅适用于框架填充结构中的非承重填充墙。这类结构之梁、板、柱位置的热桥难以消除。 综合考虑上述因素，无疑EPS板是最佳选择。国际市场外墙外保温体系中保温材料使用比例亦证明了这一点：EPS≥80%。
对于外墙外保温体系的选择我们已经拥有了第一个技术依据：JG149-2003 《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》。随着《外墙外保温技术规程》及其它外墙外保温体系标准的出台，会为选择外墙外保温体系带来更多可靠的依据。
二、高层建筑外墙外保温体系之安全度
在高层建筑上选用外墙外保温体系时经常有两方面问题困扰我们的选择：一是固定方式的选择，二是防火安全问题。
1、固定方式：
外墙外保温体系在建筑物外墙面上的固定方式一般分为：
•粘贴法
•机械固定法
选择固定方式的技术依据为：
•外墙面的附着强度
•风荷载设计规范中规定的负风压
•外饰面自重
对于新建建筑而言，外墙面之附着强度不成为问题。而薄抹灰外墙外保温体系的饰面层之自重亦可忽略。故需要考虑的仅仅是负风压设计值。
以上海地区为例，在考虑了所有不利因素后100m高度上可能达到的最高负风压值为-6.83kPa，而外墙外保温体系垂直于墙面的拉伸粘结强度的最低允许值为100kPa。以40%粘贴面积计时仍具有40kPa的拉伸粘结强度，可见此时的安全度仍高于5.0，根本无需采用粘钉结合方式。
不可否认，用锚栓可以进一步提高这一安全度，但对于防护面层之抗裂性，以及与此相关的外墙外保温体系之耐久性而言，锚栓的存在亦带来了负面影响：沿锚栓托盘周边及二个锚栓之间的位置更易开裂！
2、外墙外保温体系的防火安全
到目前为止，在我国的建筑法规中尚未对外墙面之装饰材料（含外墙外保温体系）的防火性能提出明确的要求，但由于大多数外墙外保温体系中使用了防火等级仅为阻燃型、且高温下熔化的EPS，XPS类材料作为保温材料，使我们在选择高层住宅的外墙外保温体系时不得不提出一个问题：目前市场上常见的外墙外保温体系是否会“导火”？
由于缺乏基础科学研究提供的数据，这个问题尚无明确答案，笔者仅能建议在高层住宅外墙外保温体系的设计中应考虑每2-4层设置一圈由防火A级保温材料（岩棉）构成的隔火带，或是构造型隔火带，以降低可能发生的火灾带来的人身安全隐患。值得庆幸的是，建设部科技推广促进中心正在考虑列项研究这一问题。
三、建筑立面设计中常见的几个问题：
1、窗墙比
根据建设部的统计资料，中国民用住宅夏季致冷的能耗约为冬季采暖能耗的三倍。今年华北/南地区之能源紧张也充分说明了夏季致冷能耗总量之规模。故从综合建筑节能的角度出发，既要考虑冬季保暖，又要考虑夏季隔热，尤其是夏热冬冷地区。
在整个外围护结构中，提高外墙和屋面的保温隔热效果技术上是相对容易实现的（如增加保温材料厚度），且由此引起的建筑成本的提高很有限。但要以相同比例提高门窗的保温隔热效果，其技术难度和代价均要高得多。因为除了热传导，还要考虑热辐射的作用。而外围护结构窗墙比的合理设计也直接影响着外围护结构的综合节能效果。
目前国内的一些住宅项目中为了体现建筑立面的某种现代感—通透，采用了极高的窗墙比（如北京金辉家园中的多层住宅，窗外无任何遮阳设备）。由此带来了这种“现代感”与建筑节能要求之间的矛盾。这种矛盾很难彻底解决，但可以通过一定的措施来缓解：除了可以提高门、窗自身的保温隔热性能（成本增加显著），也可以通过设置室外卷帘、可动式遮阳罩等形式来降低辐射热的作用（成本增幅较小）。
当建筑节能作为首要考虑的因素时，将窗墙比限制在一定范围内是必要的2、饰面材料的选择
建筑立面设计中所选用的饰面材料首先要与所采用的外墙外保温体系相容。例如以EPS或XPS作为保温材料时，不得采用溶剂型涂料作为饰面材料。在这方面争议最多的问题是能否用瓷砖类材料作为外墙外保温体系的饰面材料。
一方面市场上有这样的需求，另一方面，重质、刚性的“瓷砖+粘结剂”附着在相对轻质、柔性的保温材料之上，自重等引起的安全性问题，以及温、湿应力及风荷载作用下砖缝处较易开裂这一事实亦是众所周知的。在这里有必要多加一点笔墨进行讨论：
