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建筑围护结构

第 1 节：围护结构性能要求

建筑围护结构是室内与室外环境之间的关键界面，必须同时发挥四种作用：

1. 结构支撑： 将风荷载、恒载（自重 + 饰面层）和地震力传递至主体结构。在飓风地区抵御冲击荷载（风携碎片）。
2. 防护风雨： 阻挡雨、雪、风和紫外线。管理液态水、水蒸气和冰这三种形态的湿气。
3. 热工与能耗性能： 控制热流（传导、对流、辐射）、太阳得热、空气渗漏和结露。围护结构占建筑总能耗的 25–50%。
4. 美学与识别性： 外立面是建筑面向公众的一面。材料、比例、质感、色彩和通透性共同塑造建筑特色。

1.1 性能指标

指标	单位	描述
U 值	W/m²K	传热系数（数值越低，保温性能越好）
R 值	m²K/W	热阻（数值越高，保温性能越好）；R = 1/U
g 值（SHGC）	无量纲（0–1）	太阳得热系数 — 透过玻璃的太阳能比例
VLT	%	透过玻璃的可见光透射率
空气渗透率	50 Pa 下的 m³/h/m²	围护结构在 50 Pa 压差下的空气渗漏率
水蒸气阻力	MNs/g 或 sd（m）	对水蒸气扩散的阻力
Rw	dB	加权隔声指数（声学）
耐火等级	分钟/小时	构造系统在火灾中保持完整性和隔热性的时间

1.2 气候专项性能目标

炎热干旱气候（ASHRAE CZ 1B–3B，例如利雅得、凤凰城）：

• 墙体 U 值：≤0.35 W/m²K
• 屋顶 U 值：≤0.20 W/m²K
• 窗户 U 值：≤2.4 W/m²K（双层玻璃，太阳能控制）
• SHGC：≤0.25（关键指标——首要考虑是阻挡太阳辐射）
• 遮阳：必须设置外部遮阳装置；遮阳系数 0.3–0.5
• 热惰性：有助于减缓昼夜温差变化（建议 >300 kg/m²）
• 空气渗透率：≤3.0 m³/h/m²，50 Pa 下（阻挡沙尘）
• 关键策略：阻挡太阳辐射，提供热惰性，为所有玻璃设置遮阳，将 WWR 降至 25–35%

炎热潮湿气候（ASHRAE CZ 1A–2A，例如新加坡、迈阿密）：

• 墙体 U 值：≤0.45 W/m²K
• 屋顶 U 值：≤0.25 W/m²K
• 窗户 U 值：≤2.4 W/m²K
• SHGC：≤0.25
• 通风：至关重要——采用穿堂风设计，并在安全条件允许时设置可开启窗
• 水汽控制：在保温层外侧设置防潮层（水汽向内迁移）
• 空气渗透率：≤5.0 m³/h/m²，50 Pa 下
• 关键策略：阻挡太阳得热，控制湿度，支持自然通风，防止冷空调表面结露

温带气候（ASHRAE CZ 4A–5A，例如伦敦、纽约）：

• 墙体 U 值：≤0.18 W/m²K（英国《建筑法规》第 L 部分 2021：0.18）
• 屋顶 U 值：≤0.13 W/m²K（第 L 部分：0.11）
• 窗户 U 值：≤1.2 W/m²K（第 L 部分：1.2）
• SHGC：0.25–0.40（平衡冬季得热与夏季过热）
• 空气渗透率：≤5.0 m³/h/m²，50 Pa 下（第 L 部分：最高 8.0，建议 5.0）
• 关键策略：平衡防止热损失与利用太阳得热；避免夏季过热；采用连续保温层和气密层

寒冷气候（ASHRAE CZ 6A–8，例如斯德哥尔摩、蒙特利尔）：

• 墙体 U 值：≤0.15 W/m²K
• 屋顶 U 值：≤0.10 W/m²K
• 窗户 U 值：≤0.80 W/m²K（必须采用三层玻璃）
• SHGC：0.40–0.60（最大限度利用南向立面的被动太阳得热）
• 空气渗透率：≤1.0 m³/h/m²，50 Pa 下
• 关键策略：最大限度增加保温，消除热桥，采用气密构造和三层玻璃，尽量增大南向玻璃面积，必须配置 MVHR

被动房标准（适用于所有气候）：

• 墙体 U 值：≤0.15 W/m²K
• 屋顶 U 值：≤0.10 W/m²K
• 地板 U 值：≤0.15 W/m²K
• 窗户 U 值：≤0.80 W/m²K（安装后，含窗框）
• SHGC：南向立面 ≥0.50（最大限度利用被动太阳能）
• 空气渗透率：≤0.6 ach，50 Pa 下（整栋建筑，鼓风门测试）
• 热桥：所有节点 ψ ≤0.01 W/mK（“无热桥”）
• 采暖需求：≤15 kWh/m²/year
• 一次能源需求：≤60 kWh/m²/year（PER：120 kWh/m²/year）

