天津地區(qū)住宅建筑節(jié)能設(shè)計(jì)研究

成莞莞

天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300402

1 前言

隨著能源危機(jī)的不斷加深，許多國家在加大力度節(jié)約常規(guī)能源的同時(shí)，開始嘗試開發(fā)利用新能源。在能源的消耗中，建筑能耗在社會(huì)總能耗的所占比重不斷增大，建筑節(jié)能越來越受到人們的重視。2017年我國建筑的運(yùn)行能耗9.6億t，占全社會(huì)總能耗的20%［1］。有關(guān)調(diào)查研究表明，在能源消耗中，建筑能耗在總能耗中約占25%～45%。我國從1986年對建筑節(jié)能做出明確規(guī)定以來，逐步制定并且實(shí)現(xiàn)了建筑節(jié)能30%～50%再到65%的要求。天津一直走在建筑節(jié)能的前列，居住建筑四步節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)（在三步節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)上再降30%，累計(jì)節(jié)能率為75%）已于2013年7月1日起正式實(shí)施。

2 天津地區(qū)情況介紹

2.1 地理概況與氣候特征

天津位于華北平原北部，經(jīng)緯度為：東經(jīng)116°43'～118°04'之間，北緯38°34'～40°15'之間。其東臨渤海，北靠燕山，海河流經(jīng)天津，自古以來便是交通要道。天津作為首批沿海開放的城市，是中國北方最大的沿海開放城市。

在建筑氣候分區(qū)上，天津?qū)儆谖覈冖蚪ㄖ夂騾^(qū)，為典型的“寒冷地區(qū)”，受季風(fēng)環(huán)流的影響，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候。四季氣候特征明顯：春季風(fēng)多，雨少干旱；夏季炎熱，雨水較多；秋季涼爽，氣溫適中；冬季寒冷，少雪干燥。

2.2 建筑現(xiàn)狀

天津市既有建筑大都采用的是磚混結(jié)構(gòu)，多建于20世紀(jì)80年代，年久失修。建筑材料主要是普通黏土燒結(jié)磚和水泥砂漿，還有少量的鋼筋混凝土，造成了房屋的保溫隔熱性能不良，使得天津地區(qū)冬季集中供熱取暖和夏季空調(diào)制冷造成了一定的能源浪費(fèi)。近些年，天津新建住宅面積處于平穩(wěn)上升的態(tài)勢。2017年、2018年和2019年房地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)住宅新開工房屋面積分別為1822.72萬m2、1862.93萬m2和1973.81m2，一直保持較高水平。天津從1991年出臺(tái)了第一步建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，歷經(jīng)發(fā)展，2013年7月1日起正式實(shí)施居住建筑四步節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。截止2015年5月底，天津在建和建成四步節(jié)能居住建筑1522萬m2，每年節(jié)煤能力高達(dá)280萬t標(biāo)煤，節(jié)約了大量能源［2］。因此，天津新建住宅建筑踐行“四步節(jié)能”的要求，降低人工采暖能耗，節(jié)約能源勢在必行。

3 節(jié)能改造措施

根據(jù)天津地理位置和氣候特征，既有住宅建筑和新建住宅建筑可從外墻、門窗、屋面和陽臺(tái)等方面采取節(jié)能措施，提高能源利用率。

3.1 外墻保溫節(jié)能

外墻作為住宅建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主構(gòu)件，所占面積比例也最大，通過建筑外墻損失的熱量大約占建筑總耗能的25%。因此，加強(qiáng)外墻保溫對建筑節(jié)能起著極為重要的作用。外墻保溫體系常用的有外墻外保溫、外墻內(nèi)保溫、外墻夾芯保溫和外墻自保溫等。

天津市既有住宅建筑大都地處市六區(qū)，生活配套設(shè)施比較齊全，房屋拆遷改造成本相對較高，社會(huì)效益和環(huán)境效益不高；并且，大量的既有住宅建筑仍還有較長的使用價(jià)值，有的甚至還有一定的文物保護(hù)價(jià)值。因此，為了不影響住戶的正常生活和不破壞室內(nèi)原有設(shè)施，天津市既有建筑的外墻節(jié)能改造可以采用外墻外保溫體系，在原來墻體的外側(cè)增設(shè)一層或者多層保溫層，保溫層材料可以選用巖棉板、模塑聚苯板或膨脹聚苯板（EPS板）或者聚苯乙烯擠塑板（XPS板），三種保溫材料的主要性能如下表1所示。新建多層或者中高層住宅建筑，在滿足承載力的前提下，為了降低造價(jià)和施工難度，可以選擇外墻自保溫體系，采用砌塊墻體，比如蒸汽加壓混凝土砌塊墻體、陶?；炷量招钠鰤K墻體、泡沫混凝土砌塊墻體等；也可選擇外墻夾芯保溫體系，比如選用集承重、保溫、圍護(hù)和防火于一體的CS墻板［3］等。新建高層和超高層建筑，考慮結(jié)構(gòu)布置形式和承重的要求，可選用外墻外保溫系統(tǒng)，并在保溫層外部進(jìn)行薄抹灰處理，所用保溫材料與既有建筑節(jié)能改造所用材料相同。需要注意，在薄抹灰保溫層的抹面膠漿中要壓入復(fù)合耐堿網(wǎng)格布，提高其抗裂性能。

