高寒高海拔地區(qū)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)及其措施分析

楊海波

（中國鐵路青藏集團(tuán)有限公司，青海 西寧 810006）

隨著社會(huì)的發(fā)展，建筑能耗在所有的能源消耗中所占據(jù)的比例越來越大，但是由于我國的人均能源占有量少，能源的利用率低，當(dāng)前的能源壓力與環(huán)境壓力導(dǎo)致我國必須要開展節(jié)能環(huán)保工作。高寒高海拔地區(qū)具有著氣壓低、干旱雨少、含氧量低、太陽輻射強(qiáng)等特點(diǎn)，所以高寒高海拔地區(qū)的建筑與一般建筑之間具有著很大差異，因?yàn)槎咎鞖夥浅：洌栽诮ㄖ庑?、保溫墻做法以及能源利用方面也均存在很大的不同。因此，在?duì)于高寒高海拔地區(qū)的建筑開展節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)于高寒高海拔地區(qū)的特點(diǎn)進(jìn)行充分的考慮，優(yōu)化設(shè)計(jì)滿足節(jié)能需求。

1 高寒高海拔地區(qū)的地域特點(diǎn)

高寒是指由于海拔高、緯度高形成的特別寒冷的氣候，高寒高海拔地區(qū)存在著低壓缺氧、寒冷干燥以及日照輻射性強(qiáng)等眾多特點(diǎn)。其中，低壓缺氧是由于大氣壓會(huì)隨著高度而出現(xiàn)變化，組成大氣各種氣體的分壓也會(huì)隨著高度而出現(xiàn)改變。而最重要的氧氣也是如此，當(dāng)大氣中能夠的含氧量與氧分壓降低，人體的肺泡氧分壓會(huì)隨之降低，在血氧飽和度下降到一定程度之后，會(huì)導(dǎo)致機(jī)體器官組織出現(xiàn)供氧不足，從而造成功能或是器質(zhì)性變化，出現(xiàn)頭暈、頭痛、心慌、氣短、惡心嘔吐、失眠、食欲下降、記憶力下降等情況［1］。寒冷干燥則是高寒高海拔地區(qū)的顯著特征，氣溫是隨著海拔升高而逐漸下降的，通常每升高1000米，氣溫將會(huì)下降6℃，高原白天與晚上的溫度同樣具有較大的差異。

另外，高寒高海拔地區(qū)還具有一個(gè)顯著特征，那就是日照長輻射強(qiáng)。高寒高海拔地區(qū)空氣稀薄，塵埃與水蒸氣含量較少，大氣透明度高于平原地帶，所以太陽的輻射透過率將會(huì)隨著海拔高度的增加而加強(qiáng)，太陽輻射強(qiáng)將會(huì)對(duì)人暴露在外的皮膚與眼睛等造成損傷，從而導(dǎo)致皮膚出現(xiàn)曬斑、色素沉著、皮膚增厚以及水腫等，眼睛則會(huì)出現(xiàn)白內(nèi)障、視力障礙、急性角膜炎等。

2 當(dāng)前高寒高海拔地區(qū)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方法現(xiàn)狀

現(xiàn)如今，在建筑節(jié)能方面的設(shè)計(jì)方法主要可以分為按規(guī)定性指標(biāo)設(shè)計(jì)和按照性能指標(biāo)設(shè)計(jì)。其中，按照規(guī)定性指標(biāo)設(shè)計(jì)是指建筑物體型特征與圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能等均根據(jù)建筑的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)來開展設(shè)計(jì)工作。而性能性指標(biāo)則是由建筑熱環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)、能耗指標(biāo)所組成，按性能性指標(biāo)設(shè)計(jì)指的是在滿足建筑熱環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)、能耗指標(biāo)的前提條件下，設(shè)計(jì)人員可以自行確定建筑物體形特征與圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的具體技術(shù)參數(shù)［2］。

按規(guī)定性指標(biāo)設(shè)計(jì)可以使設(shè)計(jì)人員無需進(jìn)行繁瑣復(fù)雜的計(jì)算分析工作，保障工程設(shè)計(jì)的合理性。但是，因?yàn)榇_定規(guī)定性指標(biāo)主要是考慮普遍的情況，并沒有對(duì)于每一個(gè)建筑的實(shí)際情況進(jìn)行考慮，而每一個(gè)建筑都具有自己獨(dú)特的情況，所以規(guī)定性指標(biāo)對(duì)于適用范圍內(nèi)的一個(gè)具體建筑并不是最佳選擇，即按規(guī)定性指標(biāo)很難進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，并且還會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員自身創(chuàng)新性受到抑制。按性能性指標(biāo)設(shè)計(jì)可以使建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)工作獲得更高程度上的靈活性，從而為采用新技術(shù)、具體工程項(xiàng)目等創(chuàng)造最優(yōu)條件［3］。

