寒冷地區(qū)建筑保溫結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計研究

魯瑞榮，高 晴

（1. 煙臺凡正建筑設(shè)計有限公司，山東 煙臺 264000；2.同圓設(shè)計集團有限公司煙臺分公司 ，山東煙臺 264000）

近年來，我國建筑行業(yè)得到了全面地快速發(fā)展，由早期的粗放式逐漸向集約型發(fā)展轉(zhuǎn)變，但總體改變程度不是很高。建筑行業(yè)年耗能量高達35%，成為了我國主要的能耗產(chǎn)業(yè)，加劇了社會經(jīng)濟與能源供給之間的矛盾，也制約了節(jié)約型社會建設(shè)的進程。大量社會實踐顯示，保溫結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計具有優(yōu)越的節(jié)能減排優(yōu)勢，對促進我國經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境保護有著重要的現(xiàn)實意義。我國地域橫跨度較大，有溫暖如春的江南，也有寒冷缺氧的高原，從北到南，從西到東，氣候變化極大。因此，對于寒冷地區(qū)的建筑物要求較高，不僅要體現(xiàn)在節(jié)能減排方面，還要實現(xiàn)冬季保溫、夏季防熱的目的[1]。基于此，研究寒冷地區(qū)建筑保溫結(jié)構(gòu)中的節(jié)能設(shè)計研究具有重要的現(xiàn)實意義。

1 寒冷地區(qū)建筑能耗分析

我國東西跨度較大、南北地形地貌迥異，致使寒冷地區(qū)分布范圍極為廣闊。隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷加深，寒冷地區(qū)對集中建設(shè)房屋的需求也越來越多，導(dǎo)致對建筑物的保溫效果提出了較高的要求。基于此，我國政府部門集中策劃了適合于寒冷地區(qū)建筑物保溫效果的研究工作以及危房改建等工作，以此為據(jù)，為了更好地解決社會需求，本文分析總結(jié)了寒冷地區(qū)建筑能耗的主要特征，為設(shè)計保溫系統(tǒng)提供依據(jù)。

在寒冷地區(qū)，冬季時間較長，并且晝夜溫差變化極大，導(dǎo)致居民對于熱能的需求也隨之變化。能耗主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是建筑采暖而引起的耗能；二是空調(diào)制熱、地暖地?zé)?、暖氣片制熱等產(chǎn)生的能耗，也是最大的能耗；三是生活過程中使用熱水等導(dǎo)致的能耗（表1）。因此，面對日益增加的能耗問題，尋求更為節(jié)能、環(huán)保的保溫系統(tǒng)是當前寒冷地區(qū)所亟需解決的主要問題之一。為此，本文立足于寒冷地區(qū)保溫效果研究，詳細地介紹了節(jié)能在寒冷地區(qū)建筑物保溫方面的應(yīng)用。

表1 我國寒冷地區(qū)主要能耗類型及方式

2 寒冷地區(qū)建筑保溫結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計

2.1 外墻保溫結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計

寒冷鄉(xiāng)村地區(qū)住宅區(qū)的基層墻體材料選擇應(yīng)以普適性和經(jīng)濟性為基本原則，常見的基層墻體材料包括蒸壓加氣混凝土砌塊、燒結(jié)粉煤灰磚、普通混凝土小型空心砌塊和燒結(jié)煤矸石多孔磚等4種類型；保溫材料一般選用硬質(zhì)泡沫聚氨酯板（PUR）、巖棉板、聚苯乙烯擠塑板（XPS）和聚苯乙烯泡沫塑料板（EPS）等4種類型。寒冷鄉(xiāng)村住宅區(qū)的外墻保溫方式一般分為內(nèi)保溫和外保溫兩種。在本次試驗過程中采用正交試驗方法分析不同基層材料、保溫材料和保溫方式組合的節(jié)能效果，在試驗過程中，假設(shè)兩種為定量，另一種為變量，共進行16次試驗，試驗結(jié)果見表2。從表2可以得出，外墻采用“硬質(zhì)泡沫聚氨酯板（PUR）+蒸壓加氣混凝土砌塊（外保溫）的方式時，節(jié)能效果最為明顯，節(jié)能率可達75%；采用“燒結(jié)煤矸石多孔磚+硬質(zhì)泡沫聚氨酯板（PUR）（內(nèi)保溫）或“普通混凝土小型空心砌塊+硬質(zhì)泡沫聚氨酯板（PUR）（內(nèi)保溫）時，節(jié)能效果次之，節(jié)能率均為44.5%；采用“燒結(jié)煤矸石多孔磚+巖棉板+外保溫”時節(jié)能效果最差，節(jié)能率為34.6%。因此，綜合認為外墻保溫選用“硬質(zhì)泡沫聚氨酯板（PUR）+蒸壓加氣混凝土砌塊（外保溫）為佳。