a.自重引起的安全性问题
与涂料饰面相比，瓷砖作为饰面层的外墙外保温体系的安全性问题首先是自重。以涂料为饰面层的外墙外保温体系自重一般不会超过10kg/m2（EPS板与防护、外饰层的总和），在安全性验算上可忽略不计。而瓷砖饰面层的外墙外保温体系自重可达到50kg/m2以上，甚至80 kg/m2，为涂料体系的5－8倍！仅仅以粘贴的方式是不能保证其在墙面上的安全性的。
b．温湿剪切应力引起的安全性问题
由于瓷砖的刚性远大于涂饰面，与体系防护面层所要求的柔性相抵触，较之于直接在刚性墙面上粘贴陶瓷面砖（刚－刚），或较之于涂饰面外墙外保温体系（柔－柔），这种柔性基底－刚性面层结构所造成的体系的变形更大，面砖与防护面层之间产生更大的温湿剪切应力，影响面砖与防护面层之间的附着安全性。
c.冻融破坏引起的安全性问题
与涂饰面外墙外保温体系相比，釉面砖水蒸气阻力非常大。检查一下有瓷砖剥落现象的外保温体系，会发现瓷砖总是与粘结剂、抹面胶浆一起掉下来，而外饰面总是处于饱水状态。高水蒸气阻力形成的瓷砖背面的冷凝水使这种体系较之于涂饰面外墙外保温体系发生冻融破坏的几率更大。
d．温湿应力引起的面层开裂问题
与在刚性的墙面上粘贴瓷砖一样，瓷砖外墙外保温体系的开裂主要发生在砖缝处，但是开裂的可能性远大于前者，原因是体系的温湿拉应力大于前者。
e．风荷载引起的面层开裂问题
在墙体外转角区域，负风压与正风压相交，这一区域的砖缝的开裂可能性又大于墙面。
检验外保温体系长期抗开裂性的最直观的方法是JG149－2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》中的耐候性试验。国外科研、检测机构的试验证明，瓷砖外保温体系很难通过该项测试，砖缝的开裂几乎很难避免。
3．建筑立面的防污染设计
任何一个凸出于外墙面的水平面均可视为一个积灰面，亦即一个建筑立面的污染源。这种水平面可以由女儿墙顶面、窗台、建筑立面装饰线条、空调架/板或其它固定于建筑立面的物体构成。在设计上述建筑立面节点时，首先应预留足够的用于制作外墙外保温体系的空间（厚度），其次是必须考虑这些位置的防水、防污染处理。比如，一个没有凸出外墙面的窗台板的窗台就是一个最常见、最典型的污染源—流挂。而设置合理的窗台板既可以提高窗口处的安全度，更得以保证此处的防渗水、抗裂性及与此相关的外墙外保温体系的耐久性。为此笔者再次呼吁建筑师及业主重视这些建筑立面节点的设计，以有效保证一个建筑立面长期的美观
四、屋面保温
屋面保温已在国内建筑领域得到了广泛的重视。笔者在此仅提一个建议：在设计屋面保温的同时可以考虑“花园屋顶”。在大城市中，由于绿化率较低，建筑物密集，高层建筑的窗外视野中经常是一片黑色的平屋顶，集群小区内亦如此。如果能对平屋面进行绿化，不仅可以改变一个城市的形象，亦可增加顶层复式建筑的卖点及小区卖点。同时也可以提高屋面的保温隔热效果。
随着建筑节能法规、设计标准及建筑节能制品之产品标准和施工（技术）规程的日趋完善，目前建筑节能领域的工作重点应为：如何通过合理的建筑设计及对优质建筑节能制品的选择来全面、有效地实现建筑节能法规中规定的目标。通过对国内外建筑节能工程的考察，笔者认为，国内住宅建筑节能设计尚有一些常见的不甚明确的问题，给建筑节能设计及建筑节能制品的选用带来不便。为此，笔者在本文中对这些问题进行了简单/初步论证，希望为进一步解决这些问题作抛砖引玉之用。
一、对建筑节能材料体系的合理选择
要达到相同的建筑节能效果，可以有不同的途径，即可以选择不同的建筑节能材料体系。仅就保温材料而言，目前国内市场上已有多种材料可供选用：
•EPS （膨胀聚苯板）
•PU （聚胺脂板或浆）
•水泥聚苯颗粒干拌料/水泥聚苯板
合理选择外墙外保温体系之保温材料要考虑的因素为：
•功能性：保温性能好（XPS，PU，EPS，岩棉板）
吸水率低（XPS，PU，EPS）
