綠色建筑節(jié)能理念下的嚴(yán)寒地區(qū)公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)分析

宋楊 王宇環(huán)

0 引言

建筑節(jié)能問題在城市生活能量不足，土地資源日益緊缺和城市經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的重大背景下，已變得越來越關(guān)鍵。而目前發(fā)達(dá)國家地區(qū)的建筑能源，一般在世界總能源的三分之一以下。隨著中國城鎮(zhèn)化程度的日益提高、第三產(chǎn)業(yè)占我國GDP 比例而增長和我國工業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，我國建筑能源的比例也將不斷提高，并最終逼近了發(fā)達(dá)國家目前的水平。

1 嚴(yán)寒地區(qū)住宅建筑設(shè)計(jì)主要方向

城市化水平在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)下而得以提升，城市化建設(shè)水平邁入新臺(tái)階，在建筑行業(yè)發(fā)展階段，綠色、節(jié)能、環(huán)保設(shè)計(jì)理念成為新的方向。

綠色建筑設(shè)計(jì)理念包括三個(gè)方面：

（1）設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)要充分保證其能源資源節(jié)約性，可對(duì)太陽能資源進(jìn)行充分利用，降低人們對(duì)空調(diào)和各類采暖設(shè)備的使用頻率。再者，合理化運(yùn)用自然風(fēng)通風(fēng)原理完成風(fēng)冷系統(tǒng)設(shè)置。

（2）設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)要始終堅(jiān)持資源節(jié)約的原則，最大限度地實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，這種要求的提出，便加大了選擇建筑材料的難度。在嚴(yán)寒地區(qū)的建筑工程，要綜合考慮氣候變化和自然災(zāi)害，保證自然條件變動(dòng)不會(huì)影響建筑質(zhì)量，盡量選擇安全性和穩(wěn)定性并存的材料。

（3）對(duì)建筑結(jié)構(gòu)健康性和舒適性作出綜合考量，確保建筑材料無害、無毒、健康。

2 建筑節(jié)能發(fā)展的能源與環(huán)境背景

2.1 建筑節(jié)能發(fā)展的背景

我國既是能源產(chǎn)出大國又是耗能大國，在能源消耗中，上升速度最大的是建筑物能耗，其中60%以上的建筑物能耗支出都來自城市燃?xì)庀?，同時(shí)由于中國的城市化步伐日益推進(jìn)，建筑物數(shù)量也在飛速增加，建筑物能耗也隨之日益上升。特別是在我國嚴(yán)寒地區(qū)，城市大多實(shí)行燃煤供熱，并因?yàn)榻ㄖ锏膰o(hù)結(jié)構(gòu)以及保溫性能不好等工程設(shè)計(jì)問題，而直接造成城市冬季的供熱能源消耗較大，并給城市冬季的空氣質(zhì)量帶來了很大污染。由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展大量的消耗煤炭和石油等化石能源，導(dǎo)致全球范圍內(nèi)的能源資源危機(jī)加劇，化石能源資源燃燒排放大量的污染性氣體，已然成為污染環(huán)境的重要因素。雖然當(dāng)前人們已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到化石能源對(duì)環(huán)境的危害，但是當(dāng)前的技術(shù)手段不能完全脫離這部分資源而發(fā)展。伴隨人們物質(zhì)生活水平的改善，對(duì)人居與環(huán)保需求的增加也為建筑設(shè)計(jì)提出了更高的需求與挑戰(zhàn)，在這樣的時(shí)代機(jī)遇下，現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)的環(huán)保建筑設(shè)計(jì)理念就應(yīng)運(yùn)而生了，也普遍受到各界關(guān)注，在國家發(fā)展戰(zhàn)略的要求下，更高效率的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)是建筑行業(yè)必然趨勢(shì)，同時(shí)也是未來的必然發(fā)展。

