大而重，還是輕而高效能?

寬泛地說(shuō)，建筑保溫層指的是用于建筑保溫的、為實(shí)現(xiàn)任何目的任何物體，而建筑中絕大部分的保溫層都是為了實(shí)現(xiàn)隔熱功能。通常保溫材料會(huì)根據(jù)其是否同時(shí)具備這些功能中的幾項(xiàng)來(lái)選用。

建筑中的隔熱保溫層是為使用者營(yíng)造舒適的溫度的重要元素。保溫層能夠減少多余的熱損耗或熱增量，并且能夠降低供暖和制冷系統(tǒng)的能源需求。保溫層并不一定涉及通風(fēng)充分與否的問(wèn)題，可能影響隔音效果，也可能不影響。從狹義上說(shuō)，保溫層可以僅指用來(lái)緩和熱損耗的保溫材料，比如：纖維、玻璃絨、巖棉、聚苯乙烯、聚氨酯泡沫、蛭石、珍珠巖、木纖維、植物纖維（大麻、亞麻、棉花、軟木等）、回收棉質(zhì)牛仔布、植物秸稈、動(dòng)物纖維（羊毛）、水泥、土壤和反射保溫層（又稱“輻射隔離層”）等；但也可以包括針對(duì)主要的熱傳遞模式（傳導(dǎo)、輻射和對(duì)流）而采取的一系列設(shè)計(jì)和技術(shù)。上述清單中的很多材料都是通地一種簡(jiǎn)單的原理來(lái)處理熱傳導(dǎo)和對(duì)流——將大量的空氣（或其他氣體）密封，形成小氣囊，作為一種熱傳導(dǎo)率較低的材料，而一般的固體，熱傳導(dǎo)率要高得多。類似的空氣密封隔熱原理也存在于動(dòng)物毛發(fā)、絨毛以及含氣絕緣織物中。

反射保溫層（“輻射隔離層”）的有效性一般通過(guò)面向熱源的空氣間層的表面反射率（發(fā)射率）來(lái)衡量。

一棟房屋應(yīng)該達(dá)到什么樣的保溫效果，這取決于該房屋的建筑設(shè)計(jì)、當(dāng)?shù)貧夂?、能源成本、預(yù)算以及使用者的個(gè)人喜好等。不同的地域性氣候會(huì)有不一樣的要求。建筑法規(guī)只是規(guī)定最基本的要求，而隔熱保溫一般建議要超出規(guī)定所要求的程度。

建筑的隔熱保溫設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮到建筑的能量傳遞模式以及能量轉(zhuǎn)移的方向和強(qiáng)度。一天之內(nèi)的不同時(shí)段以及不同的季節(jié)，上述情況可能存在不同，應(yīng)該根據(jù)具體的情況來(lái)選擇適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)、正確的材料搭配和建筑技術(shù)。

要想決定到底用不用加保溫層，你首先要知道你家的住宅已經(jīng)有了什么程度的保溫處理、存在于何處。一名合格的能源審計(jì)員會(huì)將隔熱保溫檢查作為他整體住宅能源審計(jì)中按部就班進(jìn)行的一部分工作。

天氣

寒冷的時(shí)候

在氣候寒冷的地方，主要目的就是減少流出建筑外的熱量。建筑外層的構(gòu)件，包括門(mén)窗、屋頂、墻壁和空氣滲透屏障等，都是重要的熱損耗源頭。而如果一棟住宅的保溫做得好，窗戶就變成熱傳遞的重要通道。減少熱損耗的方式可以有：安裝根據(jù)氣候能調(diào)節(jié)室溫的設(shè)備、采用大面積隔熱板材以及減少非隔熱玻璃（尤其是不朝向陽(yáng)光的玻璃）的面積。如果用輻射系數(shù)很低的光譜選擇透過(guò)性玻璃，室內(nèi)熱輻射也可能是一項(xiàng)不利因素。有些隔熱玻璃會(huì)讓Ｒ值（絕緣材料阻擋熱流的阻力計(jì)算單位）繁榮昌盛高到二至三倍。

