对严寒和寒冷地区居住建筑节能的几点看法

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摘要：本文从中国建筑能耗的基本情况来说明建筑节能的重要性，依据中国现行规范对严寒和寒冷地区居住建筑节能中的墙体节能、门窗节能、屋面节能等进行论述，并就建筑设计在建筑节能的作用谈谈看法。

关键词：建筑节能；墙体节能；门窗节能；太阳能；

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一、中国能耗基本情况

我国的建筑能耗量约占全国总用能量的1/4，居耗能首位。近年来我国建筑业得到了快速的发展，需要大量的建造和运行使用能源，尤其是建筑的采暖和空调耗能。据统计，1994年全国仅住宅建筑能耗在基本上不供热水的情况下为1.54×108t标准煤，占当年全社会能源消耗总量12.27×109t标准煤的12.6%。目前每年城镇建筑仅采暖一项需要耗能1.3×108t标准煤，占全国能源消费总量的11.5%左右，占采暖区全社会能源消费的20%以上，在一些严寒地区，城镇建筑能耗高达当地社会能源消费的50%左右[1]。与此同时，由于建筑供暖燃用大量煤炭等矿物能源，使周围的自然与生态环境不断恶化。在能源的利用过程中，化石类燃料燃烧时排放到大气的污染物中，99%的氮氧化物、99%的CO、91%的SO2、78%的CO2、60%的粉尘和43%的碳化氢是化石类燃料燃烧时产生的，其中煤燃烧产生的占大多数。燃煤产生的大气污染物中SO2占87%、氮氧化物占67%，CO2占71%，烟尘占60%[2]。由于我国是主要以煤而不是以油、气等优质能源作为主要能源消耗的国家，每年由于燃烧矿物燃料向地球大气排放的二氧化碳仅次于美国居世界第二，预计到2020年，中国将取代美国成为世界二氧化碳排放第一大国。因此，中国对于全球气候变暖承担着重大的责任，而作为耗能大户的建筑，其节能也就成为关系国计民生的重大问题。

二、建筑节能的几个重要途径

建筑物的节能主要包含：建筑护结构节能、建筑供热制冷系统和建筑设备节能及可再生能源在建筑中应用。建筑护结构节能占建筑物节能相当大的比重，现就建筑护结构中的外墙、门窗及屋顶等部位节能结合《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》和《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准实施细则》进行论述。

（一）外墙节能

墙体是建筑外维护结构的主体，其所用材料的保温性能直接影响建筑物的耗热量。以乌鲁木齐市（严寒C区）六层居住建筑，其墙体为240厚粘土多孔砖，内外各刷10厚水泥砂浆为例，根据《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准实施细则》规定，其外墙维护结构传热系数限值为：0.50[W/(M2·K)]，而粘土多孔砖自身导热系数为：0.58[W/(M·K)]，根据对护结构各部位传热系数加权平均计算，该建筑护结构传热系数为：1.98 [W/(M2·K)]（以上数据通过建筑节能软件PBECA2012版计算得出）。通过对比可以得出，单纯以粘土多孔砖作为护结构，其保温性能远远达不到规范要求。因此，应进一步推广复合保温墙体，这样既能达到节能的作用，又满足了节地的要求。

提高建筑墙体节能保温主要有内保温和外保温两种：

1.内保温

外墙内保温是在外墙结构的内部加做保温层。其优点为施工速度快,操作方便灵活,可以保证施工进度。缺点为内保温会多占用使用面积,“热桥”问题不易解决,容易引起开裂,还会影响施工速度,影响居民的二次装修,内墙悬挂和固定物件也容易破坏内保温结构，且保温材料本身散发少量有害物质，会滞留在室内。内保温的缺点决定其必然被外保温所取代。

2.外保温

外墙外保温是在外墙及悬挑梁板外部加做保温层。其优点为适用范围广，能够保护主体结构,延长建筑物的寿命，有效减少建筑结构的冷热桥，增加建筑的有限空间，在夏季还能起到一定的隔热作用，在使用同样规格、同样尺寸和性能的保温材料,外保温比内保温的效果好。缺点为施工难度大,且施工占用主导工期,待主体验收完后才可以进行施工。在进行高层施工时,施工人员的安全不易得到保障等。外保温优点比较明显，是目前运用比较广的建筑保温技术。

（二）门窗节能

外门窗是住宅能耗散失的最薄弱部位，根据相关研究其能耗占住宅总能耗的40.8%，因此在保证日照、采光、通风、观景要求的条件下，尽量减小住宅外门窗洞口的面积，提高外门窗的气密性，减少冷风渗透，提高外门窗本身的保温性能，减少外门窗本身的传热量。