按性能性指標(biāo)設(shè)計(jì)需要對(duì)建筑開展能耗計(jì)算，以此來評(píng)價(jià)該建筑是否可以進(jìn)行節(jié)能，而建筑能耗的計(jì)算方法、節(jié)能評(píng)價(jià)方法等方面的選擇，則是進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。我國對(duì)于建筑節(jié)能方面在設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)，還存在一定欠缺，主要是采用比較建筑能耗計(jì)算值、相關(guān)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)值方法，而計(jì)算建筑能耗則是采用相應(yīng)的能耗分析軟件，如果計(jì)算結(jié)果證明建筑無法實(shí)現(xiàn)解決，導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員反復(fù)對(duì)其進(jìn)行修改。

3 高寒高海拔地區(qū)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)與措施

3.1 對(duì)建筑外形的控制

高寒高海拔的建筑外形在采取節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，需要將功能、節(jié)能以及外形結(jié)構(gòu)等融入到外形的設(shè)計(jì)中。外形節(jié)能設(shè)計(jì)出則是基于充分利用太陽能的角度，提高對(duì)太陽能的利用率，并降低熱能損失的方式。對(duì)于建筑外形進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，需要盡可能的減少外形面積，提高建筑外形面積的熱工性能［4］。具體采取控制時(shí)，主要是擴(kuò)大建筑外形受熱面積，并對(duì)于建筑物的各個(gè)體塊加以整合，然后適當(dāng)減小建筑的體型系數(shù)。

體型對(duì)于建筑來說，在保溫方面具有著重要作用。如果建筑體型科學(xué)合理，那么建筑的內(nèi)外熱量交換可以得到極大程度上的降低。而建筑體型會(huì)對(duì)建筑物造成非常嚴(yán)重的能耗影響，一般情況下，建筑物體型系數(shù)越大，那么其保溫效果就會(huì)越差。而建筑體型系數(shù)越小，那么建筑物與外界的熱量交換也回相對(duì)較小，所以具有更好的保溫效果。在高寒高海拔區(qū)域?qū)ㄖM(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，需要盡量設(shè)計(jì)簡單的建筑外形，并且建筑體型系數(shù)需控制在零點(diǎn)四以下［5］。

3.2 門窗與屋面保溫的節(jié)能設(shè)計(jì)

1）外保溫墻體與內(nèi)保溫墻體的節(jié)能設(shè)計(jì)措施，在開展節(jié)能設(shè)計(jì)之前，需要對(duì)于建筑內(nèi)保溫墻體進(jìn)行充分分析。而利用墻體可以實(shí)現(xiàn)保溫的方法非常多，例如新型保溫板是當(dāng)前一種十分有效的保溫措施，最為典型的是增強(qiáng)水泥復(fù)合聚苯保溫板與石膏復(fù)合聚苯保溫板，這兩種材料的特點(diǎn)在于建筑室內(nèi)會(huì)受到外界較大影響，并且施工方便，氣候因素所造成的影響相對(duì)較小。但是，在實(shí)際的施工過程中，必須要保證施工材料的干燥性，同時(shí)需要固定所有的施工材料。其次，充分的分析建筑的外墻保溫墻體。實(shí)現(xiàn)保溫的目的并不是僅僅增加強(qiáng)身厚度即可，所以通過采用外墻保溫復(fù)合墻體材料節(jié)能設(shè)計(jì)方案，將保溫層設(shè)置在外墻的外表面，該技術(shù)是一種較為先進(jìn)化的外墻節(jié)能技術(shù)，具有著保溫、隔熱性能良好、消除結(jié)構(gòu)性熱冷橋、保護(hù)主體結(jié)構(gòu)等眾多特點(diǎn)。而墻體材質(zhì)則可以采用蒸壓加氣混凝土砌塊這一方式，既具有較好的質(zhì)量，還可以獲得良好的保溫效果［6］。另外，在選擇保溫材料時(shí)，可以選擇改性酚醛板這一熱固性保溫材料，并且其燃燒性能不能低于B1級(jí)。

2）門窗的節(jié)能設(shè)計(jì)，①控制窗墻的面積，由于高寒高海拔地區(qū)的冬季十分漫長，且溫度較低，所以在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中通過利用天然能源，是一種最為基礎(chǔ)、改善室內(nèi)人環(huán)境的節(jié)能設(shè)計(jì)方法。在滿足通風(fēng)、采光等條件下，保證窗戶氣密性、隔熱性等前提下，室內(nèi)如果具有較好的自熱環(huán)境的話，可以有效降低采暖、空調(diào)等方面造成的消耗［7］。

②增強(qiáng)外窗的氣密性，降低冷空氣滲透，在高寒高海拔地區(qū)的建筑能耗中，通過門窗所造成損失的能耗在所有建筑能耗中占據(jù)50%甚至更多。所以，門窗材料的選擇對(duì)于建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。實(shí)用新型且具有良好密封性能的門窗材料，并設(shè)置泡沫塑料密封條。門窗框與墻體之間的縫隙則可以采用彈性松軟性材料、密封膏、彈性密閉性材料以及邊框設(shè)灰口等密封措施；而門框與門柵之間的密封則可以采用橡塑橡膠密封條、高低縫等。

