哈爾濱市圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)建筑能耗影響分析

時(shí)云鵬 謝 穎

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

能源危機(jī)問(wèn)題日益加劇，涵蓋全球各個(gè)國(guó)家。中國(guó)正加快城鎮(zhèn)化建設(shè)腳步，必須將建筑節(jié)能高度重視起來(lái)。在我國(guó)，耗能量巨大的建筑占了所有已建成的400億m2建筑的90%以上，因此我國(guó)實(shí)際上面臨著嚴(yán)重的能源問(wèn)題[1]。而哈爾濱市除近年來(lái)新建與改造的部分既有建筑外，大部分建筑節(jié)能水平低于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求。目前已知的建筑主要能耗量是由建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)，因此，有必要分析住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)給建筑能耗帶來(lái)的影響。

1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者研究成果有：張偉強(qiáng)研究了建筑在有遮陽(yáng)、無(wú)遮陽(yáng)情況下，不同厚度保溫層的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、不同節(jié)能玻璃對(duì)建筑能耗影響情況[2]。于昊發(fā)現(xiàn)北方寒冷地區(qū)需要采暖的住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)在冬季采暖期間不方便在線監(jiān)測(cè)耗熱量，于是研發(fā)了一款無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[3]。張麗娟等人利用DEST軟件，模擬了改良后的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能給寒冷地區(qū)建筑能耗帶來(lái)的影響，最終提出了理想的熱工參數(shù)[4]。

2 哈爾濱市地理區(qū)域及氣候特征

哈爾濱位于中國(guó)的最北部，處于緯度最高(東經(jīng)125°42′～130°10′、北緯44°04′～46°40′之間)的地理位置，氣溫在全國(guó)范圍屬于最低，是嚴(yán)寒氣候地區(qū)。在寒冷的冬季，1月份的平均室外氣溫低至-19 ℃左右；夏季7月平均氣溫高達(dá)23 ℃左右[5]。這里的建筑必須做好冬季保溫、防寒、防凍工作，一般可不考慮夏季高溫氣候給建筑帶來(lái)的不良影響。

3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的能耗分布

據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在我國(guó)寒冷地區(qū)，建筑能耗總量高出全國(guó)平均能耗水平的27%左右，占該地區(qū)所有能耗總量的30%～40%，建筑能耗以冬季采暖能耗為主，其中73%～77%通過(guò)圍護(hù)系統(tǒng)損失[6]，分布在墻體、屋面、門窗等各個(gè)部位，其中，墻體傳熱熱損失約占60%～70%；門窗約20%～30%;屋面約10%[7],如圖1所示。因此，提高這些部位的保溫性能和傳熱阻力，可有效減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)造成的熱量損耗量，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。

4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)措施

4.1 外墻節(jié)能技術(shù)措施

外墻耗能量在建筑總耗能量中占了很大比重，減少外墻能耗量是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的首要任務(wù)。

按保溫材料組成成分不同，外墻保溫系統(tǒng)一般被分為自保溫系統(tǒng)和復(fù)合墻體保溫系統(tǒng)。自保溫系統(tǒng)是通過(guò)單一的熱導(dǎo)率不高的建筑材料形成的，不需要做外保溫層，通過(guò)建筑材料本身的特性就能實(shí)現(xiàn)節(jié)能。復(fù)合墻體保溫系統(tǒng)按保溫層設(shè)置的位置不同分為外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)、外墻夾心保溫系統(tǒng)和外墻外保溫系統(tǒng)，如表1所示。

表1 不同外墻保溫系統(tǒng)的構(gòu)造及其優(yōu)缺點(diǎn)

類型構(gòu)造優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)墻體自保溫墻體材料為保溫隔熱性能的建筑砌塊,配套輕質(zhì)砌筑砂漿防火性能好,附著力強(qiáng),抗沖擊性佳,安全可靠,構(gòu)造簡(jiǎn)單,施工容易,成本低,建筑質(zhì)量通病少,經(jīng)濟(jì)性好存在“熱橋”,且不易處理,整體保溫效果不佳外墻內(nèi)保溫保溫材料安放在外墻內(nèi)側(cè)對(duì)材料防水性、耐候性要求不高,保溫層壽命長(zhǎng),安全性好,對(duì)材料要求不高,施工方便,成本低室內(nèi)空間的占用導(dǎo)致不利于二次裝修,懸掛重物困難,建筑物外墻容易出現(xiàn)凝結(jié)水析出現(xiàn)象外墻夾心保溫保溫材料安放在外墻中間絕熱性能較好,對(duì)材料要求低,成本較低避免“熱橋”困難,較厚的墻體減少了建筑有效使用面積外墻外保溫保溫材料粘貼在墻體外側(cè)保證節(jié)能效果同時(shí)使主體結(jié)構(gòu)不受外界侵蝕,避免“熱橋”,且對(duì)室內(nèi)使用面積影響很小,適用范圍廣保溫層材料耐久性較低,很容易脫落,有安全隱患,對(duì)材料要求高,成本高

常用外墻保溫材料有：EPS板薄抹灰、酚醛板、擠塑聚苯板、巖棉板、玻璃棉板、聚氨酯發(fā)泡材料等，如表2所示。

4.2 外窗節(jié)能技術(shù)措施

外窗屬于建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，由于窗戶氣密性不好導(dǎo)致的滲透通風(fēng)使窗戶的保溫性能達(dá)不到節(jié)能要求。在建筑能耗中外窗能耗所占比重最大，因此，需要研究外窗性能對(duì)建筑荷載產(chǎn)生的影響。