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第 2 节：墙体系统

2.1 砌体空腔墙（砖–保温层–砌块）

构造层次（由外向内）： 102.5 mm 面砖 → 50 mm 空腔 → 100–150 mm 矿棉 / PIR 保温层 → 140 mm 混凝土砌块 → 12.5 mm 抹灰层

性能：

• 总厚度：405–455 mm
• U 值：0.18–0.25 W/m²K（取决于保温层厚度）
• 耐火等级：120 分钟以上（全程采用不燃材料）
• 隔音性能：Rw 50–55 dB
• 隐含碳：80–120 kgCO2e/m²
• 成本范围：$150–250/m²（材料 + 人工）
• 最适用：住宅、中低层商业建筑、机构建筑（英国 / 北欧传统做法）
• 优点：耐久（使用寿命 100 年以上）、维护需求低、热惰性好、施工人员熟悉
• 缺点：施工速度慢（湿作业）、自重较大（约 350 kg/m²），不设支撑时高度受限（通常最高 15 m，水平约束间距为 9 m）

2.2 绝热混凝土模板（ICF）

**构造：**50–100 mm EPS 模板（外侧）→ 150–300 mm 钢筋混凝土芯层 → 50–100 mm EPS 模板（内侧）→ 石膏板饰面

性能：

• 总厚度：300–500 mm
• U 值：0.11–0.20 W/m²K
• 耐火等级：120–240 分钟（混凝土芯层）
• 隔音：Rw 50–58 dB
• 隐含碳：120–180 kgCO2e/m²（因混凝土而偏高）
• 成本范围：$180–300/m²
• 最适用：住宅、学校、游泳池，以及需要高热惰性和高安全性的建筑
• 优点：施工快捷（模板保留在结构中）、气密性出色、热惰性良好、结构中没有热桥
• 缺点：需要熟练的承包商，EPS 易燃（需要防护），重量大，建成后难以改造

2.3 木框架（平台式框架）

**构造：**外墙饰面（可变）→ 25 mm 通风空腔 → 防水透气膜 → 9 mm OSB 覆面板 → 140 mm 木龙骨（龙骨间填充矿棉）→ 防潮层 → 12.5 mm 石膏板

性能：

• 总厚度：250–350 mm（不含外墙饰面）
• U 值：0.18–0.25 W/m²K（采用 140 mm 木龙骨）；增加外保温后为 0.12–0.15
• 耐火等级：30–60 分钟（采用石膏板防护；2 层可达 60 分钟）
• 隔音：Rw 40–48 dB（加装弹性龙骨和额外板材后可提升）
• 隐含碳：25–50 kgCO2e/m²（木材的碳封存可抵消部分排放）
• 成本范围：$120–200/m²
• 最适用：住宅（经防火工程设计后最高可达 7 层）、低层商业建筑、学校
• 优点：重量轻、搭建快捷（预制板）、隐含碳低、龙骨间保温效果好、干式施工
• 缺点：对湿气敏感（需要精细设计节点），不采用 CLT/glulam 时建筑高度受限，隔音性能需要精心设计，龙骨形成热桥（0.15 W/mK，相比之下保温材料为 0.04）

2.4 内填充钢框架

**构造：**外墙饰面 → 50 mm 空腔 → 防水透气膜 → 100–150 mm 保温层（填于钢龙骨之间）→ 隔汽层 → 12.5–15 mm 石膏板

性能：

• 总厚度：200–350 mm
• U 值：0.20–0.35 W/m²K（若无隔热断桥，钢龙骨会造成严重热桥）
• 耐火等级：30–120 分钟（采用防火等级板材作为内衬）
• 隔音：Rw 42–50 dB
• 隐含碳：60–100 kgCO2e/m²
• 成本范围：$130–220/m²
• 最适用：商业、工业、医疗建筑、快速施工项目、高层建筑填充墙板
• 优点：重量轻、不燃、搭建快捷、可跨越大跨度开口
• 缺点：热桥严重（钢龙骨的导热能力是木材的 50 倍）；需要使用隔热断桥连接件或连续外保温；存在腐蚀风险

2.5 结构保温板（SIPs）

**构造：**11 mm OSB → 117–217 mm EPS/PUR 芯层 → 11 mm OSB。外墙饰面和内饰面在现场施工。

性能：

• 总厚度：139–239 mm（仅板材）+ 外墙饰面 + 内饰面
• U 值：0.12–0.20 W/m²K
• 耐火等级：30 分钟（OSB 面板）；要达到 60 分钟需增加内衬
• 隔音：Rw 32–38 dB（重量轻，需增加质量）
• 隐含碳：35–65 kgCO2e/m²
• 成本范围：$140–230/m²
• 最适用：住宅、模块化建筑、自建项目、快速施工的低层建筑
• 优点：气密性出色（工厂密封接缝）、搭建快捷（板材已预切割）、没有热桥（连续保温）、结构性能良好（受力蒙皮）
• 缺点：EPS/PUR 芯层易燃，OSB 对湿气敏感，适用建筑高度有限（通常为 3–4 层），难以改造，隔音性能需要增强

2.6 外保温交叉层压木材（CLT）

构造层次： 外墙饰面 → 通风空腔 → 防风透气膜 → 100–200 mm 矿棉 / 木纤维 → 100–160 mm CLT 板 → 内部饰面（外露 CLT 或石膏板）