2.2 建筑能耗現(xiàn)狀

在我國冬季的時(shí)候，建筑能耗面臨的問題仍舊是采暖方面的問題，另外，在春秋過渡期間，采暖剛剛完成或者尚未開始，需要在較低的溫度下維持一段時(shí)間的熱量，進(jìn)而采暖能源遷移至大量電力裝置使用。而在夏季，則以空調(diào)消耗居多。盡管東北地區(qū)的城市建設(shè)規(guī)模在迅速增加，但就當(dāng)前的常用建筑物及圍護(hù)結(jié)構(gòu)特性分析來看，能滿足我國國家規(guī)定的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的建筑物比例很少，而且外墻保溫隔熱體系和門窗的傳熱系數(shù)，也無法達(dá)到國家建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。在建筑物保溫性能狀況上，與同氣候條件相似的國家相比差別甚遠(yuǎn)。

3 充分利用太陽能資源

3.1 建筑布局

天氣嚴(yán)寒的地方在設(shè)計(jì)建筑構(gòu)件時(shí)要充分運(yùn)用太陽能，可減少在供暖階段的原材料投入，從而節(jié)約資源并且有利于在室內(nèi)保持恒定的溫度。太陽輻射的強(qiáng)度和角度是隨著時(shí)代而改變的，住宅建筑物會(huì)以群組的形式設(shè)計(jì)，這時(shí)要防止建筑物內(nèi)部互相阻擋太陽照射，要確保住戶能享受到太陽照射。太陽能產(chǎn)生的熱能可以增加房間溫度，符合綠色建筑的節(jié)能宗旨，所以要加強(qiáng)開發(fā)利用的力量。

3.2 建筑朝向

建筑門窗的朝向會(huì)影響到接收太陽輻射狀況，建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行之前可對(duì)建筑區(qū)域的環(huán)境進(jìn)行檢查，確定各時(shí)期太陽輻射的方位以此為基礎(chǔ)進(jìn)行的建筑設(shè)計(jì)工作更富有科學(xué)性，要以嚴(yán)寒期間作為建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)象，北方冬天天氣嚴(yán)寒，太陽輻射強(qiáng)度較低，很難滿足室內(nèi)外氣溫的要求。太陽能作為新型能源，在供暖設(shè)計(jì)的時(shí)候可以對(duì)其進(jìn)行合理應(yīng)用，將光照時(shí)間階段性分配好，并測(cè)算出在各個(gè)時(shí)段的強(qiáng)度。而樓體的設(shè)計(jì)方向要保證在窗戶部位多數(shù)時(shí)段均能接受太陽的光照，并且是在光照強(qiáng)度較大的時(shí)段，能迅速提高整個(gè)房間的溫度。而窗戶的高度和寬度則要格外小心設(shè)計(jì)，細(xì)化小區(qū)內(nèi)部的各建筑結(jié)構(gòu)，并分別加以設(shè)計(jì)最大限度地使用太陽光，節(jié)省了供暖消耗的大量能源資源。

4 注重冬季防風(fēng)，適當(dāng)考慮夏季通風(fēng)