判斷外窗保溫性能如何可以從傳熱系數(shù)和遮陽(yáng)系數(shù)兩個(gè)指標(biāo)著手。通常我們可以不考慮外窗玻璃在寒冷地區(qū)冬季的遮陽(yáng)效果。為了達(dá)到降低窗戶的傳熱系數(shù)目的，常常采用不同形式窗戶，其中屬單層玻璃、中空玻璃、雙層玻璃和鍍膜玻璃最為常用。但是單層玻璃很難達(dá)到節(jié)能要求。

1)熱反射鍍膜玻璃。

肉眼可見光可以較好地透過(guò)熱反射鍍膜玻璃，而不可見的紅外線則被其反射回去，保證了玻璃良好的隔熱性能，同時(shí)兼具良好的節(jié)能和裝飾效果，廣泛應(yīng)用于受太陽(yáng)輻射熱作用和需要安裝空調(diào)的建筑中。因?yàn)樗荒芙档驼陉?yáng)系數(shù)，不能降低傳熱系數(shù)，所以它并不適用于冬天。因?yàn)楸旧淼姆瓷渥饔米璧K陽(yáng)光射入，導(dǎo)致室內(nèi)陰冷，住宅達(dá)不到取暖效果。另外該玻璃在夏天夜晚不能達(dá)到隔熱效果，導(dǎo)致室內(nèi)悶熱，熱量出不去。

表2 不同外墻保溫材料分析對(duì)比表

2)低輻射鍍膜玻璃(Low-E)。

低輻射鍍膜玻璃(Low-E)將波長(zhǎng)4.5 μm～25 μm之間的紅外線反射回外界環(huán)境。由Low-E玻璃形成的產(chǎn)品，能將肉眼可見光直接反射回去，可見光不能穿過(guò)玻璃，保證了室內(nèi)明亮，防止了室內(nèi)熱負(fù)荷過(guò)高造成的影響。

在悶熱的夏天，遮陽(yáng)型Low-E玻璃除了能滿足熱反射鍍膜玻璃所起到的功能外，通過(guò)自己本身具有的散熱性能，使節(jié)能效果達(dá)到最佳。在寒冷的冬天，高頭型Low-E玻璃對(duì)太陽(yáng)光的阻礙作用減弱，可以吸收太陽(yáng)光，起到室內(nèi)取暖的作用。同時(shí)進(jìn)入建筑物的太陽(yáng)能輻射接觸到物體后會(huì)形成遠(yuǎn)紅外線，并通過(guò)玻璃反射回室內(nèi)，使室內(nèi)溫度升高，減少了冬季供暖壓力。

3)中空玻璃。

中空玻璃作為一種目前廣泛使用的建筑材料，自身?yè)碛歇?dú)特的隔熱、防噪聲、美化建筑、減輕建筑物自重等性能。中空玻璃各種性能都較普通雙層玻璃性能優(yōu)越，與單層玻璃比較，它可明顯使窗戶傳熱系數(shù)降低，熱能損失量通過(guò)溫差傳熱也比使用單層玻璃時(shí)減少了一半。冬季室內(nèi)暖氣產(chǎn)生的阻擋效果得以改善，夏季太陽(yáng)光熱輻射透射效果得到降低。如今中空玻璃多采用上述兩種玻璃相結(jié)合的組合形式，一般用“5+9A+5”表示，這種組合節(jié)能效果較好。

4.3 屋面節(jié)能技術(shù)措施

屋面直接受太陽(yáng)輻射的影響,是建筑主要遮風(fēng)擋雨的結(jié)構(gòu)，屋面節(jié)能在整個(gè)建筑節(jié)能中起著重要作用。其中，屬蓄水屋面、綠化屋面和通風(fēng)屋面在目前最具有發(fā)展前景。

1)蓄水屋面。

當(dāng)太陽(yáng)光照射到蓄水屋面時(shí)，它的短波部分穿過(guò)水層到達(dá)屋面而被屋面所吸收，而長(zhǎng)波部分會(huì)被水直接吸收掉。另外,水蒸發(fā)吸熱會(huì)導(dǎo)致屋頂溫度下降。水吸收的熱量會(huì)在外界環(huán)境溫度下降后，會(huì)以長(zhǎng)波輻射形式重新回到太空實(shí)現(xiàn)冷卻，而屋面吸收的熱量會(huì)進(jìn)入室內(nèi)，形成“熱延遲現(xiàn)象”。這不利于夏季夜間降溫。但可縮小晝夜溫差，在冬季，有利于夜間提高室內(nèi)溫度。

2)綠化屋面。

綠化屋頂是指在屋頂防水層上種植大量的植被，達(dá)到美化城市，減少沙塵污染，隔熱降溫的目的。

3)通風(fēng)屋面。

在屋頂中間設(shè)置間層，通過(guò)間層空氣循環(huán)流動(dòng)帶走熱量，實(shí)現(xiàn)隔熱降溫。通風(fēng)屋面外層可以阻止陽(yáng)光直接照射到圍護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)利用產(chǎn)生的風(fēng)壓和熱壓作用帶走間層內(nèi)存在的大量熱量，減少室外熱效應(yīng)對(duì)內(nèi)表面造成的不良影響。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)建筑能耗的影響研究仍然處于初級(jí)階段，我們應(yīng)該將各種各樣先進(jìn)的技術(shù)和節(jié)能材料用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)當(dāng)中，抓緊落實(shí)好這些節(jié)能技術(shù)措施，不斷通過(guò)實(shí)踐總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合嚴(yán)寒地區(qū)的氣候特征，有效合理利用資源。