嚴寒地區(qū)居住類建筑節(jié)能75%的關鍵技術(shù)研究

嚴寒地區(qū)居住類建筑節(jié)能75%的關鍵技術(shù)研究

主要研究建筑節(jié)能。

王麗穎，王智宇

(長春工程學院建筑與設計學院，長春 130021)

摘要：針對嚴寒地區(qū)居住類建筑節(jié)能的現(xiàn)狀，分析了我國當下建筑節(jié)能存在的問題，從建筑耗熱量指標、建筑體型系數(shù)、建筑圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)造優(yōu)化等方面提出了嚴寒地區(qū)居住類建筑節(jié)能率達到75%的關鍵技術(shù)。

關鍵詞：建筑節(jié)能；圍護結(jié)構(gòu)；關鍵技術(shù)

從建筑分類的角度講，居住建筑包括：住宅、住宅式公寓、別墅、商住樓的住宅部分、集體宿舍、托幼、小型旅館、醫(yī)院病房樓、療養(yǎng)院病房樓等建筑，一般將這些建筑統(tǒng)稱為居住類建筑。這些建筑不但在使用性質(zhì)上相同，在建筑節(jié)能構(gòu)造設計上也十分相近。居住類建筑業(yè)是影響節(jié)能減排、應對氣候變化最重要的領域之一，是消耗資源和能源，并形成剛性排放的領域。近年來，建筑業(yè)在推動資源節(jié)約、清潔生產(chǎn)技術(shù)方面取得了一些進展，但是傳統(tǒng)的高消耗、高排放、低效率的粗放型增長方式仍未根本轉(zhuǎn)變，資源利用率低，環(huán)境污染嚴重，同時法規(guī)、政策不完善，體制、機制不健全，相關新技術(shù)開發(fā)應用滯后等問題仍存在。建筑節(jié)能不僅是經(jīng)濟問題，而且是重要的戰(zhàn)略問題。

1建筑節(jié)能現(xiàn)狀和問題分析

1.1建筑節(jié)能的發(fā)展階段

2008年，重慶大學聯(lián)合深圳市建筑科學研究院，成功頒布了我國第一個滿足居住建筑節(jié)能率75%的設計標準。該設計標準的發(fā)布意味著中國居住建筑節(jié)能75%的目標開始起步。2011年，北京頒布居住建筑節(jié)能75%的新標準，其中嚴格控制了門窗等圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)限值。這標志著繼南方進入建筑節(jié)能率75%的研究之后，北方也迎來了居住建筑節(jié)能75%的研究階段。表1為中國住宅節(jié)能研究經(jīng)歷的歷史階段。

表1　中國住宅節(jié)能經(jīng)歷歷史階段

1.2居住建筑節(jié)能存在的問題

1)建筑節(jié)能設計缺陷。我國的設計標準與發(fā)達國家相比差距仍然較大，德國2012年就開始執(zhí)行居住建筑被動式低能耗節(jié)能標準，而我國執(zhí)行的是節(jié)能65%的標準，圍護結(jié)構(gòu)指標上相差甚遠。

2)缺少配套完善的建筑節(jié)能法律法規(guī)。我國雖然已出臺了《中華人民共和國節(jié)約能源法》等法律，但建筑節(jié)能政策法規(guī)執(zhí)行的并不嚴密，國家對建筑節(jié)能創(chuàng)新技術(shù)支持力度不夠，普遍存在起點低、技術(shù)水平不高、創(chuàng)新能力弱的問題。

3)可再生能源在建筑中的應用進度緩慢。多年來，我國開展了相當規(guī)模的建筑節(jié)能工作，主要采取先易后難、先城市后農(nóng)村、先新建后改建、先住宅后公建、從北向南逐步推進的策略。但是到目前為止，建筑節(jié)能率75%仍然停留在試點、示范的層面上，尚未大面積鋪開。

4)熱橋問題還沒有得到徹底的解決。部分建筑仍有非常嚴重的結(jié)露長毛現(xiàn)象，部分建筑窗榜(洞口)周邊熱量滲透的情況仍然存在，玻璃內(nèi)表面與室內(nèi)存在著溫差過大等情況。

5)施工質(zhì)量不過關。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，有些技術(shù)問題在設計中有所考慮，但是施工過程中卻未按圖施工或沒有達到設計的要求，這也是導致室內(nèi)溫度達不到舒適溫度的主要原因之一。這個問題同時也反映了施工過程偷工減料，驗收階段執(zhí)行力不夠等問題。

