西北地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計簡探
——基于嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居建節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行和運用

魯科言

甘肅省建筑設(shè)計研究院有限公司

1 居住建筑節(jié)能設(shè)計演進

1.1 建筑節(jié)能及節(jié)能設(shè)計發(fā)展概述

隨著人居環(huán)境發(fā)展，人居環(huán)境品質(zhì)不斷演進更新，而建筑作為人居環(huán)境的載體，建筑從空間制約人居條件發(fā)展為空間從屬于功能，建筑品質(zhì)的要求亦不局限功能本身，逐越建筑形象及外部空間的創(chuàng)作到內(nèi)部空間的享受，而建筑節(jié)能也從概念化到標(biāo)準(zhǔn)化。

我國傳統(tǒng)民居在氣候性適應(yīng)性等方面都有著豐富的傳統(tǒng)構(gòu)造經(jīng)驗和技藝，而我國現(xiàn)代建筑發(fā)展相對建筑較晚，真正意義上的現(xiàn)代建筑節(jié)能理念也是從上世紀(jì)九十年代開始，在此之前，對建筑的要求從堅固實用到堅固功能美觀，建筑節(jié)能的理念也是伴隨著建筑更適宜人居的舒適度要求衍生的。建筑自身采暖和制冷等諸多因素均由建筑能耗作為實現(xiàn)途徑，在綠色生態(tài)低碳的全球化要求下，建筑節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)化執(zhí)行亦是必然之路。

1.2 居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

本文關(guān)注的是居住建筑這一典型建筑類型，也是數(shù)量最多建筑節(jié)能最行之有效的建筑類型。表1羅列了從無到有各個時期我國居住建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，從中也能概略我國建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)化執(zhí)行的發(fā)展過程。

從表1可以看出，我國第一本民用建筑節(jié)能設(shè)計規(guī)范頒布執(zhí)行于1986年，而執(zhí)行對象針對采暖的居住建筑，對于執(zhí)行的氣候區(qū)劃沒有明確的劃分，1995年民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)版本更新，在規(guī)范中明確了適用的范圍為嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)，2010 版本規(guī)范更新為“嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)”，2001 年和2012年我國又相繼分別出臺了針對夏熱冬冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)居住建筑的節(jié)能規(guī)范，而GJG 26規(guī)范的延續(xù)就明確了我國嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)行執(zhí)行的寒居建節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)為2018年頒布。

表1 居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)沿襲表

2 西北地區(qū)居住建筑節(jié)能踐行

2.1 老一代居住建筑節(jié)能現(xiàn)狀

1986 年建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)開始實施，根據(jù)筆者所接觸的走訪觀察及涉及的拆除改造工程做出的辨識性判斷，西北區(qū)地區(qū)由于經(jīng)濟發(fā)展的相對滯后，實際中1980s～90s年代建成的民用建筑所采取的節(jié)能措施極為有限，而上述年代建成的居住建筑在民生中還肩負(fù)著大量的使用功能。

這些老一代居住建筑產(chǎn)品，在建筑節(jié)能方面存在著普遍性的優(yōu)劣勢。優(yōu)勢在于與同面積建筑物相對體型系數(shù)較小，體型規(guī)整散熱表面積較小有利于集中節(jié)能；劣勢在于外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱性能幾乎僅依賴于圍護材料自身，實際中幾乎沒有在圍護結(jié)構(gòu)外附加保溫材料，另外門窗的密閉性和自身傳熱性能也是顯著劣勢。

在實際中，部分老舊小區(qū)集中進行了增加外保溫材料的整體改造，而居民自主對住宅的保溫節(jié)能改造大部分采取更換門窗等措施。

返窺1986/1995兩版民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，其執(zhí)行過程可以說是非軟件時代，建筑體形系數(shù)和窗地比按照公式計算，而維護結(jié)構(gòu)綜合傳熱系數(shù)的在實際中往往不再進行公式推導(dǎo)，取值基本按照材料準(zhǔn)值取值，門窗傳熱系數(shù)則是按照材料自身傳熱系數(shù)給出了兩種限制，而正是西北區(qū)住宅在保溫層面對節(jié)能的絕對側(cè)重點使維護結(jié)構(gòu)的傳熱性能和門窗的氣密性改造成為行之有效的構(gòu)造措施，而這兩個重點延續(xù)現(xiàn)行規(guī)范，是西北嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)建筑節(jié)能的主要指標(biāo)。

2.2 寒冷氣候居住建筑節(jié)能主要指標(biāo)

從嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來看，居建標(biāo)準(zhǔn)主要關(guān)注的規(guī)定性檢查指標(biāo)如下，并對各項指標(biāo)的性能做出了最低限制，而從嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)2010～2018對最低限值的要求也發(fā)生了變化（見表2）。

由表2可以看出，節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的更新總體上對各項指標(biāo)的最低要求都更加嚴(yán)格，這遵循了國家節(jié)能三步走的策略，JGJ 26—2018的施行標(biāo)志著嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)建筑節(jié)能全面進入了節(jié)能75%的時代。我國以20 世紀(jì)80 年代改革開放初期建造的居住建筑、公共建筑作為比較能耗的基礎(chǔ)，稱為“基準(zhǔn)建筑”。計算“基準(zhǔn)建筑”全年暖通空調(diào)和照明能耗，將它作為100%。新建建筑結(jié)構(gòu)、暖通空調(diào)、照明參數(shù)均按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定設(shè)定，計算其全年的暖通空調(diào)和照明能耗，應(yīng)相當(dāng)于基準(zhǔn)水平上節(jié)能50%、65%、75%。這亦是JGJ 26—95/10/18的節(jié)能指標(biāo)要求。

