基于现代住宅建筑设计中的节能处理分析探讨

来源:用户上传      作者: 陈大昆 邹 宁

　　摘　要：建筑是能源的损耗大户，节约能源已成为全社会的共识。本文结合笔者多年建筑工程设计实践，从建筑圈护结构如罨面布置、墙体、门窗、屋顶等方面详细阐述了现代住宅建筑节能设计处理措施及技术要求，以实现建筑物整体节能及可持续发展。
　　关键词：现代住宅：建筑设计节能设计：围护结构；建筑整体节能
　　中图分类号：TU201.5
　　文献标讽码：B
　　文章编号：1008-0422(2010)02-0133-02
　　
　　1　引言
　　
　　现代住宅建筑围护结构指建筑物及房间各面的围挡物，如墙体、门窗、屋顶、地面等，其中直接与外界空气环境接触的围护结构称为外围结构，如外墙、外窗、屋顶等：反之即为内围护结构，如内墙、楼地面等。降低能耗的前提是满足居民的居住舒适度的要求，在建筑设计的角度，就是有效控制能量的无端消耗，最大条件下的节约使用能源。
　　根据《居住建筑节能设计标准》规定，要求通过改善建筑围护结构保温和隔热性能，提高采暖、空调、通风设备及系统的能效，充分利用自然通风、余热回收、太阳能资源等措施，在保证相同的室内环境舒适参数的条件下，有效降低供热、通风、空调的总耗能・因此，建筑物的节能设计也应从建筑平面布置及体型系数、墙体结构、外门窗墙体结构、太阳能利用等方面采取合适合理的方法措施，确保实现建筑物的整体节能。
　　
　　2　建筑物的平面布置及体形系数应满足节能需要
　　
　　在住宅建筑设计方面，建筑群的布置和建筑物的平面设计合理与否，对冬季获得太阳辐射热和夏季通风降温是十分重要的。比如建筑物的主体朝向，如果由南北改为东西向，耗热量指标约增大5％，空调能耗或外遮阳成本将增大更多。
　　另外建筑体形系数也是建筑热工特性的一个重要指标：根据外国建筑物理研究所的研究成果，体形2系数每降低0.1％，建筑能耗可下降8KWh／(m・a)，图1及图2分别显示了两种典型的住宅平面形式，图1是明厨暗厕式设计，图2是明厨明厕式设计，在相同建筑面积的情况下，图2建筑的体形系数较图1高0.032，很明显从体形系数方面图1型式的建筑平面优于图2。因此，在满足建筑诸多功能要素的条件下，应尽量减少建筑体形的凹凸或错落，降低建筑物体形系数。
　　
　　
　　3　住宅建筑墙体结构节能措施
　　
　　3.1　采用节能的新型墙体材料　 墙体是建筑外围护结构的主体，其所用材料的保温性能直接影响建筑的耗热量。我国以实心粘土砖为墙体材料，保温性能不能满足设计标准。以外墙为例，JGJ26―1995标准规定，在建筑物形体系数(建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值)小于0.3时，某地区传热系数不超过1.16W／(m2・K)，而目前常用的内抹灰砖墙，传热系数都大于上述节能标准数值。因而在节能的前提下，应进一步推广空心砖墙及其复合墙体技术。
　　尽量减少外墙的传热系数，增加外墙的保温隔热性能。目前，我省的建筑节能保温系统主要是膨胀聚苯板薄抹灰、胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统。节能材料主要是膨胀聚苯板和胶粉聚苯颗粒保温砂浆，相关参数见表1、表2。
　　
　　
　　
　　3.2　墙体保温节能方法效果对比分析
　　目前，在建筑中常用的外墙保温主要有：内保温、外保温、内外混合保温等方法。
　　外墙内保温就是外墙的内侧使用聚苯板、保温砂浆等材料，从而使建筑达到保温节能的作用。外墙内保温一个明显的缺陷就是：结构冷热桥的存在是局部温差过大导致产生结露现象。由于内保温保护的位置仅仅在建筑的内墙及梁内侧，内墙及板对应的外墙部分的不到保温材料的保护，因此，在此部分形成冷(热)桥，冬天室内的墙体温度与室内墙角(保温墙体与不保温板交角处)温度差约在10℃左右，与室内的温度差可达到15℃：以上，一旦室内的湿度条件适合，在此处即可形成结露现象。而结露水的浸渍或冻融及易造成保温隔热墙面发霉、开裂。