性能：

• 总厚度：280–450 mm
• U 值：0.12–0.18 W/m²K
• 耐火等级：60–120 分钟（CLT 以约 0.65 mm/min 的速度炭化；100 mm 厚的板可提供约 90 分钟的结构耐火性能）
• 隔声：Rw 38–44 dB（仅 CLT）；采用弹性支座 + 石膏板时可达 55+ dB
• 隐含碳：-10 至 +30 kgCO2e/m²（木材的碳封存可实现净负值）
• 成本范围：$200–350/m²
• 最适用：住宅（已有高达 18 层的应用案例）、办公楼、学校、中层机构建筑
• 优点：具备实现碳负值的潜力、建造速度快（板材安装）、结构墙与保温层合一、外露木材的室内美感、气密性良好
• 缺点：施工期间的湿度管理至关重要、成本高于混凝土框架、实心板材会产生侧向传声、高层建筑需要进行防火工程设计

2.7 玻璃幕墙（框架式和单元式）

构造层次： 外部玻璃 / 面板 → 带隔热断桥的铝合金立柱 / 横梁框架 → 中空玻璃单元（双层 / 三层玻璃）或带保温层的不透明裙墙板

性能（玻璃区域）：

• 总厚度：100–200 mm（框架深度）
• U 值（玻璃中心）：1.0–1.6 W/m²K（双层）；0.5–0.8（三层）
• U 值（整幅幕墙，包括框架）：1.4–2.2 W/m²K（双层）；0.8–1.2（三层）
• 耐火等级：通常为 E30/EW30（玻璃通过耐火夹层可保持 30 分钟）；裙墙板配备防火衬层时为 60–120 分钟
• 隔声：Rw 32–42 dB（取决于玻璃厚度和夹层）
• 隐含碳：80–150 kgCO2e/m²（大量使用铝材）
• 成本范围：$400–1200/m²（框架式较低；单元式较高；结构玻璃最高）

框架式系统： 在现场使用铝型材组装立柱和横梁；逐块安装玻璃 / 面板。适用于低层至中层建筑、不规则立面。

单元式系统： 在工厂预先组装面板（通常宽 1.5 m、高度为层高），从建筑内部安装完整单元。适用于高层建筑（安装更快，不受天气影响）。

• 最适用：商业办公楼、机构建筑、高层建筑、地标建筑
• 优点：最大限度提升通透感、建筑设计灵活、重量轻、工厂饰面质量高
• 缺点：成本高、隐含碳高（铝材）、热工性能受框架限制、隔声性能低于砌体、热桥处存在结露风险

2.8 雨幕覆层（通风幕墙）

构造： 覆层板（石材、金属、纤维水泥、陶土、HPL）→ 50 mm 通风空腔 → 支撑托架／导轨 → 防风膜 → 连续保温层（100–200 mm 矿棉／PIR）→ 结构墙体（混凝土、砌体、CLT、钢框架）

性能：

• 总厚度：250–450 mm（覆层 + 空腔 + 保温层 + 结构）
• U 值：0.12–0.20 W/m²K（由连续保温层决定）
• 耐火等级：取决于背衬墙体和保温层；对于高度超过 18 m 的建筑，覆层板必须采用不燃材料（英国格伦费尔火灾后的要求；BS 8414 / BR 135）
• 隔音：Rw 45–60 dB（取决于背衬墙体的质量）
• 隐含碳：50–200 kgCO2e/m²（随覆层材料的不同而有很大差异）
• 成本范围：$250–600/m²（取决于材料）

通风原理： 覆层后方的空腔顶部和底部均敞开（间隙至少 50 mm）。空气通过烟囱效应循环，带走保温层中的水分，并减少太阳辐射导致的水蒸气向内迁移。压力平衡可减少风驱雨渗透。

• 最适用：商业、机构、住宅（中高层）、翻新／外墙加覆层
• 优点：连续保温（覆层处无热桥）、湿气管理、设计灵活（覆层选择广泛）、面板更换方便
• 缺点：空腔火灾风险（根据 BS 9414 / NFPA 285，每层以及洞口周围都需要设置防火隔断）、支撑托架形成热桥（应使用带隔热断桥的托架）、成本较高

2.9 预制混凝土板

构造： 75 mm 预制混凝土面层 → 100–150 mm 保温层 → 100 mm 预制混凝土内叶（夹芯板）。或者：单叶预制混凝土板外加外保温和覆层。

性能：

• 总厚度：275–375 mm（夹芯板）
• U 值：0.15–0.25 W/m²K
• 耐火等级：120–240 分钟（不燃）
• 隔音：Rw 50–58 dB
• 隐含碳：100–160 kgCO2e/m²
• 成本范围：$200–400/m²
• 最适用：商业建筑、停车楼、工业建筑、高层住宅、模块化／预制建筑
• 优点：工厂质量稳定、吊装快捷（起重机吊装）、耐久、耐火、隔音质量好、饰面一致
• 缺点：重量大（200–500 kg/m²）、需要起重机作业空间、大型面板运输物流复杂、接缝细部至关重要（需维护密封胶）、生产后设计灵活性有限

