上海地区建筑外墙保温构造节点研究终版 精品.docx
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上海地区建筑外墙保温构造节点研究终版精品
项目类别：
市建交委科研项目
项目编号：
科2010-11
上海地区建筑外墙保温构造节点研究
（完成稿）
上海建筑设计研究院有限公司
二O一一年十一月
科研项目基本信息表
中文题名
上海地区建筑外墙保温构造节点研究
英文题名
AStudyontheBuildingExternalWallThermalInsulationNodesinShanghaiRegion
项目类别
市建交委科研项目
项目编号
建管2010-001-004
项目负责人
陈华宁
项目起止年限
2010.10-2012.3
第一完成单位
上海建筑设计研究院有限公司
其他完成单位
项目
主要
参加人
单位名称
项目组成员
上海建筑设计研究院有限公司
陈华宁
现代都市建筑设计院
王文治
上海建筑设计研究院有限公司
李建强
上海建筑设计研究院有限公司
张伟程
上海建筑设计研究院有限公司
叶海东
上海建筑设计研究院有限公司
郦业
上海建筑设计研究院有限公司
孙斌
上海建筑设计研究院有限公司
李春
目录
第1章绪论1
1.1.研究背景1
1.2.研究内容2
1.3.研究意义与创新点3
第2章上海地区建筑外墙常用保温体系与构造节点研究4
2.1上海地区建筑现状调研4
2.2上海地区住宅发展规划5
2.2.1上海地区“十一五”住宅建设6
2.2.2上海地区“十二五”住宅建设7
2.3上海建筑外墙节能体系调研8
第3章建筑外墙保温构造模拟分析10
3.1上海地区冬季建筑外墙典型热桥构造研究10
3.2外墙外保温典型热桥研究11
3.2.1女儿墙11
3.2.2阳台12
3.2.3架空楼板15
3.2.4凸窗15
3.2.5空调机隔板17
3.3外墙内保温典型热桥研究19
3.3.1女儿墙19
3.3.2“T型墙”21
3.3.3架空楼板23
3.3.4凸窗24
3.4上海地区夏季建筑外墙典型热桥构造研究27
3.4.1上海的气候特征:
27
3.4.2研究内容及目标:
27
3.4.3研究方法概述28
3.4.4小结:
42
第4章结论43
第1章绪论
1.1.研究背景
随着社会经济持续增长和全球气候暖化的严峻现实，节能减排已成为我国政府实现低碳经济和可持续发展的基本国策，而建筑节能则是节能减排工作中一个重要环节。
建筑能耗在国民经济总能耗中占有相当大的比重。
据统计，建筑能耗占我国能源总消费量的26.7%，并且这一趋势按照发达国家的经验会继续升高到35%[1]。
我国建筑能耗的现状为节能建筑不足建筑总量的5%，而以当前建筑节能水平，预计到2020年建筑能耗将占全社会总能耗的46.7%[2]。
降低建筑能耗，发展节能建筑成为建筑行业健康发展的必由之路。
提高建筑围护结构的性能已成为建筑节能的一项关键工作。
在空调采暖系统部分的能耗中，大约20%～50%的能耗由外围护结构传热所消耗。
在围护结构传热的能耗中，建筑各个部件的能耗比重不同。
其中墙体约占50%，屋面约占10%，门窗约占25%，地下室和地面约占15%。
可见建筑外墙的保温构造在建筑节能中占有举足轻重的地位。
我国在建筑外围护结构节能方面已做了大量的研究和标准编制工作。
如针对外墙保温体系的研究[3,4]，对外墙保温新型材料和工艺的研究[5,6]以及外墙保温的实践应用研究[7,8]。
为贯彻国家节约能源政策，确保建筑节能工程和施工质量而颁布了系列标准。
如中国建筑标准设计研究院编制出版的《02J121-1外墙外保温建筑构造
（一）》、《03J122外墙内保温建筑构造》、《06J123墙体节能建筑构造》和《06J204屋面节能建筑构造》等全国通用的建筑标准设计图集。