耐水性好（XPS，PU，EPS）
在体系中的高耐久性（XPS，EPS，PU）
在体系中材料之间的最佳相容性（EPS，岩棉板，水泥聚苯颗粒干拌料）
•施工性：易施工性（EPS，水泥聚苯颗粒，PU）
•经济性：合理的价格功能比（EPS）
用加气混凝土等轻质砌筑材料也能达到建筑节能设计标准对外墙体传热系数的要求：
墙体材料 容量（kg/m3） λ [W/m·k] d [cm] µ-值 [W/m2·k]
轻制砖+轻质抹灰 800 0.21 36.5 0.51
浮石/膨胀陶土砖 600 0.16 36.5 0.40
加气混凝土板/砖 400 0.12 36.5 0.31
但是，纯粹以这类材料砌筑的外墙墙体与“重质墙体+粘贴式外墙外保温体系”构成的复合墙体相比有着明显的缺陷：
•这类材料吸水率高，湿空气迁移过程中产生的冷凝水会带来冻融循环破坏（寒冷及严寒地区）或墙体润湿导致的保温效果下降（夏热冬冷地区）
•这类砌筑材料仅适用于框架填充结构中的非承重填充墙。这类结构之梁、板、柱位置的热桥难以消除。 综合考虑上述因素，无疑EPS板是最佳选择。国际市场外墙外保温体系中保温材料使用比例亦证明了这一点：EPS≥80%。
对于外墙外保温体系的选择我们已经拥有了第一个技术依据：JG149-2003 《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》。随着《外墙外保温技术规程》及其它外墙外保温体系标准的出台，会为选择外墙外保温体系带来更多可靠的依据。
二、高层建筑外墙外保温体系之安全度
在高层建筑上选用外墙外保温体系时经常有两方面问题困扰我们的选择：一是固定方式的选择，二是防火安全问题。
1、固定方式：
外墙外保温体系在建筑物外墙面上的固定方式一般分为：
•粘贴法
•机械固定法
选择固定方式的技术依据为：
•外墙面的附着强度
•风荷载设计规范中规定的负风压
•外饰面自重
对于新建建筑而言，外墙面之附着强度不成为问题。而薄抹灰外墙外保温体系的饰面层之自重亦可忽略。故需要考虑的仅仅是负风压设计值。
以上海地区为例，在考虑了所有不利因素后100m高度上可能达到的最高负风压值为-6.83kPa，而外墙外保温体系垂直于墙面的拉伸粘结强度的最低允许值为100kPa。以40%粘贴面积计时仍具有40kPa的拉伸粘结强度，可见此时的安全度仍高于5.0，根本无需采用粘钉结合方式。
不可否认，用锚栓可以进一步提高这一安全度，但对于防护面层之抗裂性，以及与此相关的外墙外保温体系之耐久性而言，锚栓的存在亦带来了负面影响：沿锚栓托盘周边及二个锚栓之间的位置更易开裂！
2、外墙外保温体系的防火安全
到目前为止，在我国的建筑法规中尚未对外墙面之装饰材料（含外墙外保温体系）的防火性能提出明确的要求，但由于大多数外墙外保温体系中使用了防火等级仅为阻燃型、且高温下熔化的EPS，XPS类材料作为保温材料，使我们在选择高层住宅的外墙外保温体系时不得不提出一个问题：目前市场上常见的外墙外保温体系是否会“导火”？
由于缺乏基础科学研究提供的数据，这个问题尚无明确答案，笔者仅能建议在高层住宅外墙外保温体系的设计中应考虑每2-4层设置一圈由防火A级保温材料（岩棉）构成的隔火带，或是构造型隔火带，以降低可能发生的火灾带来的人身安全隐患。值得庆幸的是，建设部科技推广促进中心正在考虑列项研究这一问题。
三、建筑立面设计中常见的几个问题：
1、窗墙比
根据建设部的统计资料，中国民用住宅夏季致冷的能耗约为冬季采暖能耗的三倍。今年华北/南地区之能源紧张也充分说明了夏季致冷能耗总量之规模。故从综合建筑节能的角度出发，既要考虑冬季保暖，又要考虑夏季隔热，尤其是夏热冬冷地区。
在整个外围护结构中，提高外墙和屋面的保温隔热效果技术上是相对容易实现的（如增加保温材料厚度），且由此引起的建筑成本的提高很有限。但要以相同比例提高门窗的保温隔热效果，其技术难度和代价均要高得多。因为除了热传导，还要考虑热辐射的作用。而外围护结构窗墙比的合理设计也直接影响着外围护结构的综合节能效果。