2.10 内保温重型木结构

构造： CLT 或胶合木结构墙体（100–200 mm）→ 带保温层的管线空腔（50 mm）→ VCL → 石膏板。外侧：外露木材，采用防风雨饰面（油、着色剂、炭化）或雨幕覆层。

性能：

• 总厚度：200–350 mm
• U 值：0.15–0.25 W/m²K（结合内保温层和木材热阻）
• 耐火等级：60–90 分钟（100 mm CLT + 石膏板）
• 隔音：Rw 40–50 dB
• 隐含碳：-20 至 +20 kgCO2e/m²（净碳效益）
• 成本范围：$220–380/m²
• 最适用：低层至中层住宅、文化建筑、山区／乡村建筑、生态建筑
• 优点：具备负碳潜力、外露木材的美观效果、风格独特、结构与围护结构合一
• 缺点：外露木材需要维护（每 3–5 年重新涂油或进行炭化处理）、风化不均、外露木质外墙需要进行防火工程设计、不增加额外防护时仅适用于较低建筑

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第 3 节：玻璃系统

3.1 玻璃类型

玻璃类型	厚度（mm）	描述	主要特性
浮法玻璃（退火）	3–19	标准平板玻璃	破碎后形成锋利碎片；非安全玻璃
钢化玻璃	4–19	经热处理，强度提高 4 倍	破碎后形成小颗粒；安全玻璃
夹层玻璃	6.4–25+	由 2 块或更多玻璃与 PVB/SGP 中间层组成	破碎后仍保持整体；安全、隔音、阻隔紫外线
中空玻璃（IGU）	24–60	由 2 块或 3 块玻璃组成，中间为空腔并密封充气	隔热；建筑幕墙最常用
夹丝玻璃	6–7	内嵌金属丝网	保持防火完整性（E30）；非安全玻璃
防火玻璃	15–54	采用硼硅酸盐玻璃或凝胶中间层	EI30–EI120；耐火并隔热

3.2 涂层

Low-e（低辐射）涂层：

• 减少空腔内的辐射传热
• 硬涂层（热解法）：在制造过程中施加；耐用；发射率约为 0.15–0.20
• 软涂层（溅射法）：制造后施加；发射率较低（约 0.02–0.05）；较为脆弱，必须朝向空腔
• 位置：双层中空玻璃的第 3 面（外片玻璃的内侧）用于控制太阳辐射；寒冷气候下装在第 2 面（内片玻璃的外侧）以保留热量

太阳能控制涂层：

• 将 SHGC 降至 0.15–0.35，同时保持 VLT 为 40–70%
• 选择性涂层：透射可见光，反射近红外线
• 着色太阳能玻璃：本体着色玻璃（灰色、青铜色、绿色），按比例降低 VLT
• 产品：Guardian SunGuard（SHGC 0.19，VLT 50%）、AGC iplus（SHGC 0.22，VLT 62%）、Pilkington Suncool（SHGC 0.25，VLT 55%）

自清洁涂层：

• Pilkington Activ、Saint-Gobain Bioclean
• TiO2 光催化涂层：利用紫外线分解有机污垢
• 亲水表面：雨水流过时会带走松动的污垢

3.3 充气气体与间隔条

充气气体：

气体	热导率（W/mK）	密度（kg/m³）	空腔性能提升
空气	0.026	1.23	基准
氩气	0.018	1.66	比空气提升 30%
氪气	0.009	3.48	性能提升 65%；可采用更薄的空腔（10–12 mm）
氙气	0.006	5.49	性能提升 77%；价格非常昂贵，极少使用

最佳空腔宽度：氩气为 16 mm，氪气为 12 mm（超过该宽度后，对流会降低其效果）。

间隔条：

• 铝间隔条：传统类型，导热率高 = 玻璃边缘形成热桥。Psi 值约为 0.08 W/mK
• 暖边间隔条（TGI/Thermix/Super Spacer）：采用不锈钢、混合材料或泡沫。Psi 值为 0.03–0.04 W/mK
• Passive House 认证间隔条：psi ≤0.032 W/mK（例如 Swisspacer Ultimate：0.028）

3.4 窗户 U 值

配置	约 U 值（W/m²K）	备注
单层玻璃（6 mm 浮法玻璃）	5.6	不适用于现代建筑
双层玻璃（充空气、无涂层）	2.7–2.9	基础双层玻璃
双层玻璃（充氩气、带 low-e 涂层）	1.1–1.4	温带气候当前标准
双层玻璃（充氪气、带 low-e 涂层）	0.9–1.1	高端双层玻璃
三层玻璃（充氩气、带 2 层 low-e 涂层）	0.5–0.8	寒冷气候／Passive House 标准
三层玻璃（充氪气、带 2 层 low-e 涂层）	0.4–0.6	高端 Passive House
四层玻璃（真空 + 氪气）	0.3–0.4	超高性能；实验性

