针对寒冷地区建筑热工性能差问题的围护结构改进设计对策研究

引言

在寒冷地区建筑能耗结构中围护系统的热损失占比长期居高，传统构造形式在低温环境下调节能力失效。现有研究虽从热桥处理、保温性能等角度提出多种改进建议，但在构造连续性、热工响应延迟与系统级联动方面尚缺乏统一而有效的集成策略。本研究将围绕寒区建筑热环境的外部扰动机制，展开对围护结构系统性不足的机制辨析，并进一步建构多维设计参数下的应对逻辑，以回应低碳建筑与舒适性需求之间的结构性矛盾。

一、寒冷气候条件下建筑围护结构热损失机理剖析

（一）热流传递路径及围护结构热桥效应解析

建筑围护系统在寒冷气候环境中普遍存在热流密集区，其形成主要源于热传导路径不连续、绝热层布置不均以及节点构造未能形成完整热阻体系。热流在围护结构中沿多维路径迁移，受构造层次、材料热导率及厚度梯度影响，表现出复杂的非线性分布状态。热桥区域通常集中于墙体连接、门窗边框及楼板交接等部位，其热流密度显著高于周边区域，导致局部热能大量流失，并引发墙体内部凝露与湿胀问题，削弱整体热稳定性。

（二）材料热性能在极端气候中的退化机制

围护结构中主要热工材料在长期低温、高湿交替环境下，其热导率、比热容与体积稳定性呈现不同程度的动态劣化。有机类保温材料在冻结—解冻循环中易发生微裂纹累积，降低其闭孔率及绝热能力；无机材料则因吸湿饱和而发生相变迟滞与热滞后效应增强，导致热惰性降低并加剧热损耗过程。界面热阻变化与微观结构劣化过程相互作用，使设计状态下材料热参数难以长期保持稳定，热工性能实际表现与理论预估偏差逐渐扩大，构成热工退效的核心机制。

（三）建筑构造节点对热能传导的复合影响

节点构造处多材料交汇与复杂几何形态叠加造成热能传导路径的不连续性增强，产生显著的异质热场分布。结构钢筋、金属连接件等高导热构件穿越围护体系时，其引发的线性热桥效应对整体热工性能形成直接干扰，特别是在柱墙结合、板墙过渡及挑梁等构造节点，热通量显著高于平均壁体水平[1]。节点区域热阻结构的不对称性及其构造缝隙所引起的空气渗流，进一步增强热流集中现象，使节点区域成为热损失的关键通道，其结构设计若未充分协调导热、密封与负荷传递三者关系，将严重制约围护结构热能控制能力的实现。

二、围护结构构造体系的适配性优化路径探索

（一）多层复合围护构造的热惯性调节机制

在寒冷气候背景下围护结构的热响应特性对建筑内部热稳定性构成关键影响，其中多层复合构造因其在热惯性调节中的结构优势而具有显著适配性。合理配置内外保温层次与热质传导路径，有助于构建动态响应与滞后平衡并存的热缓冲系统；尤其是在昼夜温差剧烈或供暖系统间歇运行的场景下，复合层间的相互作用可延缓热流波动的传导速度，维持室内温度的持续稳定，减缓外部极端条件对室内环境的干扰。

（二）密封性、连续性与热绝缘性的系统整合逻辑

围护系统性能的本质并非源自某一单一构造属性，而是密封性、结构连续性与热绝缘效能之间的深层次协同所塑造的整体热学表现；密封构造的高效实现需以热桥断裂与构造接缝优化为前提，保障热阻路径在多维空间内的连续延展，而绝热材料与结构构件间的无缝衔接，则决定能耗控制的边界效应能否有效压缩。不同构造节点中热流扰动的最小化，不仅是材料性能的展现，更体现系统性设计逻辑的集成度与完整性[2]。

