民用建筑中结构节能设计研究
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【摘要】可持续发展已成为世界的共识，也是建筑的发展趋势。从可持续发展的角度来理解建筑节能，是指建筑的低能耗，即有效、有节制的利用不可再生能源。在建筑节能中住宅节能又是实现建筑节能的关键。
中图分类号：TU201.5文献标识码： A
建筑节能的含义，自从1973年发生世界性的石油危机以后的20年来，在发达国家它的说法已经经历了三个发展阶段：最初就叫“建筑节能”；但不久之后即改为“在建筑中保持能源”，意思是减少建筑中能量的散失；近来则普遍称为“提高建筑中的能源利用效率”，也就是说，并不是消极意义上的节省，而是从积极意义上提高利用效率。在我国，现在仍然通称建筑节能，但其含义显然应该进到第三层意思，即在建筑中合理使用和有效利用能源，不断提高能源利用效率。因此，建筑节能就是要在保证和提高建筑舒适性的条件下，合理使用能源，不断提高能源利用效率。
一、民用建筑结构节能的技术原理
建筑物的能耗是由其围护结构的冷风渗透和热传导两方面造成的。民用建筑的围护结构主要指墙体、屋面、窗户( 玻璃幕墙) 、外遮阳设施等。建筑物围护结构的作用是防热御寒, 使室内受到遮护, 形成温暖、舒适的环境, 以不受室外气候变化的影响。房屋内外的热流方向在冬季和夏季截然不同, 但都要求护结构具有绝热的性能, 使流出或流入的热量减少。为了降低建筑能耗, 在减少建筑物冬季空气渗透耗热量和夏季空气渗透得热量的前提下, 尽量利用太阳辐射得热和建筑物内部得热。建筑的围护结构直接影响民用建筑的能耗, 据调查, 围护结构的耗热量占建筑采暖热耗的1/ 3 以上。因此, 对于民用建筑物来说, 节能的主要途径是: 应从墙、门、窗、顶等围护结构着手, 通过逐步优化围护结构设计, 尽量减少其能量散失, 更好地满足保温、隔热、透光、通风等各种需求, 达到最佳的节能效果。
二、 规划阶段中的民用建筑结构节能设计
在进行民用建筑规划阶段的结构节能设计时，应全面考虑建筑物各方面因素对节能的影响，如建筑的布局、朝向、体型、间距等。（1）在做民用建筑布局整体规划时，应考虑建筑的方位，并适当建立气候防护单元，以便优化微气候，形成良好的节能界面。（2）对于建筑物的朝向，应考虑节能与热环境两方面因素，即尽可能的选取向阳与避风地段以及作为建筑物的朝向。而且为确保日照，应采取南北或靠近南北的方向为佳，一定要避免东西向。若建筑物朝向不是南北向，则应该把主要房间设置在有利于冬季朝阳及背风的方向，有效的降低围护结构散热量对主要房间的不良影响。（3）合理的建筑体型有利于减少建筑物与外界热量的交换，一般情况下，散热量随着建筑体型系数的增大而增加，从而不利于节能。因此，为减少建筑物的外表面积，应合理设计民用建筑体型，使其体型系数小。如设计外形简单、平整的建筑物，使其表面积小，有效减少热量的交换。（4）建筑间距对节能有一定的影响，因此必须在满足日照间距的基础上确定建筑的间距。而且在整个采暖季节中，要让建筑物的南墙尽可能受太阳辐射，避免因其他建筑的遮挡而减少辐射面积。
三、 有助于实现民用建筑结构节能的具体措施
1. 屋顶结构的节能设计措施
目前，坡面屋顶广泛应用于城市和居住小区建筑中。而屋顶采用不同色彩与坡度，使建筑形成了多样化的风格。并且在满足人们审美需求的同时，也确保了屋顶具有很好的保温隔热性能，使其不因温度变化过大而导致屋面结构变形，进而使顶层墙体发生开裂现象，有效保证了建筑物墙体的整体性与抗震能力。研究表明，处于坡面屋顶和平面屋顶的顶楼房间，其室内温差可达5℃左右，从而表明了在热环境相同的室内，建筑物采用坡面屋顶相对于采用平面屋顶而言，可显著减少使用能耗。所以，在民用建筑结构设计中，应采用坡面屋顶，以达到节能目的。现阶段，随着屋顶保温材料的开发应用，使得该类材料不断快速发展，逐渐出现了形状为整体、块状或松散的保温材料。在屋顶保温层中，为避免屋顶厚度及重量过大，应采用密度较小且导热系数低的保温材料。而且为了确保保温效果，应选择吸水率低的保温材料，以免保温层大量吸水，降低保温效果。