然而上述通用性的研究和标准图集对于上海地区（夏热冬冷地区）的特殊要求缺乏适用性，建筑外墙构造尚缺乏针对性的系统研究。
上海建筑界目前的现状是建筑外墙结构的热桥构造缺乏合理依据而通常沿用北方寒冷地区的保守做法。
这种做法对于不同气候条件的建筑不能做到经济与合理性相结合，造成了极大的浪费。
在实际工程中，设计、施工、验收过程中因缺乏统一标准而产生各种分歧。
目前的主要问题集中在以下几个方面：
1）技术研究：
缺乏针对上海地区建筑外保温的系统性研究，无法为建筑构造设计提供有利的技术支持。
2）规范标准：
国家及地方规范对建筑外墙结构各部位节能指标有明确要求，但对各部位的节能构造缺少具体要求。
3）标准设计：
有关建筑外围护结构节能构造的国家标准图集多，但新老标准之间部分节点存在矛盾。
同时缺少针对上海地区气候特点及施工特点的构造图集。
4）行政监督：
各级质检部门因缺乏统一的依据，造成上海地区建筑外墙结构节能构造的验收标准存在差异，直接影响全国每年节能大检查时在围护结构节能构造方面的检查工作。
1.2.研究内容
本课题研究目的是为上海地区建筑外墙保温构造节点标准图集提供理论基础。
具体工作内容包括：
1）针对建筑外墙节能构造进行调研。
对上海地区常用的外墙保温材料和构造形式进行收集、研究，并参考国家相关的节能规范、技术措施、标准图集、参考图集，以确定用于计算机模拟分析的样本。
2）计算机模拟分析建筑外墙节能构造
分析内容包括对外墙外保温，外墙内保温相关节点运用Ptemp1.0分析软件对建筑外墙的冷热桥部位进行构造分析。
3）完成《上海地区建筑外墙节点保温构造节点研究》报告和《上海地区建筑外墙保温构造节点标准图集》（草案）。
通过计算机模拟分析对上海地区建筑外墙保温体系中典型的冷、热桥节点的构造设计提出指导性意见与建议。
为上海地区建筑外墙保温构造节点标准图集的编制提供理论与实际相结合的依据。
1.3.研究意义与创新点
本课题研究的主要意义表现在以下几个方面：
1）为上海地区建筑外墙保温构造设计提供技术指导；
2）为上海地区编制建筑外墙保温构造节点标准图集提供技术支撑；
3）为上海地区建筑外围护结构节能构造标准化设计做出贡献，提高建筑设计的质量；
4）为实现中国2020年节能减排目标和上海市建筑节能目标提供技术保障。
本课题研究的创新点在于摒弃单纯依赖国家标准图集中通用的建筑外墙保温构造节点的做法，针对上海地区气候特征和建筑特点，提出更加合理、实用、全面的建筑外墙保温构造节点做法。
第2章上海地区建筑外墙常用保温体系与
构造节点研究
2.1上海地区建筑现状调研
由于住宅建筑在上海地区的建筑项目数量中占较大比例。
住宅项目使用和功能相对单一，收集数据可信度高，并且住宅和公建项目的外墙保温节点相似，因此在建筑外墙保温构造节点研究中，以上海地区的住宅建筑为代表，所得结果同样可适用于公共建筑。
上海地区从上世纪90年代以来建筑行业发展迅猛，建筑规模和数量都递级上升。
根据《上海统计年鉴2006》统计数据（见表2.1），在1980年，8层以上（含8层）建筑仅有121栋，到2000年，8层以上（含8层）的建筑快速增长到3529栋，到2009年，8层以上（含8层）的建筑已经飞速增加到19183栋，将近是2000年的5倍多。
这些8层以上（含8层）的建筑中大量都是高层住宅。
据统计，2009年全年建筑业总产值3827.84亿元，比上年增长17.9%；房屋建筑施工面积19032.62万平方米，增长5.4%；竣工面积5397.15万平方米，下降5.7%。
建筑企业按总产值计算的全员劳动生产率达到人均34.09万元，比上年提高16.1%。
全年竣工新建居住区配套公建设施213万平方米。
旧区改造力度加大，进度加快。