（三）高性能保温材料在不同构造形式中的协同适应性

保温材料的热阻指标虽为判断其性能的基础依据，但其在不同围护构造体系中的耦合效能，则依赖于其与承重、饰面、隔气等功能层的适配关系。高性能材料的使用不应局限于数值提升，更应关注其形态、密度、导热方向性与湿热响应在具体构造节点中的适宜性匹配。尤其在复杂的复合构造中，材料间的热容错能力与界面稳定性成为确保整体热性能发挥的关键要素，决定系统层面热能传输路径的连续性与控制边界的清晰度。

三、热工性能提升与节能目标协同的设计策略建构（一）设计阶段热工性能参数优化的决策逻辑

建筑物在寒冷气候条件下的热工性能表现，根源于设计阶段对各类热物理参数的系统决策，涵盖围护结构热阻、传热系数、热惰性响应速率等核心变量的协同设定。在方案形成初期需基于地区气象负荷特征对围护结构热响应特性进行静态与动态维度的双重预测，并构建面向全年热能需求变化的参数调控机制，实现对热流稳定性、表面温度波动幅度及热惰性响应延迟效果的精准把控。此阶段决策的核心在于将热性能指标由静态的满足性校核转化为多目标设计体系中的动态输入约束，依托对材料层次构造、节点耦合效应及热桥干扰影响的逐项评估，建立以性能为导向的参数优选流程，避免因局部热损失或滞后响应造成的整体热效率衰减。

（二）建筑热工舒适性与节能性间的动态平衡路径

在围护结构热性能设计中舒适性与节能性构成具有内在张力的双重目标系统。热环境调节效率的提升往往需要以能耗支出为代价，而能耗的压缩又易削弱空间热稳定性与用户体感一致性。设计策略应围绕热工调节行为的时间性、空间性差异，建立以区域热惯性配置、动态调温层分布与响应速度调控为核心的耦合机制，避免热量供给与热环境响应间出现结构性错配。应以最小能量投入条件下维持空间热舒适区间为前提，构建热负荷动态平衡模型，实现低耗条件下的高效调节效能。

（三）从构造集成走向系统集成的设计方法演化

单一构造层面的热工优化已难以满足复杂气候条件下的建筑能效需求，设计方法需由构造集成层次向系统集成范式过渡，将围护结构从孤立构件转化为参与建筑整体热管理的功能子系统。在此路径下保温、密封、遮阳与热调节等多要素需统一纳入协同建模框架，形成多构造要素之间的功能叠合与响应耦联。围护结构的热工性能不应止步于材料选择与构造分层，而应进一步整合机械系统的调控策略与智能控制节点的数据反馈，实现围护系统在动态负荷条件下的自适应调节能力[3]。系统集成要求在初始设计阶段即设定模块化、可更新、可维护的技术架构，以适应建筑生命周期中气候边界条件与使用行为的持续变动，确保结构在长期运行中的热效率与响应稳定性。

结论

针对寒冷地区建筑热工性能偏低的问题，围护结构的系统化优化需超越材料本体属性层面的被动增强，转向构造-热性能-系统协同的综合策略建构。多层复合构造在热惯性调节中展现出显著优势，热桥控制与构造连续性的融合决定系统传热路径的稳定性与可控性；保温材料的结构适应性亦成为构造集成的必要前提。在此基础上，构建以热性能参数为导向的系统集成框架，可实现建筑热能行为的整体性控制，提升寒冷气候区建筑的运行效率与舒适表现。

参考文献

[1] 王晓笑，刘衍，杨柳，等.太阳能富集区城镇居住建筑围护结构热工设计参数研究[J].建筑节能（中英文）， 2023， 51（2）：1-9.

[2] 葛鑫.超高层绿色公共建筑围护结构节能优化方法研究[J].建筑节能（中英文），2024， 52（5）：107-114.

[3] 李越超，刘衍，杨柳，等.低辐射地区城镇低碳居住建筑围护结构热工设计参数研究[J].建筑科学， 2024， 40（12）：18-28.