2.墙体节能措施
墙体的主要功能是承重、防水、防潮、隔热、保温, 是建筑护结构的主体。对于一定体积的建筑物来说, 其体形系数越大, 越容易散热。从节能角度讲, 体形系数应尽可能地小。
我国一直以实心黏土砖为主要墙体材料, 用增加砌筑厚度来达到保温目的, 这种做法实际上浪费了土地资源。主要作为承重用的单一墙体材料往往无法同时满足保温、隔热的要求, 因而在节能的前提下, 应推广使用复合墙体技术, 即将保温材料与基层墙体复合, 构成复合保温墙体。复合墙一般用砖或钢筋混凝土作承重墙, 并与绝热材料复合;或用钢、钢筋混凝土框架结构, 用薄壁材料夹以绝热材料作墙体。采用墙体复合保温节能措施时, 最主要的是保温层不宜过厚, 过厚应采取钢丝网加固等相应措施。同时, 对保温材料的耐候性, 以及保温体系的抗裂、防火、拒水、透气、抗震和抗风压性能等都有较高的要求。
墙体复合保温方式主要包括内保温和外保温两种。内保温是指在外墙内侧增加保温措施, 施工简便宜行, 目前用得较为广泛。内保温热稳定性差, 室内温度调节的速度快,适用于间歇使用的空调房间。内保温容易因室内装修而被破坏, 热桥部位多, 冬季室内容易结露。外保温即保温材料在墙体的外侧, 有利于室内水蒸汽通过墙体向外散发, 可避免墙体受潮, 对保护建筑结构有利, 能够延长建筑物的使用寿命, 墙体可以作为蓄热材料且能解决维护结构通常存在的冷桥问题。其特点热稳定性好, 室内温度调节的速度慢,适用于连续采暖、空调的房间。相比较而言, 推荐外保温作为墙体保温的首选措施。
3. 门窗节能措施
门、窗是薄壁的轻质构体, 由玻璃、型材组成, 是耗热的薄弱环节, 相对墙体而言, 门、窗的保温隔热性能很差, 大量的热量通过窗户是双向流动的。普通单层玻璃窗的能量损失约占建筑物夏季降温及冬季保温能耗的50%以上, 所改善其绝热性能是节能的重点。门窗缝隙是冷风渗透的主要通道, 为了减少能耗, 可选用气密窗、中空玻璃、塑钢门窗、密闭保温性能好的防盗门、新型外墙保温材料来达到节能效果。
在选用玻璃品种时, 应根据采暖费用、空调设备的价格和制冷的比较来选择合适的玻璃品种, 并从各种玻璃的太阳能阻隔特性和导热性、等方面去比较其节能效果, 选择热反射玻璃、吸热玻璃、中空玻璃和低辐射玻璃等, 以提高玻璃的气密水平。窗框材料对中空玻璃的性能影响较大, 近年来, 单框双玻彩板钢窗、聚氯乙烯塑料门窗和铝合金窗,以其良好的保温性和气密性, 得到了较为广泛的应用。另外, 窗户上加贴透明聚酯膜, 也是节能措施之一。
鉴于提高门、窗的热工性能成本高, 在围护结构的节能设计中不能单纯依靠提高门、窗的热工性能指标, 还必须区别不同朝向, 尽量避免东西向开大窗, 以提高窗户的遮阳性能。控制窗、墙的比例, 更好地满足保温、隔热、透光、通风
等各种需求, 协调好外观美化和节能之间的关系, 通过加大外窗面积, 改善自然采光等优化围护结构设计, 使得冷风渗透减小, 将能量散失减少到最小。通过逐步优化围护结构设计, 可达到最佳节能效果。
结语
在民用建筑结构节能设计中，做好建筑结构设计、合理运用节能材料，有助于减少民用建筑能源消耗、提高资源利用率。并在满足人们生产需求的基础上，有效缓解我国能源应用中出现的供求不均衡问题，有利于促进我国经济的可持续发展。
参考文献
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