淺談寒冷地區(qū)超低能耗建筑與綠色建筑設(shè)計施工方法

王 寧（西安思源學院，陜西 西安 710038）

做好寒冷地區(qū)超低能耗建筑與綠色建筑設(shè)計施工，不僅可以滿足人們高品質(zhì)生活需求，還能助力能源、氣候等問題得到有效解決。不過從現(xiàn)實來看，寒冷地區(qū)開展建筑設(shè)計施工活動時，運用綠色、超低能耗設(shè)計施工方法還比較少，無法取得理想的施工效果，需要對寒冷地區(qū)超低能耗建筑與綠色建筑設(shè)計施工進行深入研究，并結(jié)合實際選用合適的方法進行操作，推動綠色、超低能耗建筑在寒冷地區(qū)的本土化發(fā)展[1]。

1 超低能耗建筑與綠色建筑

超低能耗建筑主要是指能夠適應(yīng)氣候特征與場地條件，并通過開展被動式建筑設(shè)計和采用主動技術(shù)措施，最大程度滿足建筑照明、供暖等需求，大幅提高能源設(shè)備與系統(tǒng)效率，最終使建筑室內(nèi)環(huán)境參數(shù)和能效指標符合《近零能耗建筑技術(shù)標準》（GB/T 51350-2019)的相關(guān)要求。綠色建筑主要是指在全壽命期間，保護環(huán)境、減少污染和提供適用使用空間的高質(zhì)量建筑，實際操作一般會遵循因地制宜的原則，對建筑安全耐用、生活便利、節(jié)約資源、環(huán)境宜居等性能進行綜合考慮，進而實現(xiàn)人與自然和諧共生[2]。

2 寒冷地區(qū)超低能耗建筑與綠色建筑設(shè)計的主要內(nèi)容

在寒冷地區(qū)開展超低能耗建筑與綠色建筑設(shè)計工作，涉及內(nèi)容主要包括:①建筑總體設(shè)計。在對建筑進行超低能耗和綠色設(shè)計時，需要從整體規(guī)劃布局角度入手，全面了解寒冷地區(qū)的氣候特點，操作時要將重點放在日照輻射要求上，由于超低能耗建筑設(shè)計的主要目標是降低對傳統(tǒng)能源的過分依賴，因此，在設(shè)計時，注意控制好建筑的間距，以提高建筑太陽能的可利用量；②建筑平面設(shè)計。為了取得理想的節(jié)能效果，除了要體現(xiàn)出建筑平面設(shè)計的簡潔性，還要減少凹凸情況出現(xiàn)，同時充分考慮氣候緩沖的作用，并將溫度需求較高的房間設(shè)計在內(nèi)部或南側(cè)位置，以獲得極佳的節(jié)能效果；③無熱橋構(gòu)造設(shè)計。作為超低能耗建筑設(shè)計的重點內(nèi)容，做好建筑的熱橋設(shè)計工作，可以確保建筑節(jié)能的最終效果，實際操作要選擇導熱系數(shù)較低的材料，并且在構(gòu)造設(shè)計時要減少保溫層兩側(cè)的剛性連接，以避免對保溫層完整性和連續(xù)性造成破壞[3]；④圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計。考慮到超低能耗建筑圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)比較小，在圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計時就要注意控制好保溫層的厚度，一般情況下保溫層厚度不能低于200mm，并且設(shè)計的圍護結(jié)構(gòu)要盡可能簡單，加入過多的裝飾會破壞結(jié)構(gòu)的整體性，最終建筑施工和使用效果也會受到影響；⑤遮陽設(shè)計。寒冷地區(qū)夏季氣溫也比較高，并且日照輻射也會使建筑室內(nèi)溫度升高，進而增加室內(nèi)制冷的能耗，此時可以積極開展建筑遮陽設(shè)計工作，實現(xiàn)對日照輻射科學合理利用；⑥室內(nèi)空氣質(zhì)量設(shè)計。由于室內(nèi)空氣流通性不夠強，設(shè)計時要注意對室內(nèi)空氣質(zhì)量提升，并通過有效運用新風系統(tǒng)，以達到保障室內(nèi)空氣質(zhì)量的目標，甚至還可以使用自動門窗控制系統(tǒng)，以通過監(jiān)測環(huán)境狀態(tài)增強室內(nèi)空氣流通性[4]。

3 寒冷地區(qū)超低能耗建筑與綠色建筑設(shè)計施工方法

3.1 建筑保溫系統(tǒng)