具體看各項指標(biāo)，JGJ 26—2018 對屋面、外墻、挑空樓板以及外窗的傳熱系數(shù)有了更嚴(yán)格的限值，而且對天窗、供暖溫差大于5K的隔墻/樓板等部位有了明確的規(guī)定，對體形系數(shù)適則適當(dāng)放大，這亦是適宜當(dāng)代建筑更豐富的體型變化，對維護結(jié)構(gòu)的材料性能做出更嚴(yán)格的要求，這種要求和建筑材料自身發(fā)展是雙重策動的驅(qū)約關(guān)系。

表2 嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)規(guī)定性檢查指標(biāo)一覽表

2.3 寒冷氣候居住建筑節(jié)能權(quán)衡判斷限制

對于各項指標(biāo)不能滿足最低限值的建筑，JGJ 26 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定設(shè)計居住建筑的建筑物耗熱量指標(biāo)與相同體量滿足限值要求的參照建筑進行對比，可權(quán)衡判斷設(shè)計居住是否滿足節(jié)能要求。規(guī)范同時對居住建筑重點維護結(jié)構(gòu)的熱工性能指標(biāo)做出了最小要求，滿足要求的設(shè)計建筑方能進行權(quán)衡判斷。通過下表可觀察設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)2010到2018對權(quán)衡判斷的要求限制變化。

表3 嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計權(quán)衡判斷指標(biāo)一覽表

可以看出嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)2010只是對開間窗墻比做出了權(quán)衡限制，而JGJ 26—2018則對外墻、挑空樓板的傳熱系數(shù)做出了最小限制，而從構(gòu)造層面易于實現(xiàn)的屋面、地面、地下室外墻則是要求必須滿足限值，更鮮明的一點是對外窗的傳熱系數(shù)做出了最小要求。

3 居住建筑節(jié)能設(shè)計工程實踐

3.1 基于JGJ 26—2010年代的工程設(shè)計

西北地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展相對滯后，在工程設(shè)計實際中建設(shè)方對工程造價的要求是絕對的制約點，而住宅建筑往往是低成本的開發(fā)策略，在滿足居住建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，建筑工程設(shè)計往往采取低成本的構(gòu)造措施。外窗在一定時期內(nèi)隨其傳熱性能造假成本正比例增加，而JGJ 26—2010 在可權(quán)衡判斷的要求僅對開間窗墻比做出限定，于是在實際中，選擇相對較低成本的外窗，增加屋面、外墻等其他維護部位保溫材料厚度以提高綜合傳熱系數(shù)，最后通過權(quán)衡判斷滿足節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)成為了較多采用的方式。

這種方式滿足JGJ 26—2010 的標(biāo)準(zhǔn)要求，并能實現(xiàn)相對較低的造價成本。但是在工程實踐中，此方式也存在一定弊端，通過大量實際工程模型計算，在達到一定參數(shù)范圍不短增加保溫材料厚度對建筑物整體耗熱量指標(biāo)的改善已經(jīng)不太明顯，而為了彌補外窗等薄弱環(huán)節(jié)只能加厚材料厚度，再加上高層建筑對保溫材料防火性能的要求，能選用的外保溫材料自身導(dǎo)熱系數(shù)亦偏大，往往最終的設(shè)計結(jié)果是過厚的外墻保溫材料，成為高層住宅施工工藝等的弊端。

3.2 基于JGJ 26—2018實施標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計

嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)2018對權(quán)衡判斷做出了變革性的要求，特別是對外窗的傳熱性能做出了最低限定，對于西北地區(qū)外窗建筑材料可以說是劃時代的變化，對于西北地區(qū)的寒冷氣候區(qū)進入了外窗2.5 時代，而嚴(yán)寒C 區(qū)進入了外窗2.2時代，嚴(yán)寒A 區(qū)進入了外窗2.0 時代。在作者負(fù)責(zé)的工程設(shè)計中，2018年仍能采用的傳熱系數(shù)2.8的外窗已經(jīng)完全排除在住宅設(shè)計以外，對不利環(huán)節(jié)的最低限定大大優(yōu)化了節(jié)能設(shè)計構(gòu)造，計算模型中外墻保溫材料厚度取值趨于合理，無論是達到限值要求還是通過權(quán)衡判斷，材料的構(gòu)造方案都更加合理。

4 西北地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計工程實踐優(yōu)化策略

嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)JGJ 26—2018對住宅陽臺的限值做出了限定，陽臺窗傳熱系數(shù)要求在2.0方能滿足節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求。而在西北地區(qū)住宅節(jié)能窗仍是工程造價主要的控制性指標(biāo)，特別是現(xiàn)代住宅更加開敞的外立面設(shè)計，住宅外窗的面積也是呈上升趨勢?；诖耍≌脩粼诰幼∈褂脮r絕大多數(shù)自行拆除陽臺門，外維護性熱工要求全部通過陽臺構(gòu)造實現(xiàn)，通過實際工程模型計算總結(jié)，將陽臺窗開間窗墻比按外窗開建窗墻比控制，客廳和陽臺按統(tǒng)一空間計算，此時陽臺窗傳熱系數(shù)限值可以按普通外窗要求，在此基礎(chǔ)上進行限值要求或進行權(quán)衡判斷，外維護材料的造價得到相對控制，建筑物整體耗熱量指標(biāo)達到了住宅節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求。