3.5 框架类型

框架材料	U-frame (W/m²K)	优点	缺点
铝（无断桥）	5.0–7.0	强度高、型材纤细、耐用	热桥效应极强；不适合对热工性能有要求的场合
铝（断桥）	1.5–3.0	强度高、纤细、耐用、可回收	断桥深度限制了性能；价格昂贵
木材（软木）	1.2–1.6	隐含碳低、保温性能好	需要维护（刷漆）、有受潮风险、型材较宽
木铝复合材料	0.8–1.3	兼具两者优点：内侧为木材，外侧为铝材	价格较高；重量大
uPVC	1.2–1.8	成本低、免维护、保温性能好	不易回收、型材较宽、颜色选择有限、会受紫外线影响而老化
复合材料（玻璃纤维／拉挤型材）	1.0–1.5	强度高、型材纤细、热工性能好、维护需求低	供应有限，供应商专业化程度高

3.6 立面框架系统

穿墙窗： 独立窗单元嵌入实墙中。墙体与窗户之间有清晰的视觉分隔。最容易进行保温和热桥节点处理。常见于住宅和传统建筑。

横向带窗： 连续的水平玻璃带，通常由楼层高度的窗间墙板分隔。这是 Le Corbusier 所说的「fenetre en longueur」。采光良好，并突出水平线条。

幕墙： 连续的立面系统——竖梃和横梁跨越楼层，玻璃和不透明面板填充其中。系统类型请参见第 2.7 节。

结构玻璃： 玻璃通过结构硅酮密封胶粘接到框架上，外侧看不到框架。外观简洁平整。为获得质保，密封胶需在工厂施工。

3.7 窗墙比（WWR）指南

朝向	炎热气候	温带气候	寒冷气候
北（NH）／南（SH）	20–30%	30–50%	20–35%
南（NH）／北（SH）	15–25%（需遮阳）	40–60%（被动太阳能）	40–60%（被动太阳能）
东	15–25%	25–35%	20–30%
西	10–20%（最不利于控制眩光／热量的朝向）	20–30%	15–25%
平均总值	20–30%	30–45%	25–40%

ASHRAE 90.1 基准值：WWR 为 40%。若 WWR 更高，则需要采取补偿措施（更优的 U 值、更低的 SHGC、外遮阳）。

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第 4 节：屋顶系统

4.1 平屋顶——正置式

构造层次（从上到下）： 防水卷材（单层或多层）→ 保温层（PIR/EPS/矿棉）→ VCL → 结构底板（混凝土／金属／木材）

• 保温层厚度：120–250 mm（U 值 0.10–0.18 W/m²K）
• 坡度：最小 1:60（推荐 1:40），通过保温层（做成变厚）或结构层形成
• 排水：每 100–200 m² 设置 1 个内排雨水口，或设置周边天沟
• 优点：VCL 处于温暖侧（冷凝风险低）、构造简单、保温层连续
• 卷材选项：单层卷材（EPDM、TPO、PVC）— 1.2–2.0 mm；多层油毡（3 层）— 12–15 mm；液态涂膜 — 2–3 mm
• 使用寿命：单层卷材 25–35 年；多层卷材 20–25 年；液态涂膜 15–25 年

4.2 平屋顶——倒置式（反向屋顶）

构造层次： 压载层（砾石／铺砖）→ 过滤无纺布 → 保温层（仅限 XPS，必须耐吸水）→ 防水卷材 → 结构底板

• 保温层厚度：100–200 mm XPS（U 值 0.15–0.25 W/m²K）
• 优点：卷材免受紫外线、热循环和机械损伤，卷材寿命更长，屋面可供使用
• 缺点：雨水冷却效应（雨水流经保温层下方，使热工性能降低约 5–10%）；仅适用 XPS（其隐含碳高于矿棉）
• 坡度：在结构层或卷材下方的找平层中形成

4.3 平屋顶 — 绿色屋顶

构造层次： 植被 → 种植基质（80–300 mm）→ 过滤毡 → 排水层（25–60 mm）→ 阻根层 → 防水膜 → 保温层 → VCL → 结构层

粗放型绿色屋顶： 景天/苔藓，种植基质厚度 80–150 mm，饱和重量 60–180 kg/m²，维护需求低
集约型绿色屋顶： 灌木/树木，种植基质厚度 300–1500 mm，饱和重量 300–1500 kg/m²，需要灌溉

• 额外结构荷载：1.0–2.0 kN/m²（粗放型）；5.0–15.0 kN/m²（集约型）
• 优点：雨水滞留（年降雨量的 50–90%）、缓解城市热岛效应（表面温度比深色防水膜低 30°C）、生物多样性、延长防水膜使用寿命（2 倍）、隔音（+8–10 dB）、改善热工性能（有效 U 值降低约 10%）
• 标准：FLL Guidelines（德国）、GRO Code（英国）、ASTM E2397/E2400（美国）

4.4 坡屋顶 — 通风型（冷屋顶）

构造层次： 瓦片/石板瓦 → 挂瓦条 → 顺水条 → 透汽防水垫层 → 通风空腔（至少 50 mm）→ 椽间/天花板处保温层 → VCL → 石膏板

• 通风：檐口处每米 10,000 mm²，屋脊处每米 5,000 mm²（英国建筑法规）
• 保温：椽间 100–150 mm + 天花板处 200–400 mm；或在拱形天花板中全部设于椽间/椽上方
• 最小坡度：互锁瓦 15°；平瓦 20°；天然石板瓦 25°；茅草 35°
• U 值：总保温厚度达到 300+ mm 时可实现 0.10–0.16 W/m²K