表1 三種保溫材料主要性能比較

3.2 門窗

門窗的熱量損失主要是通過外門損失的，約占圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗的40%～50%。門窗主要通過傳導(dǎo)、對流和輻射損失熱量，傳導(dǎo)主要是框扇與玻璃的熱傳遞；對流主要表現(xiàn)在中空玻璃間氣體層的流動(dòng)以及窗扇、窗框縫隙中氣體的滲漏［4］；輻射主要是窗戶玻璃的輻射耗能。目前，市場上常用的節(jié)能門窗類型主要有塑鋼門窗、鋁合金門窗、斷橋鋁門窗、實(shí)木門窗等，隨著建筑節(jié)能力度的不斷加大，斷橋鋁門窗在建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。天津地處寒冷地區(qū)，晝夜溫差較大，新建和既有住宅建筑選擇門窗類型時(shí)要慎重選擇窗戶玻璃類型，建議優(yōu)先選擇Low-E鍍膜玻璃和中空玻璃；框腔建議多采用兩腔或三腔，窗周邊用低傳導(dǎo)間隔條密封。門主要是入戶門，可在門板內(nèi)加貼巖棉板、玻璃棉等保溫材料，門框的縫隙用密封條堵塞，有特殊需求可以安裝自動(dòng)關(guān)門器，提高入戶門的密閉性和保溫性，減少熱量的損失。

3.3 屋面

屋面作為建筑物最上部的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，通過建筑屋面損失的熱量約占建筑物總耗熱量的9%，且屋面的保溫處理不當(dāng)可能會(huì)引起建筑頂層墻體開裂。常見的節(jié)能屋面有正置式或倒置式保溫屋面、種植屋面、蓄水屋面、反射屋面、通風(fēng)屋面和太陽能屋面等［5］，做法和特點(diǎn)如下表2所示。

天津?qū)儆诘湫偷摹昂涞貐^(qū)”，新建住宅建筑建議根據(jù)不同需求選擇正置式或倒置式保溫屋面、種植屋面和太陽能屋面；既有建筑由于建筑服役時(shí)間較長，部分屋面防水能力較弱，建議選擇正置式、倒置式保溫屋面或太陽能屋面對原屋面進(jìn)行改造。

表2 各種節(jié)能屋面做法和特點(diǎn)

3.4 陽臺(tái)

陽臺(tái)作為室內(nèi)與室外環(huán)境過渡的橋梁，具有采光、通風(fēng)、觀景等功能。陽臺(tái)部分降低能耗、節(jié)約能源可以通過合理選擇陽臺(tái)進(jìn)深、分隔方式和平面布置形式。天津地區(qū)新建住宅建筑在設(shè)計(jì)時(shí)，對于封閉陽臺(tái)進(jìn)深盡量選擇1.2～1.5m之間；分隔方式的選擇，在保證室內(nèi)溫度、太陽輻射能量和陽臺(tái)景觀功能的前提下，可以選擇在居室與陽臺(tái)之間設(shè)置全玻璃推拉門；平面布置形式盡量選擇梯形平面形式，既節(jié)能又豐富建筑立面［6］。對于既有住宅建筑陽臺(tái)改造，主要采取保溫密封的形式，可以在陽臺(tái)與居室貫通部分設(shè)置推拉門或者全玻璃推拉門，減少陽臺(tái)部分熱量的損失。

此外，對于新建建筑要加大開發(fā)和利用新能源的力度，并探索改進(jìn)供熱系統(tǒng)，由原來的的一戶一環(huán)按面積征收取暖費(fèi)改成按熱計(jì)量收費(fèi)，用多少交多少，提高人們的節(jié)能意識(shí)。

4 結(jié)語

建筑節(jié)能是當(dāng)前全球性的發(fā)展大趨勢，我國從20世紀(jì)80年代以來一直在加快建筑節(jié)能的步伐，逐步制定并且實(shí)現(xiàn)了“一步節(jié)能”、“兩步節(jié)能”、“三步節(jié)能”和“四步節(jié)能”，即建筑節(jié)能30%到50%到65%再到75%的要求?，F(xiàn)在大部分城市已經(jīng)達(dá)到了“三步節(jié)能”的標(biāo)準(zhǔn)，部分城市在探索并逐步實(shí)現(xiàn)“四步節(jié)能”的標(biāo)準(zhǔn)。天津一直走在建筑節(jié)能的前列，并已于2013年開始正式實(shí)施居住建筑“四步節(jié)能”。建筑節(jié)能是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，有利于建筑行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，也是我國建設(shè)節(jié)約型、和諧社會(huì)的需求，需要國家、行業(yè)、企業(yè)與個(gè)人共同努力，通過建筑節(jié)能減排，提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，提高人民生活的環(huán)境效益。