專利名稱：建筑物外圍護結構的保溫和隔熱方法及其構件的制作方法
技術領域：
本發明屬于建筑物外圍護結構的保溫和隔熱方法及其構件。
一般建筑物的外圍護結構都必須具有保溫和隔熱功能，否則冬季室內過于寒冷，或夏季過于炎熱，人都無法在其中正常生存。因此，對一般建筑物而言，冬天要向室內供熱、采暖，夏天要向室內供冷、降溫，才能讓室內保持住需要的溫度。這種供熱、采暖和供冷、降溫，都需要消耗大量的能源。顯然，這種對建筑物室內的采暖或降溫的過程，也就是建筑物外圍護結構對室內進行保溫和隔熱的過程，其效果的好壞與熱能的傳播方式密切相關。在自然界，熱的傳播方式有三種傳導、輻射和對流。因此，建筑物外圍護結構的保溫、隔熱性能好壞，也與如何科學地利用這三種熱的傳播方式有關。在現實生活中，當前人們對建筑物外圍護結構采取的保溫、隔熱方式，主要還都是依靠建筑材料的熱阻性能來進行設計和處理的，也就是說，主要研究的還都是熱的“傳導”，而對“輻射”和“對流”如何能在建筑物的保溫和隔熱中發揮作用則研究地較少。
研究建筑的保溫和隔熱，實際上就是研究建筑物內部這個很有限的空間環境，如何能與無限大的室外大氣環境建立起熱平衡關系。“保溫”就是研究冬天如何讓提供給建筑物室內有限空間中的熱能，不會被室外無限大的寒冷的大氣空間所吸收，造成室內降溫的方法。“隔熱”則是研究夏天如何讓室外無限大空間中的炎熱的太陽日照輻射熱能，不會很快侵襲到建筑物內的有限空間中去，造成室內高溫的方法。很顯然，保溫和隔熱兩者的目的并不完全相同，因此其手段和方法也應該有所不同。但在現實的建筑工程中，對建筑物的保溫和隔熱，都是采用單一的利用建筑材料的熱阻性能來阻截熱傳導的方法來進行的。這種傳統的保溫和隔熱的方法，其缺陷主要表現為就保溫而言，因為現有的建筑物外圍護結構是直接暴露在無限大的大氣環境中的，冬天大氣層中的空氣對流，會不受限制地吸收這些傳遞到保溫材料最外層的熱能，所以在冬季，要想僅靠保溫材料的熱阻性能建立起室內、外穩定的熱平衡關系幾乎是不可能，只能依靠不斷地向室內提供熱能“供暖”，才能保持住室內有正常的適于人類生存的溫度，能源的消耗量很大。
同樣，就隔熱而言，夏天也由于建筑物的外圍護結構是直接暴露在無限大的大氣環境中的，白天日照輻射熱能會直接傳遞到阻截熱傳導的隔熱材料中(此處，實際上就是保溫材料)，阻截了日照輻射熱能向室內的直接傳導，但是這些隔熱材料在阻截了熱傳導的同時，也在其中貯存了大量熱能，到了晚間日照輻射停止后，這些被貯存在隔熱材料中的熱能，還要不停地向室內釋放，造成室內持續高溫。為了保證室內有適宜的溫度，只能不停地開啟空調降溫。同樣也要消耗大量的能源。
本發明的目的，就是要把建筑物的保溫和隔熱，按照其各自不同的目的，分別進行設計處理。“保溫”設計時，要讓保溫材料不與室外大氣環境接觸，盡量減少保溫材料因與無限大的寒冷大氣層接觸的對流熱損失，來增加保溫材料的熱貯存和熱惰性。而“隔熱”設計時，不僅不能讓日照輻射熱能侵入到保溫材料中被貯存，還要能及時將這些被侵入的日照輻射熱能排放掉，讓它們不能在建筑物外圍護結構中存留。這就是本發明的基本構思要求和目的。
本發明的具體作法，是要把建筑物的外圍護結構劃分成兩個明確的功能區，“保溫區”和“隔熱區”，讓它們各自承擔起對建筑物的保溫和隔熱任務。