為了使圍護結(jié)構(gòu)和門窗都具有較好的保溫性能，設(shè)計時就要注重對無熱橋的高效建筑保溫系統(tǒng)進行運用，使之形成連續(xù)完整的保溫層，具體設(shè)計施工內(nèi)容包括：①圍護結(jié)構(gòu)保溫設(shè)計與施工。在較為寒冷的地區(qū)，建筑圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能尤為重要，實際設(shè)計施工時要對外墻、屋面和地面的平均傳熱系數(shù)進行有效控制，并以超低能耗建筑的能耗指標為目標，將屋面和地面的平均傳熱系數(shù)控制在0.10W/(m2·K）～0.25W/(m2·K）、0.15W/(m2·K）～0.35W/（m2·K）之間，針對復合墻體要采用厚度超過100mm以上的重質(zhì)材料，比如混凝土、磚等，對于保溫材料的使用應(yīng)優(yōu)先選擇高性能的保溫材料，并確保材料具有較強的防水、透氣、耐冰融等性能。與此同時，開展外圍護結(jié)構(gòu)無熱橋施工，對于外墻的保溫層可以使用斷熱橋錨栓進行固定，并使用錯縫粘接的方式進行連接。若施工使用的是雙層保溫，就要避免材料之間出現(xiàn)通縫的情況。對于外墻上固定的導軌和支架，需要在外墻上預埋錨固件，并采用減少接觸面積、使用非金屬材料等施工措施，以達到保障外墻保溫性能、降低熱量損失等目的。除此之外，寒冷地區(qū)地下室外墻外保溫層施工，應(yīng)與地上部分保溫層連續(xù)，并注意將外側(cè)保溫層延伸到地下凍土層以下或完全包裹住地下結(jié)構(gòu)部分，施工所用的保溫材料也要有較強的防水性能[5]；②門窗保溫設(shè)計與施工。建筑門窗設(shè)計與施工會直接影響到建筑的傳熱系數(shù)、氣密性能等，實際施工作業(yè)要以寒冷地區(qū)冬季獲得太陽輻射量為主，對太陽得熱系數(shù)進行科學選擇，同時考慮夏季建筑隔熱要求，操作時可以采用調(diào)節(jié)外遮陽設(shè)施的方式，極大滿足夏季隔熱的需求。與此同時，對建筑窗框型材和玻璃進行嚴格把關(guān)，在綜合考慮玻璃層數(shù)、惰性氣體、邊部密封構(gòu)造等因素以后，選擇超低能耗的保溫材料，取得減少冷風滲透、提高整窗保溫性能的施工效果。

3.2 氣密性設(shè)計施工

氣密性設(shè)計施工是超低能耗建筑與綠色建筑設(shè)計施工中的重點內(nèi)容，確保建筑具有良好的氣密性，不僅可以減少冬季冷風的滲透，還能夠降低夏季供冷需求。實際施工作業(yè)，要將注意力放在整個外圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工上，操作時可以先確定氣密層位置，并對其造型和節(jié)點進行簡潔設(shè)計，以防止難以處理的問題出現(xiàn)。同時，施工中選擇氣密等級比較高的外門窗、窗扇材料進行密封作業(yè)，比如氣密性薄膜、硬質(zhì)材料板等，針對容易發(fā)生氣密性問題的窗洞、管線貫穿處等部位，要求在施工之前對各節(jié)點設(shè)計的氣密性措施進行仔細說明，以保證施工嚴格按照規(guī)定要求進行，最終施工質(zhì)量也能得到有力保障[6]。

3.3 建筑遮陽設(shè)計施工

實際設(shè)計施工時，若能夠?qū)μ栞椛溥M行有效利用，不僅可以降低建筑冬季的供暖能耗，還能夠體現(xiàn)建筑綠色低碳發(fā)展要求，不過對太陽輻射進行運用也會增加夏季空調(diào)的能耗，為妥善解決這一問題，就要考慮對建筑外窗使用遮陽的措施。首先可以先了解寒冷地區(qū)的氣候特點，并在準確把握建筑房間使用要求及窗口實際朝向以后，對各種熱反射玻璃、陽光控制膜等進行運用，甚至還可以使用可調(diào)節(jié)的遮陽設(shè)施，根據(jù)太陽高度角和室外天氣狀況，對外遮陽進行自動調(diào)整。另外，對于西向和南向的建筑，可以選用可調(diào)卷簾，以同時滿足夏天阻擋熱量和冬天利用窗戶得熱的需求，甚至還可以依托可調(diào)節(jié)外遮陽卷簾。

3.4 新風熱回收系統(tǒng)