炎熱的氣候

在氣候炎熱的地方，熱能的主要來(lái)源是太陽(yáng)輻射。陽(yáng)光能夠通過(guò)窗戶直接進(jìn)入室內(nèi)，或者對(duì)建筑外層進(jìn)行加熱，使其溫度高于周圍環(huán)境，進(jìn)而通過(guò)建筑外層增加熱傳遞。標(biāo)準(zhǔn)單層玻璃的太陽(yáng)能熱增益系數(shù)（ＳＨＧＧ，衡量太陽(yáng)熱能透過(guò)率的系數(shù)）大約是78%－85%左右。減少太陽(yáng)能熱增量的方法可以有：安裝充足的遮陽(yáng)裝置、采用淺色屋頂、采用光譜選擇性（熱反射）油漆和涂料以及在建筑外層的其余地方應(yīng)用各種其他隔熱措施。特殊鍍膜玻璃能讓太陽(yáng)能熱增益系數(shù)降低約10%。在氣候炎熱的地方，輻射隔離層能夠?qū)崿F(xiàn)頂層空間的高效隔熱。相較于氣候寒冷的地方來(lái)說(shuō)，這種隔離在氣候炎熱的地方要有效得多。對(duì)于向下的熱流動(dòng)來(lái)說(shuō)，對(duì)流現(xiàn)象較弱，整個(gè)空氣間層中是由輻射來(lái)主導(dǎo)熱傳遞。輻射隔離層要想有效，必須面向足夠的空氣間隙。

如果在氣候炎熱、潮濕的地方采用冷卻式空調(diào)，那么必須要保證建筑外層是密封的。潮濕空氣在滲透中濕度會(huì)降低，這會(huì)造成大量的能源浪費(fèi)。另一方面，有些建筑設(shè)計(jì)以有效的空氣對(duì)流為基礎(chǔ)，代替冷卻式空調(diào)，利用盛行風(fēng)來(lái)這現(xiàn)空氣對(duì)流降溫。

20世紀(jì)60年代，建筑史學(xué)家雷納 · 班納姆曾表示，人類文化一直在通過(guò)應(yīng)對(duì)周圍的環(huán)境。建筑是他們針對(duì)居住地方的不同氣候采取的應(yīng)對(duì)措施，人類用建筑來(lái)擴(kuò)張宜居之地。

歷史上，所有的建筑都包含被動(dòng)式設(shè)計(jì)和隔熱保溫措施。古代建筑史學(xué)家維特魯威曾經(jīng)描述過(guò)羅馬人是如何理解太陽(yáng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，并朝向西南修建他們的大型浴池，以此盡量利用日照和熱吸收。如今，我們主要有三種隔熱保溫類型，這里我們將其分別稱為“舊式”、“新式”和“被動(dòng)式”。礦物棉、玻璃纖維、硬質(zhì)聚苯乙烯和單層玻璃在這里就稱為“舊式”。第二個(gè)類型“新式”則包括大豆噴涂泡沫、納米凝膠、真空絕熱板和中空玻璃（ＩＧＵ）等。“被動(dòng)式”是本文討論的重點(diǎn)，指的是建筑利用非技術(shù)、非工業(yè)的方法來(lái)緩和對(duì)環(huán)境的影響、提高人的舒適度，包括太陽(yáng)能吸熱壁（特隆布?jí)Γ?、利用建筑體塊和土壤等方法。

我們的論點(diǎn)是：現(xiàn)代技術(shù)讓我們完全擺脫了承重結(jié)構(gòu)的束縛，轉(zhuǎn)而投向輕型、能源密集型建筑，這樣的建筑就好比生一把大火。

通過(guò)擺脫承重結(jié)構(gòu)，現(xiàn)代技術(shù)讓能源密集型建筑發(fā)展壯大起來(lái)，用各種大型機(jī)械設(shè)備和系統(tǒng)生起一把大火；比如說(shuō)，“國(guó)際風(fēng)格”，就是每棟建筑都用相同的“玻璃＋鋼”結(jié)構(gòu)幕墻，而不顧所在地的氣候、位置和環(huán)境。當(dāng)前的趨勢(shì)是制造具有超強(qiáng)隔熱效果的建筑外層表皮，盡量少用或不用主動(dòng)式能源消耗，這意味著讓建筑生產(chǎn)能源。在這樣的大前提下，我們來(lái)討論上述三種類型的隔熱保溫?！芭f式”和“新式”都是技術(shù)類，而“被動(dòng)式”則無(wú)關(guān)技術(shù)，而是設(shè)計(jì)本身所固有的。下面就說(shuō)細(xì)探討這三種類型。