“保溫區”主要是要保證在寒冷的冬季，由外界向建筑物有限空間內提供的采暖熱能，能被“保溫區”內各具特點的保溫材料的熱阻性能所阻截，并盡可能減少最外層保溫材料與室外無限大寒冷大氣接觸的對流熱損耗來完成保溫任務。因此，“保溫區”的構造是由多層不同用途、不同性能的材料構成的，其順序為室內抹灰層、結構承重層、高效保溫材料層、防輻射熱隔離層共四層所構成。其中，最里面靠近室內表面的是抹灰層，同時也是一個保溫材料層，它是由能耐高溫，能防火，并能調節室內溫度、濕度，還能起保溫作用的膨脹珍珠巖粉或陶砂配制而成的保溫砂漿層，把它們用常規抹灰的方法涂抹在承重結構層上；而貼在承重結構層外側的則是高效保溫材料層，選用具有高保溫性能的板狀保溫材料，它可以是聚苯乙烯泡沫塑料板，或聚氨脂泡沫塑料板，把它們固定在承重結構層的外側后，可以完全杜絕承重結構因與外界大氣環境的接觸而產生的各種冷、熱橋現象；貼在高效保溫材料板外側的防輻射熱隔離層，是為了把保溫區內的保溫材料與外界大氣環境完全隔開而設置的，不僅要阻截保溫材料中的熱能向室外傳遞，而且還要把這些熱能反射回保溫材料中貯存，增加保溫材料的熱惰性，提高建筑物的保溫性能，它可以是由金屬鋁箔或鋁箔與玻璃纖維復合制成的反射型保溫隔熱卷材；更重要的是要通過這個隔離層把保溫區內的保溫材料與室外的大氣環境隔開，避免室外大氣環境中空氣的對流把保溫材料中的熱能吸收，造成熱能無休止的損耗。
“隔熱區”主要是要保證在炎熱的夏季，能讓太陽的日照輻射熱能在侵入到建筑物的隔熱區后，會遇到固定在高效保溫材料外的隔離層的反射，不能繼續傳導到保溫區內的保溫材料中，就被設在隔離層外側的空氣夾層中的空氣所吸收，并被空氣夾層中的空氣對流及時排放到建筑物的外圍護結構以外，以此來完成隔熱任務。要達到能讓夾層中的空氣能有目的地吸收和排放日照熱能，在本發明中是利用了兩個物理現象來實現的一是空氣在被加熱時，具有吸收熱能和體積膨脹，容重變輕的吸熱膨脹性能；二是空氣的壓力(氣壓)具有高度位置越低、氣壓越大，高度位置越高，氣壓越小的壓差動力效應(煙囪效應)。因此在設計“隔熱區”的構造時，為了充分利用這兩個物理現象，在隔熱區內要有一個能容納足夠空氣量，并能不斷得到外部空氣補充的空氣夾層，厚約10～50cm。還要有一個能在此空氣夾層中產生氣壓差的構造環境，即在此空氣夾層中的位置最低處設進氣孔，在高度位置最高處設排氣孔，在此高差的壓差動力作用下，夾層中的空氣會自動由進氣孔向排氣孔對流。白天，當太陽照射到建筑物的外圍護結構的外殼上時，外殼吸收了太陽的輻射熱后，會立即由外殼的里皮透過空氣夾層傳導到隔離層的外表，遇到防輻射熱層的反射后，不能進入保溫區的保溫材料中，只能立即被反射回夾層的空氣中，夾層中的空氣吸收了這些熱能后，體積會急劇增大，容重更輕，會快速向高處上升，壓力增大，當到達排氣孔處時，會因為排氣孔處內、外壓力的不平衡，自動由排氣孔向大氣中排出；而在進氣孔處，則會因為在排氣孔處的排風而形成空氣夾層內的負壓，會不斷地由進氣孔吸入空氣進行補充，形成了夾層中空氣的對流。這樣就能達到讓夾層中的空氣吸收熱能，并排放熱能進行隔熱降溫的目的。因此，“隔熱區”的構造是由在保溫區和隔熱區之間設立的能防止輻射熱傳導的隔離層開始，包括與建筑物外圍護結構的外殼之間所形成的空氣夾層，和在形成這個空氣夾層的外圍護結構的外殼上，在最高處設有排氣孔和在最低處設有進氣孔，夾層中的空氣會因為上、下氣孔之間的高差所形成的氣壓差，以及因空氣受熱體積膨脹、壓力增加所形成的熱壓差的聯合作用下，通過空氣的自動對流來排放熱能的這種排熱構造在內的一個隔熱區整體。