冬季室內(nèi)保溫首先要解決好防風(fēng)問題。由于我國北方區(qū)域的建筑結(jié)構(gòu)在夏季要具備良好通風(fēng)特性，而冬天又對(duì)建筑結(jié)構(gòu)嚴(yán)密程度需求較高，因此冷風(fēng)的進(jìn)入將會(huì)大大降低室內(nèi)外氣溫，并耗費(fèi)大量燃?xì)猓瑸闈M足綠色建筑設(shè)計(jì)的理念，可對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的門窗部分進(jìn)行優(yōu)化，在封閉狀況下提高密封性，并降低了冷風(fēng)進(jìn)入的可能性?？蓪?duì)門窗進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將其中一些設(shè)計(jì)為可開關(guān)的活動(dòng)形式，但多數(shù)仍采用固定式構(gòu)造。對(duì)建設(shè)區(qū)域的夏季風(fēng)向加以深入研究，并以此為基礎(chǔ)重新設(shè)計(jì)門窗的打開朝向，可保證在夏季通風(fēng)換氣。封閉后又可構(gòu)成堅(jiān)固的整體結(jié)構(gòu)，而不致有風(fēng)從裂縫中進(jìn)入。合理化設(shè)計(jì)陽臺(tái)結(jié)構(gòu)，也能夠?yàn)槭覂?nèi)保溫提供支持。因設(shè)有雙窗戶設(shè)計(jì)，可于夏季同時(shí)開啟，而冬天又能實(shí)現(xiàn)最簡單的通氣，在緩沖階段的氣溫會(huì)超過室外，因此可以合理調(diào)節(jié)氣溫，給居室營造溫馨的生活環(huán)境。提高自然通風(fēng)能力的最有效辦法：一是穿堂風(fēng)，而另一個(gè)辦法則是安裝通風(fēng)管道，居室中的通風(fēng)管道可確保房間在靜風(fēng)或弱風(fēng)的環(huán)境下順利通氣。

當(dāng)前，不少居室中的廁所都由于有直接自然采光通風(fēng)條件而關(guān)閉了通氣道，這就很易將不良?xì)怏w傳入大廳以及居室，使空氣質(zhì)量顯著降低。所以，必須在廁所中設(shè)置裝有調(diào)節(jié)閥的通氣道，以確保其持續(xù)定期性的負(fù)壓。過去，室內(nèi)外自然通風(fēng)的實(shí)施或依賴于將窗戶打開，或由于其窗戶的密閉性差而產(chǎn)生巨大滲透風(fēng)，在冬季耗費(fèi)了大批電能。而通氣管道則使室內(nèi)外的自然通風(fēng)量得到了限制。但目前，有些國家和地區(qū)的方法是在外墻或外窗設(shè)置小型通風(fēng)道，每個(gè)房間內(nèi)都有氣流調(diào)節(jié)窗，冬天時(shí)室外的清新空氣經(jīng)通風(fēng)道或地下室加溫后再流入室內(nèi)空氣。

5 機(jī)電設(shè)備節(jié)能及節(jié)水策略

中央空調(diào)是當(dāng)前建筑工程，尤其是公共建筑工程常見的結(jié)構(gòu)之一，在設(shè)計(jì)要遵循因地制宜、分區(qū)調(diào)控、科學(xué)合理進(jìn)行等設(shè)計(jì)原則，并充分考慮科學(xué)合理的選用中央空調(diào)控制系統(tǒng)，才能科學(xué)合理節(jié)省建筑物運(yùn)用中的空調(diào)能源。在空調(diào)工程設(shè)計(jì)中，要充分考慮在轉(zhuǎn)換季使用的天然通氣和采光體系，并且可以在季節(jié)轉(zhuǎn)換期間通過新型風(fēng)全空調(diào)控制系統(tǒng)、熱水控制系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)等通過變頻技術(shù)等，提高能源使用效率。

在自然資源使用方面，政府進(jìn)行合理規(guī)劃建設(shè)用地內(nèi)的給水、排放網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并建立安全可靠的給排水體系、有效的排放、污泥處置、中水回用等服務(wù)體系，使自然資源能夠被有效循環(huán)使用，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目的。雨水匯集與再利用，運(yùn)用下凹式綠地、雨水管網(wǎng)分流方式匯集外墻、城市道路、廣場(chǎng)雨水，成為城市水景用水和園林綠化、清洗等用途的城市儲(chǔ)備用水。