目前国内的一些住宅项目中为了体现建筑立面的某种现代感—通透，采用了极高的窗墙比（如北京金辉家园中的多层住宅，窗外无任何遮阳设备）。由此带来了这种“现代感”与建筑节能要求之间的矛盾。这种矛盾很难彻底解决，但可以通过一定的措施来缓解：除了可以提高门、窗自身的保温隔热性能（成本增加显著），也可以通过设置室外卷帘、可动式遮阳罩等形式来降低辐射热的作用（成本增幅较小）。
当建筑节能作为首要考虑的因素时，将窗墙比限制在一定范围内是必要的2、饰面材料的选择
建筑立面设计中所选用的饰面材料首先要与所采用的外墙外保温体系相容。例如以EPS或XPS作为保温材料时，不得采用溶剂型涂料作为饰面材料。在这方面争议最多的问题是能否用瓷砖类材料作为外墙外保温体系的饰面材料。
一方面市场上有这样的需求，另一方面，重质、刚性的“瓷砖+粘结剂”附着在相对轻质、柔性的保温材料之上，自重等引起的安全性问题，以及温、湿应力及风荷载作用下砖缝处较易开裂这一事实亦是众所周知的。在这里有必要多加一点笔墨进行讨论：
a.自重引起的安全性问题
与涂料饰面相比，瓷砖作为饰面层的外墙外保温体系的安全性问题首先是自重。以涂料为饰面层的外墙外保温体系自重一般不会超过10kg/m2（EPS板与防护、外饰层的总和），在安全性验算上可忽略不计。而瓷砖饰面层的外墙外保温体系自重可达到50kg/m2以上，甚至80 kg/m2，为涂料体系的5－8倍！仅仅以粘贴的方式是不能保证其在墙面上的安全性的。
b．温湿剪切应力引起的安全性问题
由于瓷砖的刚性远大于涂饰面，与体系防护面层所要求的柔性相抵触，较之于直接在刚性墙面上粘贴陶瓷面砖（刚－刚），或较之于涂饰面外墙外保温体系（柔－柔），这种柔性基底－刚性面层结构所造成的体系的变形更大，面砖与防护面层之间产生更大的温湿剪切应力，影响面砖与防护面层之间的附着安全性。
c.冻融破坏引起的安全性问题
与涂饰面外墙外保温体系相比，釉面砖水蒸气阻力非常大。检查一下有瓷砖剥落现象的外保温体系，会发现瓷砖总是与粘结剂、抹面胶浆一起掉下来，而外饰面总是处于饱水状态。高水蒸气阻力形成的瓷砖背面的冷凝水使这种体系较之于涂饰面外墙外保温体系发生冻融破坏的几率更大。
d．温湿应力引起的面层开裂问题
与在刚性的墙面上粘贴瓷砖一样，瓷砖外墙外保温体系的开裂主要发生在砖缝处，但是开裂的可能性远大于前者，原因是体系的温湿拉应力大于前者。
e．风荷载引起的面层开裂问题
在墙体外转角区域，负风压与正风压相交，这一区域的砖缝的开裂可能性又大于墙面。
检验外保温体系长期抗开裂性的最直观的方法是JG149－2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》中的耐候性试验。国外科研、检测机构的试验证明，瓷砖外保温体系很难通过该项测试，砖缝的开裂几乎很难避免。
3．建筑立面的防污染设计
任何一个凸出于外墙面的水平面均可视为一个积灰面，亦即一个建筑立面的污染源。这种水平面可以由女儿墙顶面、窗台、建筑立面装饰线条、空调架/板或其它固定于建筑立面的物体构成。在设计上述建筑立面节点时，首先应预留足够的用于制作外墙外保温体系的空间（厚度），其次是必须考虑这些位置的防水、防污染处理。比如，一个没有凸出外墙面的窗台板的窗台就是一个最常见、最典型的污染源—流挂。而设置合理的窗台板既可以提高窗口处的安全度，更得以保证此处的防渗水、抗裂性及与此相关的外墙外保温体系的耐久性。为此笔者再次呼吁建筑师及业主重视这些建筑立面节点的设计，以有效保证一个建筑立面长期的美观
四、屋面保温
屋面保温已在国内建筑领域得到了广泛的重视。笔者在此仅提一个建议：在设计屋面保温的同时可以考虑“花园屋顶”。在大城市中，由于绿化率较低，建筑物密集，高层建筑的窗外视野中经常是一片黑色的平屋顶，集群小区内亦如此。如果能对平屋面进行绿化，不仅可以改变一个城市的形象，亦可增加顶层复式建筑的卖点及小区卖点。同时也可以提高屋面的保温隔热效果。