③提高門窗的保溫性能，選擇塑鋼型材料、斷熱鋁型材料等具有良好保溫性能的材料，并在建筑中設(shè)置雙層爽，中空玻璃外層鍍膜，降低直射光所產(chǎn)生的輻射熱。并盡可能的降低窗扇之間的縫隙，盡可能采用大窗扇，適當(dāng)?shù)臄U(kuò)大單塊玻璃的面積，合理減少可開啟的窗扇面積，并適當(dāng)增加固定玻璃與固定窗扇等之間的面積［8］。

3）屋面保溫方面的節(jié)能設(shè)計(jì)，在高寒高海拔地區(qū)對(duì)于建筑的屋面保溫進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)之前，首先需要全面的了解建筑的屋面形態(tài)。高海拔地區(qū)建筑的屋頂主要呈現(xiàn)出平整、坡面以及曲線等形式，并且部分建會(huì)在屋頂四周設(shè)置矮墻，也被當(dāng)?shù)厝朔Q之為女兒墻。而設(shè)計(jì)女兒墻的目的是因?yàn)榻ㄖ蓓斒艿降墓庹帐钦麄€(gè)建筑中最強(qiáng)烈的部分，所以在建筑屋面中會(huì)耗費(fèi)大量的能量。因此，在對(duì)于高寒高海拔地區(qū)的建筑屋面進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，需要加強(qiáng)屋面的保溫隔熱等方面的節(jié)能設(shè)計(jì)。而建筑屋面的節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于不能選擇導(dǎo)熱系數(shù)高、密度大的保溫材料，避免屋面厚度、重量等過大，不能選擇吸水性較好的保溫材料，避免屋面潮濕而導(dǎo)致建筑的保溫性能變差。而屋面的防水層下部需要鋪設(shè)保溫材料，以此來形成保溫層面，通過結(jié)合門窗、墻體之間的保溫效果，從而降低高寒高海拔地區(qū)的建筑能耗［9］。

3.3 利用太陽能能源

可再生能源主要是指通過太陽或是地球上可以直接產(chǎn)生的能源，可再生能源主要包括風(fēng)能、太陽能以及地?zé)岬?。?dāng)前我國的建筑節(jié)能中應(yīng)用比較普遍的有太陽能、風(fēng)能等，而在高寒高海拔地區(qū)應(yīng)用可再生能源，對(duì)于節(jié)能發(fā)展來說具有著重要的意義。

在高寒高海拔地區(qū)應(yīng)用太陽能可以通過太陽能的光熱、光電利用技術(shù)等?；谖覈鴩?，在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中應(yīng)用光電技術(shù)需要消耗較高的成本，所以還未形成大規(guī)模的應(yīng)用。而太陽能的光熱技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的節(jié)能設(shè)計(jì)方面都具有較為普遍的應(yīng)用，可以說是高寒高海拔地區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中應(yīng)用最為廣泛的一種節(jié)能技術(shù)。通過太陽能光熱技術(shù)，可以為建筑提供熱水、供暖等［10］。

在高寒高海拔的建筑中通過采用太陽能被動(dòng)式采暖技術(shù)，利用太陽能的輻射作用，并對(duì)其進(jìn)行誘導(dǎo)。根據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，將被動(dòng)式的采暖方式應(yīng)用到高寒高海拔的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方面，可以節(jié)約百分之六十甚至百分之七十的能源。每一平方米的建筑每年可以節(jié)約大約三十千克到四十千克的煤炭資源。另外，除了可以在高寒高海拔的建筑中采用太陽能能源以外，風(fēng)能、物質(zhì)能等可再生能源也均可以應(yīng)用到海拔較高的建筑中，并起到良好的節(jié)能效果。隨著當(dāng)前我國科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，相繼出臺(tái)了一系列的再生能源使用政策，并且國家鼓勵(lì)建筑施工方面積極使用可再生能源，而當(dāng)前對(duì)于再生能源利用的技術(shù)水平也得到明顯提升，應(yīng)用范圍也在逐漸擴(kuò)大。

4 結(jié)語

綜上所述，在我國的高寒高海拔地區(qū)，因?yàn)闀円箿夭畲?，白天受到光照較足，并且受到眾多方面的影響，導(dǎo)致高寒高海拔地區(qū)的建筑工程在節(jié)能方面受到一定的局限。同時(shí)當(dāng)前我國的能源面臨著緊缺的狀況，并且隨著建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，導(dǎo)致這一現(xiàn)象愈發(fā)凸顯。所以，在建筑中實(shí)施節(jié)能設(shè)計(jì)措施，并充分的考慮該地區(qū)的溫差影響前提下，實(shí)現(xiàn)建筑能源節(jié)約的目的。