2建筑節(jié)能75%的關鍵技術(shù)研究

2.1建筑朝向及體型系數(shù)控制

居住建筑總平面設計，涉及到建筑的朝向、建筑密度、建筑間距等方面的問題。嚴寒地區(qū)居住單元朝向，最好避開冬季最大主導風向，盡量控制在偏東南15°，偏西南10°范圍內(nèi)。為了實現(xiàn)節(jié)能75%的目標，應將體形系數(shù)控制在0.28以下(9～13層)，居住建筑體型系數(shù)的數(shù)值每增加0.01，能耗將提高2.5%。應盡量減少居住建筑凹凸變化，增加層數(shù)、縮小開間、加大每戶進深，具體數(shù)值見表2。

表2　各節(jié)能階段建筑體形系數(shù)限值匯總表

2.2建筑物耗熱量指標的控制

建筑物耗熱量指標限值研究：建筑節(jié)能設計標準中，建筑物耗熱量指標是最重要的熱工指標。其他指標均依據(jù)其確定。根據(jù)國家有關標準，第1階段、第2階段、第3階段建筑物耗熱量指標，均按總節(jié)能率30%計算，其中建筑物按承擔20%，供熱系統(tǒng)承擔10%的分配比例計算建筑物耗熱量指標。第4階段(即節(jié)能75%)設計標準，亦應按總節(jié)能率30%，其中建筑物承擔20%，供熱系統(tǒng)承擔10%的分配比例計算建筑物耗熱量指標。

2.3圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)造優(yōu)化

圍護結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設計是實現(xiàn)節(jié)能率75%的關鍵環(huán)節(jié)，建筑物的外圍護結(jié)構(gòu)與外界直接接觸，是室內(nèi)熱量向外界散發(fā)的主要途徑，圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)造優(yōu)化設計主要是提高建筑物外圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能和氣密性。本次研究從地面、墻體、屋頂、外窗、減少熱橋5個部分進行分析。各節(jié)能階段建筑物的耗熱量見表3。

表3　各節(jié)能階段建筑物耗熱量指標匯總表

2.3.1地面

嚴寒地區(qū)居住建筑地面是建筑耗能的一個組成部分，由于毛細管現(xiàn)象，地面非常容易“受潮”，因此，應在素混凝土墊層下方增設防潮層一道，阻隔地下潮氣的上升，并在混凝土墊層上增設保溫層一道，保溫材料可選用擠塑板、發(fā)泡水泥板、聚苯板等保溫材料。達到較少熱量的傳遞，能夠提高地面的保溫性能。

2.3.2墻體

墻體在建筑耗熱量中占1/4左右，墻體也是建筑與外界接觸最多的部分，其節(jié)能設計至關重要。從多年的實踐經(jīng)驗來看，外墻外保溫是推廣最廣的一種保溫形式。按照現(xiàn)有國家標準，節(jié)能65%建筑外墻一般采用10 cm厚的EPS保溫板。施工過程形成的直縫造成的熱量損耗也占相當大的比重，為了解決這一問題，采用EPS膜塊做外墻的保溫材料，該保溫材料導熱系數(shù)≤0.033 W/(m2·K)，密度大于30 kg/m3，吸水率≤6%，保溫膜塊表面平整，板面帶燕尾槽，施工時各種模塊組合采用企口對接，轉(zhuǎn)角處材料沒有接縫，不但減少了熱量的損失，且整體性非常好，可消除拼接縫隙熱橋，粘接牢固，技術(shù)性能指標優(yōu)于傳統(tǒng)EPS，具有優(yōu)良的強度、熱工性能。

2.3.3屋頂

屋頂?shù)暮臒崃吭诳偤臒崃恐姓?.6%，改進屋面層的保溫性能，阻止熱量在屋面層的傳遞。首先，屋面保溫材料應該選用密度較大、導熱性能很低的保溫絕緣材料；其次，屋面保溫材料還應選擇吸水率較低的材料，以防止屋面潮濕降低保溫效果。節(jié)能65%中的屋頂傳熱為系數(shù)為0.35 W/(m2·K)，若要進一步提高節(jié)能達到75%，則屋應頂傳熱系數(shù)應控制在0.30 W/(m2·K)以下。

2.3.4外窗與窗臺板

節(jié)能率65%的建筑要求外窗傳熱系數(shù)≤2.0 W/(m2·K)，就目前的技術(shù)來看，進一步降低傳熱系數(shù)并不困難，秦皇島“在水一方”住宅小區(qū)是被動式低能耗試點工程，采用的門窗傳熱系數(shù)k值僅為0.8 W/(m2·K)[1]。如果將該傳熱系數(shù)的窗利用到節(jié)能率75%的建筑中，能滿足要求，但有些浪費。根據(jù)建筑的體型系數(shù)大小應將外窗傳熱系數(shù)控制在1.4～1.7 W/(m2·K)之間。