4.5 坡屋顶 — 保温型（暖屋顶）

构造层次： 瓦片/石板瓦 → 挂瓦条 → 顺水条 → 透汽防水垫层 → 椽上连续保温层（硬质板）→ 空气屏障/VCL → 椽条 → 石膏板

• 优点：无需通风；保温层连续（椽条处无热桥）；椽条深度可用于布置管线
• 缺点：椽上方的构造层加厚会抬高屋脊；重量更大

4.6 膜结构和筒形拱顶

• ETFE 气枕：U 值 1.8–3.5 W/m²K（三层）；重量轻（0.35 kg/m²）；可见光透射率（VLT）95%；跨度可达 100 m。示例：Eden Project、Allianz Arena、北京水立方
• PTFE 涂层玻璃纤维：张拉膜；半透明；U 值较差（单层约为 6.0）；最适用于半室外/遮阳场景
• 立边咬合金属屋顶：锌、铜、铝、钢；最小坡度 3°；使用寿命 40–100 年（锌/铜）

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第 5 节：湿气管理

5.1 “完美墙体”原则

从外侧到内侧，控制层应按以下顺序布置：

1. 雨屏/雨水控制层： 最外层用于阻挡大部分液态水（超过 99% 的湿负荷）。外墙覆层后方设有排水和通风空腔。
2. 空气屏障： 防止空气携带的湿气穿过构造层。必须连续，在所有接缝处密封，并能抵抗风压。空气屏障是最重要的单一湿气控制层。
3. 保温层： 控制热流并决定墙体内部的温度分布。其位置决定冷凝风险。
4. 水蒸气控制层（VCL）： 控制水蒸气扩散。其位置取决于气候：
   • 寒冷/温带气候：VCL 设于保温层的暖侧（室内侧）
   • 炎热潮湿气候：VCL 设于保温层的暖侧（室外侧）（或使用智能型 VCL）
   • 混合气候：使用会随湿度变化而调整透湿性的智能型/可变型 VCL
5. 结构层： 承重构件。

5.2 水蒸气驱动方向分析

气候	主导水蒸气驱动方向	VCL 位置	保温层位置
冬季寒冷（以供暖为主）	向外（从室内到室外）	内侧	外侧或填满空腔
炎热潮湿（以制冷为主）	向内（从室外到室内）	外侧	内侧
混合气候（供暖 + 制冷）	随季节向两个方向驱动	智能 VCL（可变透湿性）	优先置于外侧
温和温带气候（英国）	以向外为主	内侧（采用透气构造时可选）	外侧或填满空腔

**智能水蒸气控制层：**Intello Plus（Pro Clima）或 DB+（SIGA）等材料具有可变的水蒸气阻力：夏季 sd 值为 0.25 m（允许向内干燥），冬季 sd 值为 10 m 以上（阻止水蒸气向外扩散）。对于混合气候和木结构，这类材料必不可少。

5.3 结露风险——层间分析（Glaser 方法）

Glaser 方法（BS EN ISO 13788）用于计算墙体构造内部的结露风险：

1. 确定墙体各层的温度梯度（按各层热阻进行线性计算）
2. 确定各界面的露点温度（根据各层水蒸气阻力计算水蒸气压力梯度）
3. 如果任何界面的温度低于露点温度，则该处会发生结露
4. 计算整个供暖季的累积结露量
5. 检查结露水是否能在干燥季蒸发

可接受限值（BS EN ISO 13788）：

• 结露不得滴落、留下污渍或损坏材料
• 最大累积含水量：非吸水层为 200 g/m²；吸水层（矿棉）为 500 g/m²
• 所有结露水都必须在干燥季蒸发（年度净平衡必须为零或负值）

**Glaser 方法的局限性：**该方法仅适用于稳态分析；不考虑水分储存、毛细作用、空气流动、太阳辐射驱动的水蒸气迁移或实际天气变化。要进行准确分析，请使用动态模拟工具：WUFI、DELPHIN 或 HYGROTHERMAL。

5.4 节点细部处理

墙体与屋面交接处：

• 从墙体到屋面设置连续的空气屏障（通常将膜材搭接并密封）
• 保温层连续：屋面保温层在女儿墙/檐口处与墙体保温层搭接
• 女儿墙：优先采用内置天沟（压顶下方为暖屋面）；若女儿墙为冷构造，则采用外置天沟（有结露风险）
• 檐口挑出长度：至少 300 mm，以保护下方墙体免受雨淋；暴露位置为 600 mm

墙体与窗户交接处：

• 将保温层延伸至窗洞口侧壁（至少 30 mm，优选 50 mm，并延伸至窗框）
• 使用胶带或垫片将空气屏障密封至窗框（例如 SIGA Fentrim、Tescon Profil）
• 将室内侧 VCL 搭接并密封至窗框
• 窗台泛水板：向上翻至窗框后方，滴水边至少伸出墙面 30 mm
• 窗头上方设置空腔导水板，排水孔间距为 450 mm