表2 正交試驗結(jié)果統(tǒng)計表

2.2 屋面保溫節(jié)能設(shè)計

屋面是鄉(xiāng)村住宅房屋圍護結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，是除了外墻以外與外部環(huán)境接觸面積最大的部分。雖然屋面的熱耗量小于外墻及外窗的熱耗量，但是屋面的單位面積耗熱量較大。因此，優(yōu)化屋面結(jié)構(gòu)提升保溫性能對控制室內(nèi)溫度的穩(wěn)定性具有重要意義。屋面保溫節(jié)能材料的選用必須滿足兩個方面的要求：一是一輕質(zhì)、多孔、導(dǎo)熱系數(shù)小的保溫材料為主；二是選用吸濕性小的憎水材料為主。寒冷鄉(xiāng)村住宅區(qū)一般以平房、四合院、地層小洋樓為主，因此宜采用塊狀式保溫材料，如泡沫玻璃板、擠塑聚苯乙烯泡沫塑料板、蒸壓混凝土、憎水膨脹珍珠巖板、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料板等材料。大量實踐表明，板塊狀保溫材料具有保溫效果好、施工快、防潮濕的優(yōu)點，在寒冷鄉(xiāng)村住宅區(qū)的保溫節(jié)能設(shè)計中應(yīng)用極為廣泛。

2.3 外門窗節(jié)能設(shè)計

外門窗在住宅建筑中具有采光、通風(fēng)、聯(lián)系室內(nèi)外的多重功能，對美化住宅區(qū)具有重要意義。同時外門窗也是耗能散熱的主要通道。因此，在寒冷鄉(xiāng)村住宅區(qū)做好外門窗的保溫節(jié)能設(shè)計是提升住宅房屋整體保溫節(jié)能性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。外門窗的節(jié)能設(shè)計必須在保證住宅區(qū)室內(nèi)采光條件的基礎(chǔ)上進行，應(yīng)控制不同朝向的墻體與窗口面積的比例，尤其是對寒冷季節(jié)主導(dǎo)風(fēng)向的墻面，盡可能地減少開窗面積。外門窗的保溫節(jié)能材料可采用單框三層雙中空玻璃窗，能夠有效地增加門窗結(jié)構(gòu)的傳熱阻，進而提升門窗結(jié)構(gòu)的保溫性能。此外，在住宅區(qū)施工過程中要注意墻體與窗框之間的密封性，可以通過安裝密封條減少外部冷風(fēng)進入室內(nèi)。窗框應(yīng)以導(dǎo)熱系數(shù)小、加工方便的塑鋼門窗為主。

3 結(jié)語

綜上所述，節(jié)能降耗是寒冷地區(qū)建筑保溫結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計的主要發(fā)展方向，寒冷地區(qū)外部環(huán)境惡略，加之房屋住宅區(qū)較為分散，相對增加屋面等與外部環(huán)境的接觸面積，使得熱能耗散較快。因此，加強寒冷鄉(xiāng)村地區(qū)住宅保溫結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計研究具有重要的現(xiàn)實意義。經(jīng)研究，認為外墻保溫節(jié)能采用“硬質(zhì)泡沫聚氨酯板（PUR）+蒸壓加氣混凝土砌塊（外保溫）為佳，節(jié)能率可達75%。