全年拆除住宅建筑面积612.6万平方米，动迁居民6.54万户；完成高层旧住房综合整治1257万平方米，多层旧住房综合改造3274万平方米。
至年末，城镇居民人均住房建筑面积34平方米；人均住房居住面积17.2平方米。
居民住房成套率达到95.6%[9]。
由于经济快速发展、人口密集，土地的集约使用导致高层住宅建造量越来越多，并逐渐成为楼市主流。
上海地区的高层住宅建筑分布呈现从中心向全区遍布发展的趋势，但符合国家节能标准的建筑只占很小的比例。
高层住宅起初主要分布集中在市中心区域，如徐汇区、静安区等。
随着经济快速发展，浦东新区、松江区、青浦区等的开发，高层住宅建筑已经遍布了上海各个区域。
然而在已建成的高层住宅建筑中，节能住宅只占很小部分。
从2005年7月15日以后批准建设的住宅建筑都必须符合住宅节能规范要求，达到国家节能率高于50%的要求。
之前建设的大量住宅则达不到节能要求，热工性能较差，无法满足居民对室内热舒适性的要求。
只能通过使用空调、采暖等设备来改善室内热环境，从而消耗了大量的能源。
这样既增加了居民的经济负担，也使上海市的用电负荷不断创出历史新高。
同时大量二氧化碳等温室气体的排放，有悖于我国政府发展低碳经济和建筑节约型社会的目标。
表2.0.1上海市主要年份8层以上建筑数量
类别
单位
2000年
2008年
2009年
总计
幢
3529
16109
19183
万平方米
6180
18746
20464
8～10层
幢
536
2028
2369
万平方米
451
1290
2196
11～15层
幢
684
6978
8992
万平方米
875
4940
5783
16～19层
幢
831
3493
3995
万平方米
1100
4013
4199
20～29层
幢
1266
2763
2852
万平方米
2695
5421
5203
30层以上
幢
212
847
975
万平方米
1059
3083
3083
①本表数据由市住房保障和房屋管理局提供。
②本表数据按建筑面积计算。
2.2上海地区住宅发展规划
上海地区住宅发展根据区域特点和建筑市场的要求，制定了各个阶段的发展规划要求。
在每个阶段都突出了建筑节能的目标和实现目标的具体措施。
下面就最近的‘十一五’和‘十二五’住宅发展规划分析上海地区住宅建筑节能策略。
2.2.1上海地区“十一五”住宅建设
‘十一五‘的建筑的目标是为全面贯彻落实科学发展观和科教兴市主战略，全面推进上海地区建筑节能工作，减少建筑能耗，节约能源，降低温室气体排放，改善环境质量，促进传统建筑建材业的改造和提升，加快建设资源节约型、环境友好型城市。
上海是一个能源短缺的城市，随着城市的社会经济快速发展，本市夏季电网峰谷差值矛盾逐年增加，空调用电负荷比例持续递增，冬季用电紧张的矛盾也开始显现。
2005年在采取了多种迎峰度夏措施后,夏季最高用电负荷仍突破1600万千瓦。
目前，本市常驻人口已经超过1700万，居住建筑和公共建筑竣工面积连续10年年均超过3000万平方米，人均居住面积超过14平方米。
基于人口数量、建筑面积两个基本因素，加之城市发展正处在综合功能提升和市民消费结构升级的重要时期，上海在未来一个较长时期，将处在建筑能耗的高速增长期。
“十一五”期间，围绕“城市，让生活更美好”主题，上海成功地举办一届精彩、难忘的世博会。
把握这一重要历史机遇，实现世博园区的高起点规划、高水平建设、高标准管理，推动和促进上海城市的整体发展，使世博园区成为未来上海城市发展和推进建筑节能的典范，为上海加快整体迈入世界先进发达城市做出积极贡献。
因此，上海的建筑节能工作作为促进社会、经济、人口、资源、环境协调发展工作的重要组成部分，任务不仅十分迫切，而且任重道远。
“十一五”期间，在巩固“十五”成果基础上，坚持观念创新、机制创新、技术创新和工作创新，实现本市建筑节能15%的分解任务目标，为实现全市万元GDP能耗比“十五”期末下降20%左右的目标作贡献。