在建筑電氣設(shè)計(jì)中，注意選擇分區(qū)調(diào)控方法，盡可能利用自然光照或通過與自然界光線的變換調(diào)節(jié)建筑電氣照明的分區(qū)方式，在公用區(qū)域如廊道、電梯間、門廳等，盡可能采用分段、計(jì)時(shí)、感應(yīng)等節(jié)電措施。地下室車庫則在充分考慮天井設(shè)計(jì)和導(dǎo)光管等設(shè)施的基本上，實(shí)行了分區(qū)探測(cè)控制照明以及控制開關(guān)安裝的工程設(shè)計(jì)。

6 功能分區(qū)兼顧熱環(huán)境分區(qū)

6.1 空間布局科學(xué)合理、區(qū)分熱環(huán)境

建筑物中各個(gè)房間的熱使用條件和人在里面的熱活動(dòng)情況也各有不同，因此，人們對(duì)這些客、房室內(nèi)熱環(huán)境的要求也不盡相同。在建筑設(shè)計(jì)中，應(yīng)該按照用戶對(duì)熱環(huán)保質(zhì)量的要求而合理分組，將對(duì)熱環(huán)保質(zhì)量條件相同的主要房間按比較集成原則布局。如果如此做，即既可以對(duì)各個(gè)區(qū)域分別控制溫度，也可以把對(duì)熱環(huán)保質(zhì)量條件相對(duì)較小的主要房間（如樓梯間、廁所、儲(chǔ)藏間等）集中設(shè)置于同一平面中溫度條件相對(duì)較小的區(qū)域，將對(duì)熱環(huán)保質(zhì)量條件更多的主要應(yīng)用房間集中設(shè)置于溫度條件更多的地方，以便達(dá)到對(duì)熱量使用效果的最大化。

6.2 優(yōu)化布局、減少冷空氣的入侵

嚴(yán)寒地帶的冬天，由于建筑物北向房間內(nèi)沒有日照，溫度很低；而與此同樣，南向房間內(nèi)又因白晝中能得到大部分的陽光照射，使得在相同的供暖要求下，在同一建筑物內(nèi)形成了兩個(gè)程度不同的高溫區(qū)域：北向區(qū)域和南向區(qū)域。在空間的布局中，顯然應(yīng)當(dāng)將主體活動(dòng)所用房間內(nèi)布局在南向區(qū)域，并將主體階段性所用的輔助房間內(nèi)布局于北向區(qū)域，如此，才能讓主體活動(dòng)所用的房間內(nèi)充分地得到日照。同樣，又因?yàn)檩o助客房利用時(shí)間比較短暫，對(duì)溫度的需求也較少，位于北面空間并不影響其利用效益，所以可以說位于南北向的輔助空間構(gòu)成了建筑物外部和主體使用客房之間的“緩沖區(qū)”，從而在空間布局上就形成了整個(gè)建筑物的防寒空間。

7 建筑外墻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用措施

7.1 應(yīng)用可持續(xù)能源

建筑能耗屬于能源消耗的重要范圍，并不僅僅反映在建筑階段中，而且也在建筑工程后期使用中有所反饋。通過對(duì)建筑既有的燃料類型加以改革，并積極使用可再生、可持續(xù)再生的能源，則無疑地可以減輕當(dāng)前能源短缺與危機(jī)的狀況。

在建筑當(dāng)中，所使用的可持續(xù)再生能源類型主要分為如下三類：

（1）太陽能。太陽光也屬于一類的可再生能源類型，其主要以利用太陽光熱輻射能量而實(shí)現(xiàn)發(fā)電或者為熱水器供應(yīng)燃料，由于太陽光的使用優(yōu)勢(shì)除干凈無污染之外，還擁有能量巨大的特點(diǎn)，所以，在建筑工程施工期間，就需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境特征以及天氣原因合理選擇并布置太陽光利用裝置，一般而言，在當(dāng)前中國建筑對(duì)太陽光的使用多半在熱水器的應(yīng)用方面，通過利用屋頂布置太陽光采集設(shè)備，既沒有浪費(fèi)過多空間，也可以在短時(shí)間增加熱水器內(nèi)熱度，從而使得住戶用水更加便利。