门窗节能主要有以下几种措施：在不影响居住建筑日照、采光、通风的前提下，尽量减小外门窗洞口的面积，同样以乌鲁木齐市（严寒C区）六层居住建筑为例，根据《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准实施细则》规定，其北向、南向和东、西向的窗墙面积比限值分别为0.25、0.45和0.30 ，因此设计师在进行建筑方案设计时，在满足使用要求的前提下，应尽量减小开窗面积。

在开窗面积一定的前提下，应提高外门窗的自身的保温性能。

1.改善窗框保温性能

首先，将薄壁实腹型材改为空心型材，内部形成封闭空气层，提高保温能力。其次采用塑料构件，其保温性能要优于金属窗框。最后，不论用什么材料作为窗框，都应在窗框与墙之间采用聚苯板或聚氨酯等材料嵌填而不得采用水泥砂浆嵌填。

2.改善窗玻璃的保温性能

窗户根据玻璃组合方式的不同，有单玻窗、单框双玻窗、中空玻璃窗和LOW-E中空玻璃窗等。单层玻璃的导热系数较大（0.76[W/(M·K)]），较适用于温暖地区，在严寒和寒冷地区，应采用单框双玻窗甚至单框三玻窗。研究表明单框双玻窗的空气间层厚度以2~3CM为最好，此时传热系数较小，当厚度小于1CM时，传热系数迅速变大；大于3CM时，传热系数基本保持不变，则造价相应提高。《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》中对各地区的窗户传热系数限值均做了规定，在设计中应根据当地的具体情况，合理选择窗户的类型。

3.提高外门窗的气密性及冷风渗透性能

我国在相关规范中对窗户的气密性及抗渗透性均做了严格要求，如果窗户本身达不到国家规范的要求，则应采取相应措施。首先在框与扇的密封可用橡胶、橡塑或泡沫密封条以及高低缝、回风槽等;其次扇与扇之间的密封可用密封条、高低缝及缝外压条等;最后扇与玻璃之间的密封可用各种弹性压条等。

（三）屋面节能

建筑的护结构节能中，还有一个比较重要的位置-屋面。屋面保温根据保温层位置的不同分为两种：一种为正置式，另一种为倒置式。所谓正置式就是将保温层放在结构层之上防水层之下（从结构层往上分别是保温层、找坡层、找平层、防水层、保护层），与正置式相反的为倒置式，即把保温层置于防水层之上。倒置式做法可以避免防水层受到太阳光的直接照射，即可以提高防水层的抗老化性，又使防水层温度相对稳定，不易结露。屋面保温应注意两点：其一是屋面保温层不宜选用密度较大、导热系数较高的保温材料，以免屋面重量、厚度过大;其二是屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料以防屋面湿作业或雨雪水浸入时因保温层大量吸水而降低保温效果。

三、建筑设计在建筑节能中的应用

（一）合理的建筑体形

建筑的形体与平面布置对于建筑的节能保温有着很大的影响。众所周知，建筑物外表面积越大，热损失越多，不规则的护结构，恰恰就是保温的薄弱环节，也是经常被忽视的环节。对于同样体积的建筑物，在护结构的传热情况均相同时，护结构的面积越小则传出的热量越少（即体形系数S=建筑的护结构的面积F。/建筑物的体积V。）。建筑设计师在设计的时候首先考虑的是功能使用要求，其次才是建筑形体上的造型艺术要求。建筑师在满足功能使用要求的前提下，应尽量避免太多的曲折凹凸，减小体形系数，避免需要增加围护结构热阻来减少热损失。

（二）充分利用建筑物朝向及所处位置

通过太阳高度角的变化对冬季需要节能保温，夏季需要隔热遮阳的建筑进行巧妙设计。一年四季变化，是因为地球围绕太阳公转产生，这个过程中在地球的同一纬度地点太阳高度角也发生较大变化。建筑设计师们，在设计过程中可以充分利用这太阳高度角的变化，对于夏季需要遮阳隔热的建筑，通过计算可以确定其合理的朝向及遮阳方式。对于冬季需要保温的建筑，合理设计建筑物形式，保证冬天获得更多的阳光。

我国建筑业得到了快速的发展是有目共睹的，消耗的能源也是触目惊心。国家这几年越来越重视建筑节能，建筑师们应该发挥自己的才能为节能事业添砖加瓦。

参考文献

[1]韩建新,颜宏亮.21世纪建筑新技术论丛[M].上海:同济大学出版社2000:131-132.

[2]涂逢祥.世纪初建筑节能展望[J].建筑2001（2）:51-52.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准 JGJ26-2010.

[4]新疆维吾尔自治区住房和城乡建设厅. 严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准.实施细则 XJJ001-2011.

[5]刘加平.建筑物理.中国建筑工业出版社.