窗臺與窗框之間很容易產(chǎn)生滲漏問題，當雨水滲透到保溫層內(nèi)時，會導致保溫材料的性能降低，大大降低房屋的保溫效果。為了降低此類風險，外墻窗戶應設置窗臺板。根據(jù)嚴寒地區(qū)EPS模塊外保溫體系的構(gòu)造和窗框外置的構(gòu)造做法，預制窗臺板的設計如下：一是窗臺板的尺寸應符合窗戶模數(shù)，且窗臺伸出墻面的長度以30～50 mm為宜；二是窗臺板設置3%～5%的排水坡度，并在排水的下端有鷹嘴設計；三是在窗臺板兩端應設計具有緩沖作用的伸縮膠條結(jié)構(gòu)，在夏季炎熱金屬膨脹時可向兩邊有一定的延伸使膠條受到擠壓，而冬天溫度較低金屬收縮時膠條可恢復形狀。上部用金屬蓋進行遮擋保護，同時可將流至邊緣的雨水集中排至窗臺板面，見圖1～3，該設計可有效防止?jié)B透問題[2]。

圖1　窗臺立面圖

圖2　窗臺板設計圖

圖3　窗臺板安裝效果圖

2.4通風技術(shù)

由于達到節(jié)能75%目標的建筑保溫性能和氣密性能較高，室內(nèi)空氣流通不暢，會使有害物聚集對人體有害。居室內(nèi)含有多種有毒有害物質(zhì)，密閉情況下其含量可能高出室外幾倍或幾十倍。通過采用微量通風技術(shù)，實現(xiàn)新風預熱、排氣熱回收及有效地通風換氣達到利于健康的目標。室內(nèi)外空氣經(jīng)熱交換，可回收排氣熱量約70%；室外新鮮空氣經(jīng)過濾和預熱后進入室內(nèi)；新風量可調(diào)節(jié)，以滿足人均新風量要求(30m3/人·h)。通過實施該技術(shù)，使氣密性良好的節(jié)能建筑更加滿足人居需求。其特點：雙向通風，將室外新鮮空氣送入室內(nèi)的同時，將室內(nèi)污濁空氣排出室外，創(chuàng)造舒適的人居環(huán)境；能量回收，利用室內(nèi)排氣的熱量對新風進行預熱，在提供新鮮溫暖空氣的同時回收能量，節(jié)約能源；過濾空氣，向室內(nèi)供給足量的新鮮而清潔的熱空氣，保證居室人員的身心健康。

3結(jié)語

開展建筑節(jié)能75%的研究與試點示范工程建設，對進一步推進嚴寒地區(qū)居住類建筑領域的節(jié)能減排、發(fā)展綠色低碳建筑，具有重要意義。建筑節(jié)能75%與節(jié)能65%相比，其應用技術(shù)基本類似，現(xiàn)有技術(shù)基本可以實現(xiàn)，但有些技術(shù)還需進一步研究、完善。其工程增量成本約為5%，這與現(xiàn)階段的高房價相比，并不算太高，應加快實施建筑節(jié)能75%的步伐。2016年嚴寒地區(qū)新建建筑將全面執(zhí)行建筑節(jié)能設計標準。2020年每平方米建筑碳排放量比2005年減少50%。每平方米住宅建筑面積節(jié)約標準煤量從2010年開始逐年降低5 kg。2012年以后每平方米住宅建筑面積消耗標準煤量控制在30 kg以下。節(jié)能之后，人們的生活環(huán)境和生活質(zhì)量會帶來巨大的變化，同時將會給社會帶來巨大的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

參考文獻

[1] 商冬凡，邊智慧.中德被動式低能耗建筑示范工程主要技術(shù)介紹[J].建材世界，2012(6)：108-111.

[2] 丘雨佳.建筑節(jié)能技術(shù)在季凍地區(qū)高速公路服務區(qū)建筑設計中的應用[D].長春：長春工程學院，2015.

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2015.02.017

收稿日期：2015-04-28

基金項目：吉林省高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(2013G036)

作者簡介：王麗穎(1962-)，女(漢)，吉林通榆，教授

中圖分類號：TU241.91

文獻標志碼：A

文章編號：1009-8984(2015)02-0065-03

The research on the key technology of building energy saving of 75% in severe cold regions

WANG Li-ying，et al.

(SchoolofArchitecture&DesignEngineering，

ChangchunInstituteofTechnology，Changchun130021，China)

Abstract：In this article，in view of the present situation in energy saving residential buildings in severe cold regions，the current problems of efficient building energy saving in China have been analyzed in it.The key technology related to building energy saving of 75% in severe cold regions has been put forward from the aspects of heat consumption index，building shape coefficient，building envelop structure optimization，etc.

Key words：building energy saving；retaining structure；the key technology