重点抓好建筑物增量节能控制和存量节能挖潜。
新建公共建筑全面实现50%的节能目标，新建居住建筑从节能50%加快过渡到节能65%的目标水平；既有民用建筑节能改造以公共建筑节能改造为重点，以结合“旧小区平改坡综合改造”为突破口，以政府既有办公建筑节能改造为垂范，以运用市场化节能改造机制为手段，加大既有建筑节能改造的存量挖潜。
继续完善标准规范和技术支撑体系，通过低能耗、超低能耗和绿色建筑示范，引导建筑节能发展方向。
城镇新建居住建筑严格执行国家节能50％的标准要求，通过有效的行政监管和技术支撑手段，形成具有上海特色的居住建筑节能技术体系和管理模式。
积极引导农村新建住宅采用节能新技术，拓展居住建筑节能标准的执行范围。
“十一五”后期，在科研与试点基础上，进一步提升建筑节能标准规范指标体系，提高城镇居住建筑节能水平达到65％的目标，并逐步将建筑节能管理覆盖到其他新建居住建筑，推动建筑节能向纵深发展。
以“旧小区平改坡综合改造”项目为突破口，有计划地实施居住建筑节能改造。
探索以行政手段和财政支持为主的资金筹措和推进机制。
通过示范引路、稳步推进，到2010年，争取对达到“旧小区平改坡综合改造”条件的居住建筑全部实施节能改造。
2.2.2上海地区“十二五”住宅建设
上海“十二五”期间将进一步改善居民住房条件，计划在5年内供应各类保障性住房约100万（套）户。
“十二五”期间上海将通过新增包括廉租房、经济适用房、公租房、动迁安置房等各类保障性住房近百万套，明显改善上海中低收入家庭住房困难。
上海“十二五”新增保障住房具体计划为新增廉租住房受益家庭7．5万户，新建供应约40万套经济适用房，多方式筹措和建设公共租赁房20余万套，完成中心城区二级旧里以下房屋改造350万平方米，建设供应约30万套动迁安置房。
“十一五”期间是上海居民住房条件迅速改善的5年，在此期间全市新增住宅约1．2亿平方米，共完成市区二级旧里以下房屋改造340万平方米，住宅成套率达95％，上海市区人均居住面积超过17平方米。
5年内全市公积金个贷累计发放1600多亿元，比“十五”期间增长近两倍，发放户数64万户。
“十二五”期间，上海将加大建筑节能工作力度，逐步提高建筑节能标准，完成既有建筑节能改造4000万平方米。
同时，上海将大力推进住宅产业化，新建住宅全装修比例达到70％以上。
从以上分析可以看出，上海地区住宅建设突出的特点是建设量大，而建筑节能工作包括对新建建筑的执行严格的节能标准，同时大力开展既有建筑的改造工作。
而这两项工作都与建筑围护结构的改造紧密联系。
如何在围护结构节能构造节点研究中满足建筑节能在经济性，改造的可实施性和新建建筑高标准的要求是研究的立足点。
2.3上海地区建筑外墙节能体系调研
上海地区建筑项目的外墙保温体系有多种形式，如外墙外保温，内保温和内外保温，所使用的保温材料有板材类，砂浆类和现场喷涂等。
为了能够确定常用的保温体系和材料，本课题对上海现代设计集团技术中心在2010年度所做的建筑节能项目进行调研。
本次调研共收集现代设计集团建筑技术中心2010年度设计的50个上海本地项目的外墙保温系统选用情况信息。
其中公建项目40个，住宅项目10个，情况汇总见表2.2。
表2.0.2现代设计集团技术中心2010年度外墙保温系统汇总表
建筑类型
保温系统
保温材料
小计
合计
公建
外保温
岩棉板
19
35
挤塑聚苯板
4
膨胀聚苯板
4
无机保温砂浆
3
泡沫玻璃
2
聚氨酯发泡
1
胶粉聚苯颗粒保温浆料
1
玻璃棉毡
1
内外保温
无机保温砂浆
7
8
岩棉板
1
内保温
/
0
0
住宅
外保温
无机保温砂浆
4
9
膨胀聚苯板
2
聚氨酯板
1
挤塑聚苯板
1
酚醛板
1
内外保温
无机保温砂浆
1
