寒冷地区节能设计（共8篇）
寒冷地区节能设计 篇1
摘要：不同热工分区下的住宅热环境状况及设计不相同。针对寒冷地区,节能型住宅从建筑选址、规划到建筑设计、设备选择等环节都要注意节能技术的利用,不仅要满足冬季保温要求,还要兼顾夏季隔热。
关键词：节能型住宅,寒冷地区,节能技术,建筑规划
0 引言
我国大部分地区四季分明,从建筑热工设计角度我国各地气候分为五个气候区,称之为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区[1]。不同的建筑热工设计分区对住宅设计提出的要求不同,例如严寒地区必须充分满足冬季保温要求,一般可不考虑夏季防热;夏热冬暖地区必须充分满足夏季防热要求,一般可不考虑冬季保温。本文主要讨论寒冷地区。寒冷地区分区的指标是最冷月平均温度0~10℃,我国河北、河南、山西、陕西、青海、新疆等地均属于此分区。寒冷地区节能型住宅设计首先应满足冬季保温要求,部分地区还要兼顾夏季防热。节能型住宅从建筑选址、规划到建筑设计、设备选择等环节都要注意节能技术的利用。
1 优化小区规划设计
人类活动总是要造成对自然的破坏,建筑在建造过程中造成的破坏是相当大的,所以,为了减小改建和再建的频率,规划的合理性是建造一个可持续发展居住区的首要条件[2]。在小区规划中建筑的选址、朝向、间距、体型、体量、排列方式、色彩、绿化配置等因素对建筑节能都有影响。建筑物体型与布置位置不同,会导致建筑周围空气流动状况有很大差别,冬季寒冷地区在冬季主导风向下,若在建筑物表面形成较大风速,会使建筑散热量增加5%~7%,若在建筑两侧形成较大风压,则会增大建筑物的冷风渗透,使耗热量增加10%~20%[3]。对于寒冷地区建筑选址应避免“霜冻效应”,一般不宜布置在山谷、洼地、沟底等凹地处。其次选址还应注意冬季防风和夏季有效利用自然通风的问题,在寒冷地区考虑冬季防止冷风渗透而增加采暖能耗,住宅建筑应选择避风基址建造。我国寒冷地区大部分位于季风区,冬偏北,夏偏南,在进行住宅小区规划时,应封闭西北向,进行冬季防风处理。
2 外墙节能技术
对外墙进行保温,无论是外保温、内保温还是夹心保温,都能够提高冷天外墙内表面温度,使室内气候环境有所改善。外墙内保温技术是在外墙结构的内部加做保温层。内保温具有施工速度快、操作方便灵活的特点,能保证施工进度。但内保温存在很多问题,像使用面积被占用很多,难以解决“热桥”问题,严重处引起开裂,进而影响施工速度,影响用户的二次装修。外保温技术是将保温材料设置在主体墙外侧,外保温的效果比内保温更好。首先外保温可以有效避免产生热桥,节约采暖能耗。从住户方面考虑,外保温不仅增加了住宅的使用面积2%,而且还没有对内保温住宅进行室内装修的限制。另外,外保温还可以保护主体结构,延长建筑物寿命[3]。外保温技术是将保温材料设置在主墙体外侧。在住宅工程中,适合我国的外墙外保温方式主要有聚苯颗粒外保温方式、粘贴聚苯板外保温方式、大模内置聚苯板外保温方式、预制外挂保温板、新型外墙外保温方式等。
3 屋面节能技术