　　内外混合保温是在设计与施工中，外保温施工操作方便的部位采用外保温，外保温施工操作不方便的部位作内保温，从而实现对建筑保温节能的施工方法。混合保温可以提高施工速度，对外墙内保温不能保护到的内墙、板同外墙交接处的冷(热)桥部分进行有效的保护，从而使建筑处于保温中。然而，混合保温对建筑结构却存在着严重的损害。外保温做法部位使建筑物的结构墙体主要受室内温度的影响，温度变化相对较小，因而墙体处于相对稳定的温度场内，产生的温差变形应力也相对较小：内保温做法部位使建筑物的结构墙体主要受室内环境温度的影响，室外温度波动较大，因而墙体处于相对不稳定的温度场内，产生的温差变形应力相对较大。局部外保温、局部内保温混合使用的保温方式，使整个建筑物外墙主体的不同部位产生不同的形变速度和形变尺寸，建筑结构处于更加不稳定的环境中，经年温差结构形变产生裂缝，从而缩短整个建筑的寿命。保温节能措施中采用内外保温混合使用的做法是不合理的，比作内保温的危害更大。
　　外墙外保温则是将保温隔热体系置于外墙外侧，使建筑达到保温节能的目的。由于外保温是将保温隔热体系置于外墙外侧，从而使主体结构所受温差作用大幅度下降。温度变形减小，对结构墙体起到保护作用并可有效阻断冷(热)桥，有利于结构寿命的延长。
　　
　　4　外门窗节能措施
　　
　　建筑物耗热量是由围护结构传热耗热量及门窗空气渗透耗热量两部分组成，通过本地区多层住宅试验分析，其中围护结构传热耗热量约占总量的73％～77％，空气渗透耗热量占23％～27％，由此可以看出外围护结构是节能设计中的主体，而在传热耗热量所占的份额中，外墙约占23％-34％：窗户约占23％～25％；楼梯间隔墙约占6％～11％：屋顶约占7％～8％；阳台门下部约占2％～3％：户门约占2％～3％：地面约占2％；将窗的传热耗热量与其空气渗透耗热量相加。约占全部建筑耗热量的50％，由此得出的结论是一栋好的节能建筑，采用保温性能及密封性能优异的门窗是至关重要的。
　　根据国内外的相关数据表明，窗户面积每增大10％，则相当于整体外围护保温系统K值降低0.08W2/(m・k)。因此在保证日照、采光、通风、观景要求的条件下。应尽可能减少住宅外门窗洞口的面积，以减少热能的损失。其次，选择适宜的门窗材料及构造设计是其保温性能及密封性能的良好保证：我国目前常用的窗体材料性能比较见表3，不同朝向、不同平均窗墙面积比的外窗传热系数见表4。
　　
　　
　　此外，外门窗作为住宅能耗散失的最薄弱部位，其能耗占住宅总能耗的比例较大，其中传热损失为1／3，冷风渗透为1／3，所以在保证日照、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，其建筑设计过程中的节能措施有：
　　1)控制住宅窗墙比。住宅窗墙比是指住宅窗户洞口面积与住宅立面单元面积的比值，JGJ2&1995《民用建筑节能设计标准(采暖居住部分)》对不同朝向的住宅窗墙比做了严格的规定，指出“北向、东向和西向、南向的窗墙比分别不应超过20％、30％、35％”。
　　2)提高住宅外窗的气密性，减少冷空气渗透。如设置泡沫塑料密封条，使用新型的、密封性能良好的门窗材料。而门窗框与墙间的缝隙可用弹性松软型材料(如毛毡)、弹性密闭型材料(如聚乙烯泡沫材料)、密封膏以及边框设灰口等密封：框与扇的密封可用橡胶、橡胶或泡沫密封条以及高低缝、回风槽等；扇与扇之间的密封可用密封条、高低缝及缝外压条等；扇与玻璃之间的密封可用各种弹性压条等。
　　3)改善住宅窗的保温性能。户门与阳台门应结合防火、防盗要求，在门的空腹内填充聚苯乙烯板或岩棉板，以增加其绝热性能；窗户最好采用钢塑复合窗和塑料窗，这样可避免金属窗产生的冷桥，可设置双玻璃或三玻璃，并积极采用中空玻璃、镀膜玻璃，有条件的住宅可采用低辐射玻璃：缩短窗扇的缝隙长度，采用大窗扇，减少西欧窗扇，扩大单块玻璃的面积，减少窗芯，合理地减少可开启的窗扇面积，适当增加固定玻璃及固定窗扇的面积。
