淺析嚴(yán)寒寒冷地區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)與應(yīng)用

孟慶剛

【摘 要】節(jié)能設(shè)計(jì)始于理解標(biāo)準(zhǔn)、終于符合標(biāo)準(zhǔn)。只有對(duì)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)識(shí)充分，理解透徹，才能掌握、運(yùn)用和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。建筑設(shè)計(jì)包含節(jié)能設(shè)計(jì)，是專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)的系統(tǒng)工作，在建筑方案設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)統(tǒng)一考慮節(jié)能設(shè)計(jì)問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】嚴(yán)寒寒冷地區(qū)；建筑節(jié)能設(shè)計(jì)；應(yīng)用

一、外墻節(jié)能保溫

外墻節(jié)能的關(guān)鍵問(wèn)題，在于提高建筑物的外圍護(hù)墻體的保溫隔熱性能，從而大幅度降低建筑物采暖能耗，對(duì)我國(guó)建筑節(jié)能乃至國(guó)家能源戰(zhàn)略性可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。目前，我國(guó)外墻保溫技術(shù)和保溫材料均有顯著發(fā)展，外墻保溫形式主要包括外保溫、內(nèi)保溫及自保溫。外墻外保溫是在墻體外側(cè)設(shè)傳熱系數(shù)很小的保溫層，通常采用保溫性能良好的保溫絕熱材料，如聚苯板、聚氨酯、巖棉等。外墻外保溫體系有效減少了冷熱橋，不影響建筑室內(nèi)使用空間，保溫效果較好，在北方嚴(yán)寒地區(qū)普遍應(yīng)用。但是，外墻外保溫的施工工藝復(fù)雜，施工質(zhì)量難以保證，保溫層極易開(kāi)裂或脫落，并且耐久性及防火性能較差。外墻內(nèi)保溫是在墻體內(nèi)側(cè)設(shè)保溫層，該種保溫體系安全性及保溫效果比外保溫好，造價(jià)低，施工質(zhì)量容易控制，應(yīng)用面更廣。但是，由于外墻內(nèi)保溫體系存在冷熱橋問(wèn)題及二次裝修問(wèn)題，而且會(huì)占用更多的室內(nèi)空間，故在我國(guó)應(yīng)用并不普遍。外墻自保溫是無(wú)需在墻體內(nèi)外側(cè)設(shè)保溫層，采用節(jié)能型墻體材料及配套專(zhuān)用砂漿，通過(guò)一定的建筑構(gòu)造即可達(dá)到規(guī)定的建筑節(jié)能要求。外墻自保溫體系解決了外保溫體系的安全性問(wèn)題，更可以解決耐久性及防火問(wèn)題，而且具有施工方便、便于維修改造和保持與建筑物同壽命等特點(diǎn)。工程實(shí)踐表明，自保溫體系很適合節(jié)能市場(chǎng)需求，對(duì)提高建筑節(jié)能工程質(zhì)量具有重要現(xiàn)實(shí)意義。我國(guó)應(yīng)用較多自保溫墻體材料主要有加氣混凝土砌塊、輕集料混凝土小型空心砌塊、多孔磚及復(fù)合墻板等，其中蒸壓加氣混凝土砌塊自保溫墻體應(yīng)用最為廣泛。

二、計(jì)算采暖期室外平均溫度和冬季采暖室內(nèi)計(jì)算溫度

新、舊標(biāo)準(zhǔn)不同，新標(biāo)準(zhǔn)各項(xiàng)要求略有提高。例如，計(jì)算采暖期室外平均溫度：佳木斯，舊標(biāo)準(zhǔn) -5.7℃，新標(biāo)準(zhǔn) -4.5℃。再如，室內(nèi)溫度參數(shù)在新標(biāo)準(zhǔn)中稱(chēng)作“冬季采暖室內(nèi)計(jì)算溫度”，取 18℃，舊標(biāo)準(zhǔn)為“全部房間平均室內(nèi)計(jì)算溫度”，一般住宅取 16℃。溫差值略有提高。舉例來(lái)說(shuō)，北京，舊標(biāo)準(zhǔn)：ti-te=16+5.7℃=21.7℃；新標(biāo)準(zhǔn)：tn-te=18-4.5=13.5℃。溫差值提高，傳熱量耗熱量和空氣滲透耗熱量都相應(yīng)增加，因此，應(yīng)注意這些數(shù)值和名稱(chēng)的變化。