（2）水能。由于我國人均可用水資源量并不豐富，所以若要避免因自然資源的匱乏而對(duì)國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)和人民生存帶來的危害，則必須盡量地對(duì)自然資源加以集中處理再使用，例如在建筑物當(dāng)中就設(shè)有專門的雨水凈化設(shè)備、貯存設(shè)施、采集設(shè)備，而對(duì)于部分缺水的城市中，還能夠安裝海水凈化設(shè)置，對(duì)海水加以凈化使用，從而大大地提高了自然資源利用率。

（3）風(fēng)能。風(fēng)能是由空氣流通而形成的動(dòng)力，它也是能源的一個(gè)主要轉(zhuǎn)換形式，就目前風(fēng)電的實(shí)際使用狀況而言，由于中國仍然處在發(fā)展中國家地位，對(duì)有關(guān)科技與設(shè)備的研究和創(chuàng)新并不完備，在風(fēng)電使用領(lǐng)域尚有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

7.2 選用科學(xué)接縫技術(shù)

在嚴(yán)寒地區(qū)綠色建材墻體及節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用實(shí)踐中，接縫的處理科學(xué)與否，也是十分重要的。如果在接縫處理中，由于運(yùn)用方法錯(cuò)誤或是在接縫間出現(xiàn)了很大的裂痕，將勢(shì)必影響建筑物外墻的總體保溫效果。所以，在建筑物外墻保溫技術(shù)的采用過程中，必須注重于選用科學(xué)合理的接縫處理工藝。

現(xiàn)階段在建筑物外墻保溫的選用上，經(jīng)常使用的建筑材料大多為擠塑聚苯板等板狀建筑保溫。而這些建筑材料在具體使用過程中，可能需要做出一定程度的拼裝，以來實(shí)現(xiàn)整體保溫的功效。而材料在拼裝過程中極容易產(chǎn)生各式各樣的裂紋，這就必須進(jìn)行科學(xué)的焊接處理。在實(shí)際過程中，對(duì)這類建筑材料的接縫處理方法往往采取水平接縫的方法，以錯(cuò)縫搭接為主要表現(xiàn)形式。這些焊接的處理方法，可能在短時(shí)間內(nèi)就可以發(fā)揮一定的保溫效果，但并無法起到持久效果。

在實(shí)際使用過程中，在接縫處也極容易產(chǎn)生“熱橋”效果，進(jìn)而影響建筑物外立面的總體保溫效果。所以，在氣候嚴(yán)寒地方，科學(xué)解決與外墻保溫材料的連接問題時(shí)，就必須優(yōu)化對(duì)連接口的處理，并盡量選擇使用最高效科學(xué)的連接方法。比如在建筑實(shí)踐過程中，往往選擇企口縫的瓷磚鋪貼方法。而在建筑保溫的鋪貼方法過程中，通過科學(xué)合理地使用這一方法，不但可以整體改善建筑保溫的特性與效果，同時(shí)還可以有效防止了雨水的滲入，從而整體優(yōu)化了外墻材料的保溫能力。

另外，也因?yàn)檫@種鋪貼方法的整體密封性比較強(qiáng)，在實(shí)際的使用過程中還可以提高建筑保溫材料的抗風(fēng)力。

8 結(jié)語

伴隨著建材行業(yè)的全面高速發(fā)展，新型能源已經(jīng)成為中國制造業(yè)很關(guān)鍵的能源。建筑物外立面作為與環(huán)境交換的主要場(chǎng)地，可以整體提升建筑的環(huán)保與生態(tài)效益，所以，建筑行業(yè)設(shè)計(jì)師往往需要優(yōu)化建筑物外立面的保溫隔熱設(shè)計(jì)，并根據(jù)建筑嚴(yán)寒區(qū)域的氣候特性，來進(jìn)行調(diào)整保溫方式和隔熱措施。