本發明的關鍵技術是一、防輻射熱隔離層的設置。其位置必須是在保溫區和隔熱區交界處的高效保溫材料的外側，以便能保證保溫區內保溫材料中的熱能不僅不能散失，而且還可以立即被反射回保溫材料中貯存，增加了保溫材料的熱惰性，提高整個保溫區的保溫效果。
二、排放日照熱能系統的建立。主要是利用了兩個物理現象來進行隔熱區的構造設計，即在空氣夾層中位置最高處設排氣孔，在位置的最低處設進氣孔，利用進氣孔與排氣孔位置上的高差所存在的氣壓差，讓夾層中的空氣能自動對流(即“煙囪效應”)。夾層中的空氣在受到由建筑物外殼傳來的直接輻射熱和反射回來的輻射熱雙重加溫后，溫度會升高，體積因吸熱膨脹，容重變得更輕，加速向排氣孔運動，直到從排氣孔排出到建筑物外的大氣中。使空氣成為吸收熱能、輸送熱能和排放熱能的載體，達到利用地球上隨處都有的空氣，在不消耗任何外加能源的條件下，只是利用太陽自身的熱能加熱空氣后，就能自動排放熱能，對建筑物進行隔熱降溫處理。
以下結合
圖1，對本發明的保溫、隔熱機理作進一步的描述圖1，是本發明的建筑物外圍護結構的墻體結構剖面的側視圖，圖中1——是建筑物室內的抹灰砂漿層，厚約為3～5cm，是用膨脹珍珠巖粉、或陶砂配制而成的保溫砂漿，用抹灰的辦法抹在承重結構層上。
2——是建筑物外圍護結構墻體承重層，可以是磚砌體的、砌塊類砌體的、鋼筋砼類板的或波形壓型薄鋼板的。
3——是固定在墻體承重層上的高效保溫材料，可以，是聚苯乙烯泡沫塑料板、或聚氨脂泡沫塑料板、或巖棉、玻璃棉板。
4——是固定在高效保溫材料外表面上的防輻射熱“隔離層”，可以是鋁箔或鋁箔與玻璃纖維復合的反射型保溫隔熱卷材。
5——是建筑物外圍護結構的外殼與隔離層之間形成的一個厚約10～50cm的空氣夾層。
6——是建筑物外圍護結構的外殼，可以是壓型彩色薄鋼板的、也可以是磚砌體的、砌塊類砌體的、鋼筋砼類板的。
7——設在空氣夾層最下部的進氣孔。
8——設在空氣夾層最上部的排氣孔。
其中，由1、2、3、4共同構成建筑物外圍護結構的“保溫區”；由4、5、6、7、8共同構成建筑物外圍護結構的“隔熱區”。
4——是把“保溫區”與“隔熱區”分隔開的隔離層。
冬天，當外界向室內的有限空間提供采暖熱能后，保溫區的保溫材料1、3，將利用自己的熱阻性能，阻截熱能向室外無限空間方向傳導，當這些熱能傳導到貼在高效保溫材料3外的防輻射熱隔離層4時，會遭到防輻射熱隔離層4的阻截和反射，而不能繼續向外傳導，被反射回高效保溫材料層3中貯存，直到達到熱平衡，因此能極大地提高保溫區內保溫材料的熱惰性，提高了保溫區內所有保溫材料的保溫性能。另外，雖然冬天沒有明顯的隔熱要求，但隔熱區的半封閉性結構構造，卻能大量減少因大氣環境中空氣的對流而造成保溫熱能的損失，提高了保溫材料的保溫性能。這是因為，在半封閉的隔熱區結構形式的防護下，使高效性能保溫材料3最外層不能與室外無限大空間的大氣環境完全直接接觸，冬天大氣空間中的空氣對流，對建筑物外圍護結構的影響被限制和減少，對被傳導到保溫材料最外表皮的熱能的對流損失也會被限制和減少，類似于給已經穿上保溫外衣的建筑物，又再穿上了一件防風外衣，會因隔熱區的防護作用，提高建筑物的保溫效果。
夏天，當白天的陽光照射到建筑物外圍護結構的外殼6上時，外殼6吸收了太陽的輻射熱后，會立即通過外殼的里皮再輻射，透過空氣夾層5中的空氣，達到隔離層4的外表皮。這些由日照而侵入到建筑物室內的輻射熱能，由于遇到了隔離層4防輻射熱表面的反射，不能進入保溫層中被貯存，只能被反射回夾層5的空氣中，夾層5中的空氣因被雙向的輻射熱所加溫后，體積會快速膨脹，容重會更輕，熱壓更高，會自動加速向最高處的排氣孔8處運動，達到排氣孔8處時，由排氣孔8排向室外無限大空間中，使這些日照輻射熱能既不能進入保溫區的保溫材料中貯存，又不能在隔熱層中停留，最終都被排出在建筑物外圍護結構以外的大氣層中，達到了隔熱降溫的效果。