三、窗墻面積比

窗墻面積比的定義在新、舊標(biāo)準(zhǔn)中是一樣的，但內(nèi)涵、要求不一樣。具體體現(xiàn)在：首先，舊標(biāo)準(zhǔn)要求是某朝向整個(gè)立面平均的；新標(biāo)準(zhǔn)要求是某朝向中，以建筑層高與開(kāi)間定位線圍成的面積為計(jì)算單元，所有單元中最不利的。其次，新標(biāo)準(zhǔn)權(quán)衡判斷時(shí)采用“雙控”指標(biāo)：建筑物耗熱量指標(biāo)和窗墻面積比必須同時(shí)達(dá)標(biāo)，即在權(quán)衡判斷時(shí)，各朝向的窗墻面積比最大也只能比窗墻面積比限值大 0.1。相比之下，新標(biāo)準(zhǔn)要求更高，既要滿(mǎn)足建筑物整體節(jié)能效果又要兼顧建筑室內(nèi)舒適度要求和均好性。最后，不同朝向的窗墻面積比限值不一樣，南向最大、東西向次之、北向最小。建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)，就要注意這個(gè)問(wèn)題，盡量爭(zhēng)取南向。

四、建筑體形系數(shù)、建筑物耗熱量指標(biāo)、圍護(hù)結(jié)

構(gòu)熱工性能參數(shù)限值舊標(biāo)準(zhǔn)中，建筑體形系數(shù)限值和建筑物耗熱量指標(biāo)是一個(gè)固定值。圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能參數(shù)限值是按照體形系數(shù)是否>0.3 設(shè)定2個(gè)值。新標(biāo)準(zhǔn)中，建筑體形系數(shù)限值、建筑物耗熱量指標(biāo)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能參數(shù)限值，是將整個(gè)建筑劃分為幾個(gè)層數(shù)段，各層數(shù)段對(duì)應(yīng)不同的限值。對(duì)建筑體形系數(shù)和建筑物耗熱量指標(biāo)而言，層數(shù)越高，限值越小。而圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能參數(shù)限值，隨著層數(shù)的增加，數(shù)值也相應(yīng)增加。

在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：首先，與其他指標(biāo)相比，體形系數(shù)有其特殊性，一經(jīng)確定很難修改。如果在施工圖設(shè)計(jì)階段進(jìn)行節(jié)能計(jì)算，發(fā)現(xiàn)體形系數(shù)太大，想縮小，就非常困難。所以，在建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)就要特別注意控制體形系數(shù)。其次，減小平、立面的凹凸，減小建筑外表面積，是降低能耗的重要方法。最后，從表面數(shù)值上看，低層建筑的體形系數(shù)限值比高層建筑的體形系數(shù)限值大很多。如寒冷地區(qū)，小于等于3層的建筑，體形系數(shù)限值0.52；>14層的建筑，體形系數(shù)限值0.26，相差一倍。但這并不意味著低層建筑可以任意增加建筑外表面積。因?yàn)榫偷蛯雍透邔咏ㄖ?，假定采用同樣的建筑平、立面，屋面面積占建筑外表面積的比例，低層建筑遠(yuǎn)大于高層建筑。例如，當(dāng)建筑為1層時(shí)，屋面面積與其建筑面積的比值接近1∶1；當(dāng)建筑為14層時(shí)，屋面面積與其建筑面積的比值接近1∶14?？梢?jiàn)，與高層建筑相比，低層建筑的體形系數(shù)更難控制。所以，在進(jìn)行建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)，就要盡量使平面集中、緊湊、規(guī)整，以有效控制體形系數(shù)。

五、寒冷（B）區(qū)外窗綜合遮陽(yáng)系數(shù)限值

舊標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有遮陽(yáng)系數(shù)限值要求。在新標(biāo)準(zhǔn)中，寒冷（B）區(qū)東、西向的外窗，當(dāng)0.3<窗墻面積比≤0.4時(shí)，外窗綜合遮陽(yáng)系數(shù)限值為0.45；當(dāng)0.4<窗墻面積比≤0.5時(shí)，外窗綜合遮陽(yáng)系數(shù)限值為0.35。這個(gè)要求是很高的，一般外窗自身的遮陽(yáng)系數(shù)達(dá)不到這個(gè)要求。在夏季，寒冷（B）區(qū)太陽(yáng)東、西曬比較嚴(yán)重，對(duì)夏季建筑能耗和室內(nèi)舒適度有很大影響。