1
内保温
/
/
0
上海地区建筑外墙保温形式有外墙外保温、外墙内保温和外墙自保温，各个保温形式都有优点和缺点。
从调研结果来看，上海地区建筑外墙以外保温为主，占调研总数量的84%，只做内保温和自保温的案例鲜见。
在外墙外保温形式中以板材类（膨胀聚苯板、挤塑聚苯板、岩棉、泡沫玻璃和酚醛）保温材料常用。
随着公安部46号文的执行，外墙外保温大量采用A级防火的保温材料，如岩棉板，酚醛板和无机保温砂浆等，这样，建筑外墙外保温材料的品种选择和使用范围就会比较狭窄，而这些可选品种的需求量也会越来越大，。
第3章建筑外墙保温构造模拟分析
3.1上海地区冬季建筑外墙典型热桥构造研究
冬季研究方法概述：
1）上海地区冬季建筑外墙典型冷热桥计算机模拟分析方法：
（1）使用中国建筑科学研究院建筑物理研究所编制的Ptemp1.0软件，根据CAD图纸建立模型。
中国建筑科学研究院建筑物理研究所对围护结构热桥问题开发了专门的二维温度场计算软件，作为节能设计标准配套的热桥计算的分析工具。
本软件用VisualC++6.0开发而成。
可以模拟多达20万个温度节点的二维空间温度分布，可以获取所模拟围护结构的温度分布、边界热流和露点温度等信息，并给出包含热桥部位的传热系数，能够很好地处理建筑围护结构的热传导问题。
（2）设置各部位材料导热系数。
本课题研究时，外墙保温材料统一设置为膨胀聚苯板35mm，屋面保温材料统一设置为挤塑聚苯板35mm。
（3）设置室内外各表面换热系数。
（4）分别按上海冬季气候参数设置边界条件。
（5）计算得到各种边界条件下的热桥部位的冬季内表面最低温度T1。
（6）当T1低于露点温度时，内表面会结露，需改善节能措施。
（7）确定热桥部位的合理构造。
2）边界条件设置如表3.1
表3.1边界条件表
上海室外计算温度（根据气象库GBJ19-87）
季节
温度（摄氏度）
相对湿度
冬天
-4℃
75%
上海室内计算温度（根据焓湿图查表）
室内温度
露点温度（摄氏度）
《民用建筑热工设计规范》相对湿度
20℃
12℃
60%
外表面换热系数
23.26W/m2.K
《公共建筑节能设计规范》
内表面换热系数
8.72W/m2.K
（GB50189-2005）
[来源：
作者根据相关资料整理]
3.2外墙外保温典型热桥研究
3.2.1女儿墙
由于上海地区没有相对应的地方标准图集，建筑师在设计相关节点时，一般会选用对应的国家标准图集。
在国家标准图集《外墙外保温建筑构造（10J121）》中，如图5.2.1-1所示，钢筋混凝土的女儿墙被内外两侧保温材料完全包裹，外墙保温材料与屋面保温材料在此部位闭合。
此做法有利于减少室外温差对于外围护结构的影响，有效地保护外围护结构免除热应力对其产生长期的影响。
我国北方大部均采用女儿墙全包的做法，可有效避免冬季外墙与屋面交界处因内表面最低温度低于露点温度而在室内形成结露现象。
图3.1女儿墙保温构造
[来源：
《外墙外保温建筑构造（10J121）》，中国建筑标准设计研究院，P78]
但上海地区冬季室外极限温度为-10.1℃，远高于我国北方的冬季室外温度。
[来源：
中国人民共和国气象资料库（GBJ19-87）上海市]如果采用与北方相同的全包做法，在经济性与适用性方面存在一定的研究空间。
女儿墙分析见表3.2。
表3.2女儿墙分析
典型冷热桥标准做法
Ptemp1.0分析模型A-女儿墙单面保温
分
析
当女儿墙采取单面保温的情况下，整个女儿墙的墙体温度均低于12℃。
外墙与屋面连接处的温度低于室内露点温度，会产生结露现象。
结论：
此构造不满足规范要求。
Ptemp1.0分析模型B-女儿墙双面保温
Ptemp1.0分析模型C-女儿墙双面保温
分
析
当女儿墙采取双面保温，屋面保温材料上翻15cm的情况下，整个女儿墙的墙体温度均低于12℃。
