关于夏热冬寒地区建筑节能设计的探讨

　　摘要:本文通过对克拉玛依目前建筑保温节能的重要性进行了分析,同时根据克拉玛依地区夏热冬寒的特点主要就外墙、外窗及屋顶隔热保温节能设计作了详细的阐述。

　　关键词:夏热冬寒地区;保温节能;外墙保温;外窗保温;节能设计

　　1、建筑保温节能的重要性

　　克拉玛依地区夏热冬寒十分突出,冬季寒冷最低温度可达零下30多度,夏季最高温度高达40多度。由于我国对建筑保温、隔热、气密性不够重视,使得既有建筑和新建建筑的保温、隔热、气密性大部分都很差。据统计我国建筑能够达到节能设计标准的占城乡建筑面积系数的9%,但绝大多数的建筑仍旧是高能耗建筑。由此可见,要想改变我国目前的能源紧张局面,缓解能源供应压力,关键在建筑节能。建筑节能成为各种节能途径中潜力最大、最为直接有效的方式,是缓解能源紧张,解决社会经济发展与能源供应不足最有效措施之一。为此,本文作者就克拉玛依市建筑设计中外墙、外窗和屋顶节能设计进行探讨供同行参考。

　　2、外墙保温节能设计

　　通常情况下,外墙在建筑外表面积中所占的比例最大,通过外墙的传热耗热量约占整个建筑的23%～34%[1]。对夏热冬冷地区而言,外墙节能率的提高对整个建筑的节能贡献较大。《标准》中限定外墙的传热系数K≤1.0 W/(m2?K)[2]。

　　在现行的内保温、外保温和中间夹芯保温3种外墙保温体系中,外墙外保温是被大量的研究理论和实践证明具有明显优势的构造体系,也是应用最多的作法。目前外墙外保温体系常用的保温材料有阻燃型膨胀聚苯板(EPS)、聚苯颗粒保温浆料、挤塑聚苯板(XPS)、聚氨酯硬泡等,这些材料均可满足热导率λ≤0.05W/(m?K)的要求,各个地方也都有应用。

　　外墙外保温效果决定于基础墙体和保温材料的热工性能,设计应根据不同的情况进行计算比较分析,选择经济效益合适的组合方案。如以国家推广使用的新型建筑材料——蒸压加气混凝土砌体结构为例,由于加气混凝土材料的热导率较低(λ=0.19～0.22 W/(m?K)),200厚加气混凝土砌体(双面抹灰20mm厚)的传热系数计算值约为0.85～0.90W/(m2?K)(加气混凝土砌块材料干密度ρ=500～700kg/m3,未考虑热桥影响),墙体本身基本满足K≤1.0W/(m2?K)的规定要求。若加铺30mm厚阻燃型膨胀聚苯板(λ≤0.042W/(m?K),ρ=18～20kg/m3),墙体主体传热系数K≈0.56W/(m2?K),聚苯板改为50mm厚则K≈0.45W/(m2?K),保温效果大大提高。但应注意保温材料并非越厚越好,根据国内有关研究[3],墙体传热系数达到一定值后继续加大厚度节能效率的提高趋于平缓,而经济性下降,因此,根据克拉玛依地区气象条件外墙选用100mm厚阻燃型膨胀聚苯板(EPS) 则K≈0.338W/(m2?K)是合理的经济厚度。

　　对于克拉玛依地区来说,夏季隔热的问题更为重要,由于保温材料的广泛应用在夏季又起到了良好的隔热作用,但是一般透气性较差,所以在夏季减少外墙太阳辐射热的主要途径包括通风、反射、绿化等方面采取措施。

　　实验证明,浅色光滑材料可提高墙面反射性,降低太阳辐射得热,因此,建筑外表面宜选择浅色涂料、面砖墙体饰面材料。而利用建筑绿化、通风也是夏季隔热、消除热岛负效应的较好措施,应结合建筑规划、立面要求等综合考虑。

　　3、外窗节能设计

　　窗是建筑中变化最为丰富的构件。同时,通过外窗的传热耗热量与空气渗透量相加约占整个建筑全部传热耗热量的50%,是建筑耗热的薄弱环节、节能的重点部位,提高外窗的热工性能可对建筑产生23%

　　以上的节能率[1],因而《标准》中对外窗的限制也较多。主要包括窗墙面积比、传热系数、遮阳系数、气密性方面指标。

　　3.1 合理控制窗墙面积比

　　窗墙面积比是指外墙窗洞口面积与房间立面单元面积的比值,由于通过窗流失的热量较墙体多,因此,窗墙面积比值越大对建筑节能越不利。《标准》中对各气候区做出“建筑各向窗墙面积比S≤0.7”的强制性限定[2],显而易见,这样的规定将对建筑外观效果产生较大的影响。