舊式

礦物棉是一種人工材料，從19世紀(jì)以來(lái)就一直用于建筑的隔熱保溫。礦物棉的使用早于“粉色填充料”，是19世紀(jì)發(fā)明的，組成成分有玻璃、毛料和陶瓷纖維。這種材料在二次世界大戰(zhàn)期間在美國(guó)廣泛使用，因?yàn)楫?dāng)時(shí)大量興建木質(zhì)結(jié)構(gòu)建筑，而這種結(jié)構(gòu)的蓄熱能力較差。

礦物棉的換代產(chǎn)品就是玻璃纖維棉，這種材料已經(jīng)成為輕型建筑中最流行的隔熱保溫類型之一。玻璃纖維隔熱是隨著美國(guó)木質(zhì)結(jié)構(gòu)建筑的立柱墻而發(fā)展起來(lái)的，20世紀(jì)30年代由歐文斯康寧生產(chǎn)這就是所謂的“粉色填充料”，柔軟，方便安裝，一卷一卷地排列。其設(shè)計(jì)主要是為填補(bǔ)立柱中木質(zhì)框架之間的空隙。

上述的兩種隔熱類型都涉及環(huán)境問(wèn)題。這些材料對(duì)皮膚和肺部來(lái)說(shuō)都是刺激物，盡管玻璃纖維今天仍然在廣泛使用，因?yàn)閮r(jià)格低廉且大批量生產(chǎn)。

硬質(zhì)聚苯乙烯，也叫“泡沫聚苯乙烯”，是一種密集的膨脹發(fā)泡材料。這種材料比玻璃纖維棉要貴，其優(yōu)勢(shì)在于利于結(jié)構(gòu)性承重。正因如此，硬質(zhì)聚苯乙烯在建筑外表皮上擁有廣泛的應(yīng)用，尤其適用于地下樓板、擋土墻和屋頂?shù)母魺?。硬質(zhì)聚苯乙烯的Ｒ值能達(dá)到Ｒ5每英寸。

單層玻璃的歷史可以追溯到一千多年前。發(fā)展到現(xiàn)在，單層玻璃的熱阻已經(jīng)很小。浮法玻璃——玻璃液澆在熔化的錫上——是19世紀(jì)發(fā)展起來(lái)的，而引進(jìn)的大型單層玻璃在20世紀(jì)初成為商業(yè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的備選材料。這種材料的熱阻力很小，同時(shí)能讓大量陽(yáng)光射入。

單層玻璃由于規(guī)格和透明度能達(dá)到驚人的程度，所以20世紀(jì)20年代隨著現(xiàn)代主義的崛起，在“國(guó)際風(fēng)格”的建筑中得到廣泛應(yīng)用。它是勒 · 柯布西耶1914年開(kāi)發(fā)的Ｄom-ino系統(tǒng)的邏輯表達(dá)——在結(jié)構(gòu)框架的基礎(chǔ)上應(yīng)用大面積的透明玻璃作為空間劃分的手段。這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)不再是空間劃分的特色了；現(xiàn)在，透明薄膜已經(jīng)成為劃分空間的手段。

新式

新式技術(shù)手段包括高效能的各種隔熱材料。對(duì)于這些高效能的隔熱材料來(lái)說(shuō)，更重要的是除了隔熱之處，它們還有其他的功能，比如結(jié)構(gòu)功能、美學(xué)功能、防潮功能、防水功能等。這就是一體式建筑系統(tǒng)背后的理念，即：一種構(gòu)件擁有多項(xiàng)功能。

接下來(lái)列舉的材料能夠詳述目前在使用中的以及在隔熱保溫技術(shù)領(lǐng)域前沿正在開(kāi)發(fā)的新技術(shù)手段的不同類型。

大豆噴涂泡沫是一種膨脹發(fā)泡噴涂隔熱材料。與對(duì)環(huán)境產(chǎn)生消極影響的傳統(tǒng)噴涂泡沫不同（用美國(guó)建筑師威廉 · 麥唐納的話來(lái)說(shuō)，就是“從搖籃到墳?zāi)埂保?，大豆噴涂泡沫由天然原材料制成，可再生，可回收利用，不排放氣體，無(wú)毒，而且最重要的是，Ｒ值能達(dá)到Ｒ6每英寸。它能在建筑外層內(nèi)的空間形成空氣密封，省時(shí)又省錢(qián)，讓建筑外層的隔熱效能更高。