上述的保溫，隔熱方法，在建筑工程中具有通用性，無論是在墻體或屋面工程中都能適用。只要建筑物的外圍護結構能按本發明的原理和要求，設計成保溫區和隔熱區，并在其間設立防輻射熱隔離層和能夠自動對流的空氣夾層，就能達到使外圍護結構既能增加保溫區的保溫效果，又能隔離輻射熱能對建筑物的侵襲，節能效果顯著，是建筑工程中節省能源的重要技術創新。更重要的是，按照此原理還可以對現有的大量保溫、隔熱性能不良的舊建筑物外墻進行改造，只須單獨預制一種單一的“隔熱區”構造形式的彩色壓型鋼板的掛板，固定在舊建筑物的外墻面上，就可以既增加舊建筑物墻體夏季的隔熱功能，又能提高舊建筑物墻體冬季的保溫性能，就節省能源而言，其社會經濟效益也非常巨大。
以下結合建筑工程中墻體和屋面這兩個最需要節能的外圍護工程項目的具體構造，對本發明作進一步的闡述。
圖2是在框架承重結構體系中使用的預制整體彩鋼板墻板結構的剖面側視圖。圖中建筑物外圍護結構的預制整體的墻板承重層2，是由壓型防銹薄鋼板作成的。
圖3是在混合結構體系中，承重結構2采用砌筑墻體，而建筑物外圍護層的外殼6，是采用壓型彩色薄鋼板時的墻體結構的剖面側視圖。圖中的鋼牛腿9，是由混合承重結構的梁10上懸出的，是用來承托和固定彩鋼外殼6的。9的間距為2～3m，用聚氨脂保溫材料噴涂在9上，包裹住9保溫。
圖4是在混合結構體系中，墻體承重結構2和外圍護層的外殼6，都是采用砌體結構時的墻體結構的剖面側視圖。其中10和11都是承重結構中的鋼筋砼梁。而10和11之間的聯系件9是鋼的，間距為2～3m，用聚氨脂保溫材料噴涂包裹保溫。
圖5是當舊建筑物的外圍護結構保溫或隔熱不能滿足要求時，在舊建筑物外圍護結構的外側，增加預制的“隔熱區”掛板時的墻體剖面側視圖。
圖6是本發明的建筑外圍護結構的屋面結構縱剖面側視圖。
圖中1、2、3、4共同構成建筑物外圍護屋面結構的“保溫區”；4、5、6、7、8共同構成建筑物外圍護屋面結構的“隔熱區”；9是排氣口上的防雨罩。
圖7是本發明的建筑物外圍護結構的大跨度屋面結構縱剖面側視圖。圖中的大跨度屋面結構的空氣夾層5，是由兩塊力學性能各自獨立的大跨度拱型屋面大板構件疊合在一起形成的，用于無吊車的輕型工業廠房或沒有動荷重的大跨度庫房。
圖8是本發明的建筑物外圍護結構的大跨度屋面結構縱剖面側視圖。圖中大跨度屋面結構的空氣夾層5，是由兩塊力學性能各自獨立的大跨度槽型拱板構件疊合在一起才形成的，用于在廠房內有重型吊車，或有動荷重的工業建筑。
以下結合混合結構體系中，墻體結構的實施例，(以圖3為例)對本發明的實施程序作如下描述當混合結構的承重梁、柱施工完了后，要進行墻體施工時，1、砌筑承重墻體2；2、對承重墻體2的內外表面，進行初步找平；3、在承重墻體2的外表面上固定高效保溫材料聚苯乙烯泡沫塑料保溫板3；4、在高效保溫材料板3的外表面上固定隔離層4(鋁箔或反射型保溫隔熱卷材)；5、對鋼牛腿9噴涂聚氨脂保溫，并對其它鐵件進行防銹處理；6、利用固定在鋼牛腿9上的鐵件，固定建筑物外圍護結構的彩鋼外殼6，并形成空氣夾層5；7、在承重墻體2的內表面，用能耐高溫、能防火的保溫砂漿進行抹灰裝修。
直至整個建筑物外圍護結構施工完了。