對高效的新風熱回收系統(tǒng)進行使用，主要是通過熱回收裝置促使新風和排風之間進行熱交換，并在該過程中實現(xiàn)對能量的有效回收。具體操作時可以根據(jù)寒冷地區(qū)的氣候特點，科學合理地選擇熱回收裝置，然后將熱回收裝置的新風側(cè)和排風側(cè)分別設(shè)置在正壓區(qū)和負壓區(qū)，在新風入口處也可以設(shè)置空氣凈化裝置，以確保室內(nèi)空氣新鮮潔凈。與此同時，對于新風量可以根據(jù)人數(shù)進行確定，假設(shè)每人所需最小的新風量為30m3/h，為了保證新風量和排風量處于相對平衡的狀態(tài)，就要對新風系統(tǒng)進行分戶獨立和可調(diào)控的設(shè)置，針對建筑的樓梯間、敞開式廚房等，可以將其作為過流區(qū)，并在主要活動區(qū)設(shè)置送風口和回風口，內(nèi)門與地面間的凈空應(yīng)預留25mm的縫隙，主風道風速和送風口風速分別為3m/s、1.5m/s，對于過流口則要進行隔聲降噪設(shè)計與施工，以防止對人們的正常生活造成較大的擾動。另外，在建筑施工中使用新風熱回收系統(tǒng)時，還可以優(yōu)先考慮太陽能新風系統(tǒng)，主要是因為該系統(tǒng)具有高效節(jié)能的特點，作業(yè)時將重點放在集熱裝置、自控裝置、氣流輸送等設(shè)計、安裝和施工上，促使安裝的太陽能空氣集熱器可以充分利用太陽能輻射熱能對空氣進行加熱，并通過氣流輸送裝置對送入新風機組的熱空氣進行有效處理，最終經(jīng)過過濾的新風就可以進入室內(nèi)，實現(xiàn)全面自動運行，保證空氣質(zhì)量[7]。

3.5 輔助供暖供冷系統(tǒng)

寒冷地區(qū)建筑設(shè)計施工中，對輔助供暖供冷系統(tǒng)進行運用，優(yōu)先考慮利用地源熱泵、生物質(zhì)燃料、太陽能等可再生能源，只有這樣才能切實滿足建筑超低能耗和綠色施工的要求，實際操作中可以有效設(shè)置輔助熱源和冷源，并且對于輔助熱源要避免采用集中供暖的方式，而是使用地源熱泵、空氣源熱泵等，同時綜合考慮供暖、新風處理、生活熱水等要求。以太陽能熱水系統(tǒng)為例，其工作原理主要是對溫差循環(huán)進行有效控制，并通過檢測集熱器的供回水溫差，實現(xiàn)對集熱循環(huán)泵啟停的控制，進而在比較循環(huán)溫度與貯水箱水溫溫差中，實現(xiàn)貯水箱水的加熱。實際施工時，先對集熱器支架進行安裝，通常集熱器支架使用的是鋼結(jié)構(gòu)，作業(yè)時要先在預埋件上焊接支架鋼柱，并在完成鋼柱平面位置與高程以后，在鋼柱上端焊接型鋼，使之與支架鋼柱形成完整的支架體系；然后對集熱器進行安裝，施工時要將集熱器布設(shè)在支架上，并確保第一個和最后一個集熱管口位于軸向同一條直線上，在完成該項操作以后就可以使用壓板鋼、螺釘和支架固定在一起[8]；最后對系統(tǒng)管路和輔助設(shè)備進行安裝，前者安裝要保證管道下料長度與兩側(cè)對接口相吻合，安裝閥門前注意對型號、規(guī)格等進行仔細檢查，并注意水體的實際流向，后者則要將注意力放在電加熱器、溫度傳感器、循環(huán)泵等上面，并在完成安裝作業(yè)以后開展調(diào)試與驗收工作，以及時發(fā)現(xiàn)施工存在問題，安裝系統(tǒng)實際運行效果也能得到保證。

4 結(jié)語

對寒冷地區(qū)的建筑開展超低能耗和綠色設(shè)計施工作業(yè)，要先對寒冷地區(qū)的氣候條件、居住需求、建筑性能等進行全面細致的了解，并嚴格遵循因地制宜的原則，對超低能耗和綠色設(shè)計方法和施工技術(shù)進行科學合理選用，比如采用新風系統(tǒng)保障空氣質(zhì)量、使用太陽能減少能源消耗等，這樣既能夠滿足建筑綠色發(fā)展要求，又能夠提高人們居住品質(zhì)。實際作業(yè)時也要對具體施工內(nèi)容進行仔細了解，并嚴格按照施工標準規(guī)范進行操作，同時在完成安裝施工以后及時開展驗收工作，確保最終施工質(zhì)量。