納米凝膠是為宇宙飛船研發(fā)的一種氣凝膠隔熱材料。能達(dá)到驚人的Ｒ值，幾厘米的厚度就能讓溫度從數(shù)千攝氏度降到20攝氏度。這是因?yàn)闅饽z中大約90%－95%的空間是中空的。納米凝膠的另一大特色是其光學(xué)透明性，既能隔熱，又不阻擋自然光線，因此解決了隔熱保溫領(lǐng)域的一大棘手難題。

中空玻璃（ＩＧＵ）：斷橋結(jié)構(gòu)是任何中空玻璃的關(guān)鍵，從玻璃的中心部位以及四周框架提高其抗熱性能。歷史上，很多現(xiàn)代風(fēng)格的“玻璃＋鋼”建筑沒(méi)有斷熱結(jié)構(gòu)，其建筑處層的隔熱性能就不高。如今，由于特殊塑料的改進(jìn)，結(jié)構(gòu)框架和中空玻璃框架能夠?qū)崿F(xiàn)斷熱，達(dá)到超高的抗熱性能。將一個(gè)結(jié)構(gòu)“斷熱”意味著它不會(huì)像鋼或者鋁那樣導(dǎo)熱，進(jìn)而限制窗框的熱傳遞。

被動(dòng)式

被動(dòng)式設(shè)計(jì)主要有三大目標(biāo)：通風(fēng)、采光和蓄熱（或熱物理性能）。利用土壤、雪、特隆布?jí)Γ础八浔凇保┖徒ㄖw塊是最常見(jiàn)的被動(dòng)式設(shè)計(jì)類型。這里我們要討論一種傳統(tǒng)方式——混凝土墻搭配外部堅(jiān)固的隔熱層和土壤。

舉例來(lái)說(shuō)，比如一棟沉入地下一半的房屋，采用混凝土墻，表面覆以聚苯乙烯絕緣層和土壤，以此實(shí)現(xiàn)隔熱?；炷恋淖饔檬亲鳛楸粍?dòng)式蓄熱體，能夠儲(chǔ)存太陽(yáng)能，而外面包裹的土壤能夠讓外墻免受外部氣候的侵襲。這種隔熱系統(tǒng)的特點(diǎn)在于：隔熱層是看不到的，土壤很好地融入環(huán)境，而內(nèi)部承重的混凝土墻完全暴露于陽(yáng)光下，冬季能夠吸收陽(yáng)光熱量，夏季又能為建筑降溫。

結(jié)語(yǔ)

被動(dòng)式設(shè)計(jì)和隔熱保溫的關(guān)鍵在于建筑內(nèi)部與外部之間設(shè)置高效的隔熱屏障，同時(shí)又要能夠?qū)ψ匀煌L(fēng)和采光實(shí)現(xiàn)靈活的控制。成功的高效能建筑外層設(shè)計(jì)要讓空氣在需要的地方進(jìn)入建筑內(nèi)部，也就是通過(guò)開(kāi)窗，而不只是通過(guò)薄膜或墻壁。

任何環(huán)境設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是如何在炎熱、潮濕的氣候環(huán)境中實(shí)現(xiàn)免費(fèi)的降溫。在中國(guó)，這一點(diǎn)尤為重要，因?yàn)橹袊?guó)大部分人口居住在沿海的南方，常年需要主動(dòng)式降溫。主動(dòng)式降溫意味著需要大型空調(diào)和大量的能源消費(fèi)；而被動(dòng)式設(shè)計(jì)意味著通過(guò)本文描述的技術(shù)和方法，讓主動(dòng)式降溫的需求最小化，讓自然通風(fēng)最大化。在溫帶氣候區(qū)或者炎熱、干燥氣候區(qū)，夜晚可以讓涼爽的空氣從建筑內(nèi)流通，被動(dòng)式降溫更容易實(shí)現(xiàn)。