　　4)设置“温度阻尼区”。所谓温度阻尼区就是在室内与室外之间设有一中间层次，这一中间层次象热闸一样可阻止室外冷风的直接渗透，减少外墙、外窗的热耗损。在住宅中，将北阳台的外门、窗全部用密封阳台封闭起来，外门设防风门斗，防止冷风倒灌，楼梯间设计成封闭式的，对屋顶上人孔进行封闭处理等措施均能收到良好的节能效果。
　　
　　5　屋面节能措施
　　
　　在不断改进建筑外墙、外窗的保温性能后，还必须进一步加强屋面保温隔热的研究。屋面节能措施的要点，其一是屋面保温层不宜选用密度大、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时因保温层大量吸水而降低保温效果，如选用吸水率较高的保温材料，屋面上应设置排水孔以排除保温层内不易排出的水分。
　　现在，高效保温材料已经开始应用于屋面，一些建筑的屋面保温，采用膨胀珍珠岩保温芯板保温层代替常规的沥青珍珠岩或水泥珍珠岩做法，就克服了常规作法的诸多缺点。这种保温芯板施工方便、价格低廉、不污染环境：芯板为柔性制品，不仅适用于具有平面的屋面，也可用于带有曲面的屋面，其保温工程更可显示出它的优越性。其主要技术指标，表观密度为110kg／m3～150kg／m3；导热系数为0.04W／m・K～0.06W／m・K；蓄热系数为0.09m2・K～0.11m2・K。抗压强度大干0.2MPa；吸水率小于0.01％；蒸汽渗透系数为2.18x10-7g／m・n・Pa。这些指标充分体现了膨胀珍珠岩密度小，导热系数较低，而且吸水率和蒸汽渗透系数也都很低。这是保温性能好的材料所必须具备的。
　　此外，屋顶绿化已成为许多现代城市住宅的节能选择，既美化了屋顶，又能起到良好的节能效果，且环保、可持续发展。
　　
　　6　其它节能降耗措施
　　
　　6.1　降低夏季空调能耗
　　夏季室内外温差较小，根据人们在非寒冷季节通风换气的生活习惯，窗的开启面积要适当，保证卫生需求，应不低于1.0次/h。当室外温度低于室内温度时。应该主要依靠通风换气排除室内产热能和进人的太阳辐射热。试验表明，增大通风换气次数对降低夏季空调耗效果明显，而且达到10次／h通风换气并不困难，只要建筑平面布局合理，窗的开启面积适当，是完全可以满足的。
　　
　　6.2　充分利用太阳能资源
　　
　　太阳能作为一种天然的洁净能源，也是住宅建筑设计上广泛推广的节能设计之一。从近年来的能源使用和发展情况来看，煤、电、油的供应紧张已经不容忽视，太阳能应该由补充能源向“代替能源”发展。特别是太阳能热水器经过20年的发展，产品的生产研发技术日趋成熟，越来越受到消费者的青睐。另外，从使用效果和居卫的淋浴费用和投资回收周期来看，太阳能热水器也具有较大的成本优势。
　　然而由于各方面原因，目前太阳能热水器仍以一家一户的零散安装使用方法为主，存在破坏建筑结构、热水温度不稳定等因素。要解决这些问题就必须将太阳能利用装置纳入到建筑设计规范当中，在设计时将太阳能热水器设备纳入到建筑设计之中预留太阳能设置位置，特别是在厨房卫生间内。如果太阳能热水器能够充分加以推广应用，就可以大大节省常规能源，也是建筑节能的发展方向。
　　
　　7　结语
　　
　　综上所述，建筑物作为一个完整的系统，如何实现高效率地利用资源，最低限度造成对环境的影响是节约能源的重要环节。总之，只要按照建筑节能设计新标准严格把好建筑节能设计关，监督好施工节能用材关，就能有效提高居住建筑节能效率，降低建筑能源耗费，节约居家生活成本，为住户打造真正的环保节能、舒适、健康、方便的高品质住宅，为国民经济可持续发展做出贡献。

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