墙体与地面交接处：

• 地下防水：防水膜（Type A，BS 8102）、结构性防水混凝土（Type B）或排水空腔（Type C）
• 保温层延伸至地面以下：使用 XPS 或泡沫玻璃（防潮）
• 基础处的热桥：在底板边缘下方设置保温层，或采用保温基础系统
• DPC（防潮层）：至少高出完成地面标高 150 mm（英国建筑法规）

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第 6 节：热桥预防

6.1 什么是热桥？

热桥是建筑围护结构中的局部区域，其热流显著高于相邻的一般围护结构区域。热桥会：

• 使传统建筑的总热损失增加 10–30%
• 降低室内表面温度，增加结露和霉菌风险
• 成为实现被动房性能的主要障碍

6.2 常见节点的 Psi 值（ψ）

Psi 值（线性传热系数）用于量化节点每米长度的额外热损失，单位为 W/mK。

节点	常见构造 ψ（W/mK）	良好做法 ψ（W/mK）	被动式房屋限值 ψ（W/mK）
墙体与地面交接（底层地面）	0.16	0.08	≤0.01
墙体与楼板交接（中间层）	0.07	0.03	≤0.01
墙体与屋顶交接（平屋顶）	0.12	0.06	≤0.01
墙体与屋顶交接（坡屋顶，檐口）	0.10	0.04	≤0.01
窗顶	0.15	0.05	≤0.01
窗台	0.10	0.04	≤0.01
窗侧边	0.08	0.03	≤0.01
转角（外墙阳角）	0.09	0.04	≤0.01
阳台（未保温楼板）	0.50–1.00	0.15	≤0.01（必须设置热断桥）
女儿墙	0.20	0.08	≤0.01
钢梁穿透	0.10–0.30	0.05	≤0.01

6.3 防止热桥的策略

连续保温： 最有效的单一策略。保温层连续包覆整个建筑围护结构，不留断点。外保温（ETICS/雨幕系统）比夹芯保温或内保温更容易实现这一点。

热断桥连接件：

• Schock Isokorb：用于混凝土与混凝土阳台连接的结构性热断桥。可将 ψ 从 ~0.70 降至 ~0.15 W/mK。适用于弯矩、剪力和组合荷载。
• Halfen HIT：类似的结构性热断桥系统
• Armatherm：用于钢与钢、钢与混凝土连接的 FRP（纤维增强聚合物）热断桥垫片
• 典型热断桥厚度：结构连接件内设置 80–120 mm 厚的保温材料

雨幕外墙覆层的专用支架：

• 标准铝支架：每个支架 ψ ≈ 0.04–0.08 W/mK
• 热断桥支架（例如 Leviat Halfen、Fischer Thermax）：每个支架 ψ ≈ 0.01–0.02
• 支架数量：通常每 m² 外墙 4–6 个
• 外墙支架造成的热桥总量：若未进行热断桥处理，可能使墙体有效 U 值增加 0.02–0.05 W/m²K

6.4 常见热桥位置

窗顶、窗台和窗侧边：

• 将窗户安装在保温层平面内（而非安装在窗洞口内侧）
• 保温层延伸至窗洞口内侧：覆盖窗框至少 30 mm
• 被动式房屋节点设计使用保温窗副框（Purenit、Compacfoam）
• 被动式房屋安装位置：窗户应设在保温层贯穿的位置（通常距外侧表面 1/3 处）

楼板边缘（中间层）：

• 混凝土楼板边缘暴露于外墙处：形成严重热桥（ψ = 0.07–0.15）
• 解决方案：在楼板边缘包覆保温层（周边保温条，厚 30–50 mm）
• 或使用覆盖楼板边缘的保温幕墙裙墙板

阳台连接：

• 未保温的混凝土阳台穿透保温层，是最严重的常见热桥
• 解决方案：结构性热断桥（Isokorb 型）；采用独立结构的悬挂式阳台；带热断桥的悬挑钢支架；具有热分隔的预制阳台单元

女儿墙：

• 高出保温屋顶的混凝土或砌体女儿墙会形成热桥，并带来结露风险
• 解决方案：在女儿墙的三个面（内侧、顶部、外侧）均设置保温层，以维持表面温度
• 或采用屋顶边缘节点和外置天沟，取消女儿墙

基础：

• 延伸至保温墙体以下的混凝土基础墙会形成通向地面的热桥
• 解决方案：基础外侧至少保温至 600 mm 深（霜冻深度）；使用保温基础系统（被动式房屋基础采用 XPS/泡沫玻璃板下保温和周边保温）
• 被动式房屋做法：在墙体底部使用 Foamglas Perinsul 砌块，在 DPC 高度处阻断热桥