在進(jìn)行建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：首先，盡量不采用東、西朝向。其次，控制東、西向的窗墻面積比。最后，如果東、西向窗墻面積比>0.3，采用可調(diào)節(jié)的外遮陽(yáng)，根據(jù)不同季節(jié)，允許或阻止太陽(yáng)光進(jìn)入室內(nèi)，達(dá)到節(jié)能和提高室內(nèi)舒適度的目的。采用可調(diào)節(jié)的外遮陽(yáng)，是綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)一般項(xiàng)。GB/T50378-2006《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》第4.5.10條：采用可調(diào)節(jié)外遮陽(yáng)，防止夏季太陽(yáng)輻射透過(guò)窗戶(hù)玻璃直接進(jìn)入室內(nèi)[4]?？梢?jiàn)，國(guó)家規(guī)范鼓勵(lì)采用可調(diào)節(jié)的外遮陽(yáng)。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意外遮陽(yáng)與建筑的一體化，以及可靠、耐久和美觀。

六、凸窗

凸窗可以改善室內(nèi)空間形態(tài)、擴(kuò)大視野、美化建筑立面造型。但由于凸窗凸出于建筑外墻之外、窗扇面積比普通窗大而且不透明的頂板、地板和側(cè)板保溫薄弱，致使建筑能耗加大，是節(jié)能的薄弱部位。設(shè)計(jì)時(shí)，盡量不要采用凸窗，如果一定要采用，應(yīng)做好以下幾點(diǎn)：

首先，凸窗不透明的頂板、底板和側(cè)板不參與能耗計(jì)算，所以，其不透明的頂部、底部、側(cè)面的傳熱系數(shù)應(yīng)小于或等于外墻的傳熱系數(shù)。凸窗凸出外墻面的長(zhǎng)度、傳熱系數(shù)、氣密性等，應(yīng)按照新標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)要求設(shè)計(jì)。其次，做好凸窗與建筑連接部位縫隙的密封，防止?jié)B水。再次，保證凸窗不透明的頂板、底板和側(cè)板不結(jié)露。進(jìn)行最小傳熱阻或露點(diǎn)溫度的驗(yàn)算，保證其最小傳熱阻大于或等于建筑物所在地區(qū)的最小傳熱阻，其內(nèi)表面溫度不低于室內(nèi)空氣的露點(diǎn)溫度。不結(jié)露、不發(fā)霉，是民用建筑室內(nèi)環(huán)境的基本要求。最后，建議凸窗頂板上不安裝空調(diào)室外機(jī)，原因有三點(diǎn)，其一，凸窗頂板有保溫層，安裝固定不穩(wěn)而且會(huì)損壞保溫層；其二，不便于空調(diào)機(jī)的安裝、檢修維護(hù)；其三，振動(dòng)和噪聲對(duì)室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量影響較大。

七、地板輻射供熱制冷

低溫地板輻射采暖系統(tǒng)是一種將加熱埋管置于混凝土埋管層中，讓低溫?zé)崴诠軆?nèi)循環(huán)流動(dòng)加熱整個(gè)地面，然后通過(guò)輻射和部分對(duì)流供暖方式向室內(nèi)散熱的一種供暖形式，在室內(nèi)安裝低溫地板輻射采暖系統(tǒng)，采用“分戶(hù)計(jì)量，分室調(diào)溫”的方式，具有節(jié)能、環(huán)保、舒適、方便、使用壽命長(zhǎng)、高效節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益可觀等一系列優(yōu)點(diǎn)，而且地板輻射供冷系統(tǒng)沒(méi)有風(fēng)機(jī)，大大降低了耗電量，有效改善室內(nèi)環(huán)境.通常地板輻射供冷系統(tǒng)比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能30%-40%。

結(jié)語(yǔ)

本文主要分析了嚴(yán)寒寒冷地區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)與應(yīng)用，在減少能源消耗的同時(shí)，提高室內(nèi)熱舒適程度和視覺(jué)舒適程度，改善住宅的品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]董臻曼.寒冷地區(qū)加氣混凝土外墻自保溫體系節(jié)能設(shè)計(jì)研究[D].山東建筑大學(xué)，2012（15）.

[2]李兵.低碳建筑技術(shù)體系與碳排放測(cè)算方法研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2012（17）.