　　由于外窗同时又具有采光、通风等重要功能,也是建筑立面设计中活跃的元素,因此,在建筑设计中应综合各种因素,通盘考虑后合理确定各向墙面开窗面积和窗户形式。根据规范要求,不同朝向、不同窗墙面积比的外窗传热系数是不一样的,窗体材料的选择应符合规范规定。实际上《标准》中规定的窗墙面积比是经过大量的计算实践得出的,一般情况下均能满足各项功能需要。设计中要注意尽量避免出现过大或过小的极端情况,否则可能为降低窗户K值而造成造价增加或降低建筑物的功能。

　　3.2 提高窗户热工性能,减少空气渗透量

　　近年来我国在节能门窗的研究方面取得了很大的进展,改进外窗热工性能主要集中在提高玻璃、窗框热阻和加强密封性方面。表1 为目前国内常见的几种节能窗户的热工性能参数。降低外窗传热系数应选择保温性能较好的中空玻璃、Low-E玻璃和热断桥型窗框材料。

　　随着窗户与其他围护结构传热系数的降低,这些部位在建筑总失热量中所占比例越来越小,而空气渗透耗热量的比重不断上升。研究证明[4],气密性等级相差一级将造成外窗实际保温性能下降二级,影响非常明显,因此,应予以充分重视。设计中应正确选择窗框扇材料、增加外窗中玻璃面积比重来提高气密性,而加装密封条则是减少缝隙渗透最有效的措施,必须重视并合理采用,使外窗气密性等级符合GB/T7107—2005《建筑外窗气密性能等级分级及其检测方法》中4级标准规定。同时从卫生角度考虑,气密性显著提高后应设可调节的通风换气装置。

　　3.3 合理控制外窗遮阳系数

　　简言之,遮阳系数系指外窗对阳光的遮挡程度,是影响外窗节能的另一个重要指标。降低遮阳系数可以减少夏季通过外窗的太阳辐射得热,降低室内制冷负荷,提高建筑节能效果。窗口遮阳系数取决于窗体材料、外遮阳形式、构造、材料及颜色等因素。如遮阳型Low-E玻璃,其低辐射镀膜层可以有效反射太阳中的远红外辐射,具有较低的遮阳系数(SC<0.5)[3]。而更为有效的方法是设置卷帘窗或外遮阳,可活动的卷帘窗或外遮阳形式多样,夏季放下可有效阻挡太阳辐射热,冬季收起又可充分吸收太阳辐射热能,已成为夏季隔热的重要手段,适合于夏热冬冷地区南区。另外在玻璃表面贴隔热膜或在中空玻璃内设置各种格栅状的可调构件等也是降低窗户遮阳系数的有效措施。

　　由于降低遮阳系数不同程度降低窗户的透光率和通风效果。据观测设置外遮阳后室内照度一般降低53%～73%,室内风速减弱22%～47%[5]。《标准》中也规定当窗墙面积比<0.4 时,玻璃的可见光透射比≥0.4。因此,要注意综合考虑确定。

　　鉴于克拉玛依属寒冷地区,常年风沙比较大,设计中根据当地具体的气候特征,考虑不同玻璃品种窗户的热工性能及对建筑能耗的影响,应选用保温性能和隔热性能、密封性均较优良的外窗,并采取合适的外遮阳措施,形成良好的组合方案。

　　4、屋顶节能设计

　　一般情况下屋面的传热耗热量仅占整个建筑的7%～8%[1],但对于顶层房间的热工性能影响却非常显著。提高屋顶保温、隔热性能应宜采用热阻值大、性能稳定、轻质高效、吸水率低、耐久性好的材料作为保温层。

　　克拉玛依地区冬季寒冷,夏季干旱雨少,日照时间长,春季风沙又大,不宜采用架空通风隔热层或通风坡屋顶的构造形式,由于屋顶围护结构外表面受到的太阳辐射强度和日照时数以水平面为最大,所以屋顶隔热保温尤为突出和要重。经过设计计算选用120mm厚阻燃型膨胀聚苯板(EPS)则K≈0.274W/(m2?K)是合理的经济厚度。具体做法如下:屋面结构层—隔气层—(下转24页)

　　(上接23页)保温层(120mm厚阻燃型膨胀聚苯板(EPS)—保护层—防水层—保护层。冬季可以避免室内的热量散发,夏季又避免了太阳辐射热直接照射屋面传导到室内,同时具有隔热保温效果明显、构造简单、施工方便、造价较低等优点。

　　5、结语

　　中国建筑日益扩大,建筑节能的形势越来越严峻。为此,国家对建筑节能决策的力度也正在不断加大,外墙节能需要更加推广应用,外墙保温系统的前景应该更加广阔。

　　参考文献:

　　[1]本书编委会.建筑设计资料集[M].2 版,北京:中国建筑工业出版社,1994.

　　[2]GB50189—2005,公共建筑节能设计标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2005.

　　[3]李志杰,王万江.严寒地区居住建筑实施节能65%的分析[J].

　　[4]崔希骏.节能建筑外窗的配置研究[J].门窗,2007(5):13-21.

　　[5]柳孝图.建筑物理[M].2 版,北京:中国建筑工业出版社,2000.