6.5 热桥计算方法

• 2D 分析： THERM（免费，LBNL）、Flixo、HTflux、Psi-Therm。根据 BS EN ISO 10211 计算线性节点的 ψ 值。
• 3D 分析： 点热桥（支架、锚固件、阳台连接处）需要进行 3D 分析。HEAT3、AnTherm、Comsol。
• 惯例： BRE IP 1/06（英国）；PHI Protocol（Passive House）。室内尺寸法与室外尺寸法会影响 ψ 值——务必注明所用惯例。
• SAP/SBEM（英国）： 使用来自 Accredited Construction Details 或 BR 497 的表列 ψ 值；也接受通过热模拟获得的自定义值。

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附录 A：围护结构测试与调试

气密性测试

鼓风门测试（BS EN ISO 9972 / ASTM E779）：

• 将建筑加压至 50 Pa；测量维持压力所需的气流量
• 结果以 50 Pa 下的 m³/(h·m²) 表示（按围护结构面积计算），或以 50 Pa 下的每小时换气次数表示（ach50，按体积计算）
• 英国 Building Regs Part L：最高 8.0 m³/(h·m²)；建议 ≤5.0；最佳实践 ≤3.0
• Passive House：≤0.6 ach50（极高气密性；典型值约为 1.0 m³/(h·m²)）
• 测试：英国新建建筑竣工时必须进行（自 2006 年起）；可抽样测试或测试全部单元
• 常见漏气路径：管线穿透处、墙地交接处、窗框、阁楼检修口、外墙上的电源插座

幕墙水密性测试

• AAMA 501.1： 使用经校准的喷淋架进行现场测试，喷水量为 34 liters/m²/hour，压差为 137 Pa
• AAMA 503： 定量测试——测量总渗水量
• EN 12155： 在静压和动压下进行实验室测试（静压最高 600 Pa，阵风压力最高 250 Pa）
• CWCT Standard（英国）： 在静压 600 Pa 下进行实验室测试；不得有水渗透到气密层之外
• 软管测试（AAMA 501.2）： 现场诊断——使用手持喷嘴，以 22 liters/min 的流量，在距离 300 mm 处进行系统性扫测。用于识别漏水位置。

热成像（红外热成像）

• BS EN 13187：定性检测建筑围护结构的热异常
• 在供暖季节进行：室内外温差至少为 10°C
• 建议在日出前进行（避免阳光照射立面）
• 可识别：热桥、保温缺失、漏气路径、湿气渗入
• 无法量化 U 值；仅用于定性评估（色标表示相对表面温度）

附录 B：关键标准与规范参考

标准	范围	适用地区
UK Building Regs Part L (2021)	燃料与能源节约（U 值、气密性）	英格兰
ASHRAE 90.1	建筑能效标准	美国／国际
ASHRAE 90.2	低层住宅能效标准	美国
IECC (International Energy Conservation Code)	围护结构保温、门窗、气密性	美国
Passive House Standard (PHI)	超低能耗设计标准	国际
BS EN ISO 6946	建筑构件热阻计算	欧洲／国际
BS EN ISO 13788	湿热性能——层间冷凝（Glaser）	欧洲
BS EN ISO 10211	热桥——热流和表面温度计算	欧洲
BS EN ISO 13370	通过地面的热传递	欧洲
BS EN 14351-1	门窗——产品标准与性能	欧洲
BS EN 13830	幕墙产品标准	欧洲
CWCT Standard	幕墙标准（英国行业标准）	英国
AAMA/NAFS	北美门窗标准	美国／加拿大
NFPA 285	外墙构造中的火势蔓延	美国
BS 8414	外部覆层系统的防火性能	英国
BR 135	外部保温的防火性能	英国（BRE 指南）
ETAG 034 / EAD	ETICS（外保温）欧洲评估文件	欧洲
EN 1991-1-4	结构上的风作用（幕墙设计风荷载）	欧洲
ASTM E283	幕墙和窗户的空气渗漏	美国
ASTM E331	静压下的水渗透	美国

围护结构性能经验法则

参数	经验法则	备注
保温层厚度（矿棉）	每降低 0.01 W/m²K，需增加 25 mm	近似值；超过 200 mm 后收益递减
氩气 IGU 空腔宽度	16 mm 为最佳值	超过 20 mm 后，对流会降低效果
氪气 IGU 空腔宽度	12 mm 为最佳值	气体成本更高，单元更薄
窗墙比对能耗的影响	WWR 每增加 10%，幕墙热损失约增加 5–8%	取决于气候
热桥附加系数	常规构造的计算 U 值增加 10–30%	Passive House 可降至 <5%
围护结构隐含碳目标	<60–80 kgCO2e/m² 幕墙	LETI 基准
幕墙成本占建筑成本比例	商业建筑为 15–25%；住宅为 8–15%	幕墙通常处于较高范围
幕墙重量	30–60 kg/m²（幕墙）；150–350 kg/m²（砌体／预制）	结构设计输入值
维护周期（涂漆木材）	5–8 年	外部暴露构件
维护周期（铝材 PPC）	25 年以上	符合 BS EN 12206 的粉末涂层
密封胶更换周期	15–25 年	硅酮比聚氨酯耐久
平屋顶防水膜更换周期	20–30 年（单层）；15–20 年（多层）	绿化屋顶防水膜寿命更长（受保护）