權利要求
1.一種建筑物外圍護結構的保溫、隔熱方法，其特征是，把建筑物的外圍護結構分成二個明確的功能區，“保溫區”和“隔熱區”，在保溫區和隔熱區之間設一個“隔離層”，使保溫區和隔熱區在外圍護結構中，分成功能各自獨立的兩部分，讓保溫區內的保溫熱能因隔離層的隔離而不能與室外空氣接觸，減少保溫熱能的對流損失進行保溫；也讓大氣環境中的日照輻射熱能，在進入隔熱區后，也因隔離層的隔離而不能傳導到保溫區內的保溫材料中貯存，只能通過隔熱區內空氣夾層中的空氣對流，把輻射熱能排放到建筑物以外的大氣環境中進行隔熱。
2.如權利要求1所述的建筑物外圍護結構的保溫、隔熱方法，其特征是，保溫區是由多層各具特點的保溫材料構成的，最靠近室內表面的抹灰保溫層，是由具有耐高溫、能防火、能調節室內溫度、濕度的，由膨脹珍珠巖粉或陶砂配制而成的保溫砂漿，抹在承重結構上的；貼在承重結構層另一側的，是具有高保溫性能的板材，是由聚苯乙烯泡沫塑料或聚氨脂泡沫塑料制成的、或用巖棉、玻璃棉制成，是主要的保溫材料層，能堵截承重結構上因與外部大氣環境的接觸而產生的各種冷、熱橋現象，并要在其表面上固定防輻射熱材料“鋁箔”或“鋁箔與玻璃纖維復合制成的”反射型保溫隔熱卷材，共同組成的。
3.如權利要求1所述的建筑物外圍護結構的保溫、隔熱方法，其特征是，隔熱區的構成，是由隔離層、空氣夾層、建筑物外圍護結構的外殼和在外殼上開有上排氣孔、下進氣孔、夾層中的空氣可以在夾層中自動對流的排熱構造所共同構成的；其中隔離層是由固定在保溫區中高效保溫材料外側的防輻射熱材料鋁箔、或鋁箔與玻璃纖維復合制成的反射型保溫隔熱卷材；建筑物外圍護結構的外殼可以是彩色薄金屬壓型鋼板的，也可以是砼薄板的、或磚類、砌塊類砌體的、或由這兩種結構型式復合制成的，它們可以是隨建筑工程一起整體施工的，也可以是預制后安裝的。
4.如權利要求1所述的建筑物外圍護結構的保溫、隔熱方法，其特征是，在屋面結構中，隔熱區的外殼和形成空氣夾層的構造是由雙層的屋內結構復合而成的，該雙層屋面結構的構造，可以都是由整體彩鋼板制成的，也可以一層是整體彩鋼板，和另一層是由整體砼薄殼殼體二者混合構成的，或二層都是由整體砼薄殼殼體構成的，它們都在檐口最低處設有進風孔，在屋脊最高處設有排氣孔，空氣可以在夾層板面中自動對流，它們可以是作成單層結構構件先安裝，最后再把另一層構件復合在上面，形成雙層板面一起使用的，或預先作成整體的、雙層的預制構件，直接安裝使用的。
5.如權利要求1所述的建筑物保溫、隔熱方法，其特征是，可以在保溫、隔熱不足的舊建筑物的墻體及屋面上，用在舊建筑物墻體的外側或屋面上加設單獨預制的、單一的“隔熱區”掛板或屋面板，來增加舊建筑物墻體或屋面夏季的排熱功能，和提高舊建筑物墻體或屋面冬季的保溫性能。
全文摘要
本發明屬于建筑物外圍護結構的保溫隔熱方法。是在外圍護結構中將保溫和隔熱分成兩個獨立的功能區，中間用隔離層分開。保溫區負責冬季對室內的保溫，隔熱區負責夏季對建筑物的隔熱。由于隔離層的分割，保溫區的保溫材料不能與大氣環境接觸，減少了冬季保溫熱能的對流損失并提高保溫效果。夏季隔熱區既能阻截日照輻射熱能向室內的傳導，又能通過排熱構造將熱能排向室外，降低室溫。該方法對南北各地的建筑物均適用，能大量節省能源。
文檔編號E04B2/00GK1800528SQ20051010237
公開日2006年7月12日 申請日期2005年12月19日 優先權日2005年12月19日
發明者劉健群 申請人:劉健群