外墙与屋面连接处的温度为12.7℃,略高于室内露点温度，不产生结露现象。
结论：
此构造刚满足规范要求。
分
析
当女儿墙采取单面保温，屋面保温材料上翻30cm的情况下，整个女儿墙的墙体温度均低于12℃。
外墙与屋面连接处的温度为14℃,高于室内露点温度，不产生结露现象。
结论：
此构造满足规范要求。
3.2.2阳台
在国家标准图集《外墙外保温建筑构造（10J121）》中，如图3.2所示，不封闭阳台板被两侧保温材料完全包裹，外墙保温材料在此部位闭合。
此做法有效地保护阳台板避免热桥产生。
可有效避免冬季外墙与阳台交界处因内表面最低温度低于露点温度而在室内形成结露现象。
图3.2不封闭阳台保温构造
[来源：
《外墙外保温建筑构造（10J121）》，中国建筑标准设计研究院，P83]
但上海地区居民习惯于将洗衣机等设备放于阳台之上，增加的荷载会破坏阳台板上表面的保温层。
通常补救办法是先将阳台板降板15cm左右，在保温材料的上方铺设一层细石混凝土作为保护层。
此做法必然会增加房屋的造价，及阳台自身的荷载。
根据工程经验测算，如能取消阳台板的保温层，每个阳台将至少减少1000元的造价。
阳台分析见表3.3。
表3.3阳台分析
典型冷热桥标准做法
Ptemp1.0分析模型-不封闭阳台板无保温
分析
根据国家标准图集，封闭阳台采取栏板不包，阳台板上下包的保温做法；不封闭阳台采取全包的保温做法。
当阳台采取无保温做法时，整个阳台板的温度均低于12℃。
阳台板位置的外墙与楼板连接处的温度为16.7℃,高于室内露点温度，不产生结露现象。
结论：
此构造满足规范要求。
3.2.3架空楼板
外墙外保温系统中的架空楼板做法通常要在外墙外侧与楼板下侧加设保温层，当遇到端头梁的位置则一般采用保温材料全包的方式。
架空楼板分析见表3.4。
表3.4架空楼层分析
Ptemp1.0分析模型-架空楼板1
分析
当架空楼板仅在外墙外侧与楼板下侧加设保温层，端头梁保温层仅包外墙一侧时，室内楼板与外墙连接处的温度低于12℃,低于室内露点温度，会产生结露现象。
结论：
此构造不满足规范要求。
Ptemp1.0分析模型-架空楼板2
分析
当架空楼板仅在外墙外侧、楼板下侧及端头梁两侧加设保温层时，室内楼板与外墙连接处的温度为13.4℃,高于室内露点温度，不会产生结露现象。
结论：
此构造满足规范要求。
3.2.4凸窗
由于凸窗能扩大室内有效使用面积，又不计算建筑面积，在住宅设计特别是小户型住宅的设计中，被大量的使用。
但凸窗本身是整个住宅外围护结构保温构造的软肋，即使在凸窗板外侧加设了保温层，仍旧可能出现结露的现象。
在2006年12月01日颁布的《上海市建设和交通委员会关于进一步加强本市民用建筑节能设计技术管理的通知》（俗称765号文）中规定：
建筑外墙不宜设置凸窗，当建筑设计确需设置凸窗时，必须满足凸窗不透明的顶板、底板和侧板应当采取保温措施，其保温层厚度应当大于等于外墙的保温层厚度。
《居住建筑节能设计标准》（DG-TJ08-205-2008）中规定，居住建筑不宜设凸窗，凸窗保温性能不应低于外窗保温性能。
由此可见在各级规范标准中，对凸窗的节能要求都非常的严格。
在国家标准图集《外墙外保温建筑构造（10J121）》中，如图3.3所示。
凸窗分析见表3.5。
图3.3凸窗窗口保温构造
[来源：
《外墙外保温建筑构造（10J121）》，中国建筑标准设计研究院，P79]
表3.5凸窗分析
Ptemp1.0分析模型-凸窗下板-保温层厚度35mm同外墙
分析
根据765号文的要求，将凸窗板的保温材料厚度设置成与外墙同样的厚度（膨胀聚苯板35mm），外窗设置为断热铝合金5+6A+5普通中空玻璃。
凸窗板的最低温
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