由于太阳直射和大气长波辐射的双重作用,屋顶因接触上升热压气流,散热量较大,冬季保温性能较差,夏季吸收大量太阳辐射热,造成室内气温过高。屋顶的节能设计应该从冬季保温、夏季通风隔热等方面进行考虑[4]。屋面保温是为了降低寒冷地区住宅顶层房屋的采暖耗热量。我国住宅建筑结构体系的屋顶保温措施主要有外保温屋面、倒置式屋面等。倒置式屋面是外保温屋面形式的一个倒置形式,它是把保温层做在防水层的上部,防水层做在保温层和楼板的界面上,保温层上部的保护层有良好的透水和透汽性能。这种屋面构造简单,不必设置屋面排汽系统,防水层受到保护,避免热应力、紫外线以及其它因素对防水层的破坏,如果采用聚苯乙烯保温板能保持长久的保温功能,日后屋面检修不损材料,方便简单。
4 采暖系统节能
对于寒冷地区,采暖能耗是住宅能耗的主要部分。因此建筑节能的重点之一就是放在降低采暖能耗上。伴随着城市能源结构的调整,住宅采暖方式也必然会受到巨大影响。如何选择能源转换效率最高,同时也能有效改善环境的采暖系统,需要仔细研究。目前采暖主要利用煤、天然气采暖、电驱动采暖等。电驱动采暖中有一项热泵技术,从低温热源中取热,提升其温度后,为建筑物提供热量,解决采暖和生活热水的热量供应,是直接燃烧一次能源而获取热量的主要替代方式。采用热泵技术,只要其电热转换效率大于3,就应是最节省一次能源的产热方式[3]。热泵方式主要有空气热泵、深井回灌水源热泵、地下埋管型土壤源热泵、污水源热泵等。在冬季采暖必须用电时,应尽可能采用热泵方式。地下埋管型土壤源热泵通过在地下垂直或水平的埋入塑料管,通入循环工质,成为循环工质与土壤间的换热器,单管产生热量为30~50W/m[1]。在冬季通过这一换热器从地下取热,成为热泵的热源;在夏季从地下取冷,使其成为热泵的冷源。这就实现了冬存夏用,或夏存冬用。地下埋管热泵的问题是设备投资高,需要大量从地下取热储热,占地面积大。
5 案例
郑州“天地惠城”节能双子楼,位于郑州市长江路与连云路交叉口向东300米路北,属于“天地惠城”整体项目的二期工程。在郑州“天地惠城”节能双子楼项目中,除了采用了比较成熟的的节能技术,如:中空玻璃、地源热泵、太阳能、风能等,还利用热压通风原理(烟囱效应)形成“呼吸墙体”来保证建筑物节能。所谓的烟囱效应就是利用建筑内部空气的热压差来实现建筑的自然通风。利用热空气上升的原理,在建筑上部设排风口可将污浊的热空气从室内排出,而室外新鲜的冷空气则从建筑底部被吸入。热压作用与进、出口的高差和室内外的温差有关,室内外温差和进、出口的高差越大,则热压作用越明显。在建筑设计中,可利用建筑物内部贯穿多层的竖向空腔——如楼梯间、中庭、拔风井等满足进、排风口的高差要求,并在顶部设置可以控制的开口,将建筑各层的热空气排出,达到自然通风的目的。与风压式自然通风不同,热压式自然通风更能适应常变的外部风环境和不良的外部风环境[5]。“呼吸墙体”主要是利用中空的墙体与外界相连,通过外墙可控制性开关,利用热压实现室内外空气的流动,从而达到能量的交换。呼吸墙体的核心环节是如何把握中空墙体内外两层墙的间距以及墙体表面所用的材料。维护结构中的空气层厚度,一般以4-5cm为宜。为提高空气间层的保温能力,间层表面应采用强反射材料。(图1)
冬季,关闭双子楼与外界连接的孔洞,双子楼的中空墙体会与外界隔离,使整个大楼的内墙处在一个空气层的保护中,静止的空气介质导热性甚小,在封闭的空气间层中,其热传导系数主要取决于间层两个界面上的空气边界层厚度和界面之间的辐射换热强度再配合“地源热泵”系统所提供的地热能,从而达到保温的效果;夏季,开启外墙孔洞,让墙体与外界和室内相连。利用“烟囱效应”让空气形成快速对流,从而带走室内热量,达到节能降温的目的。合理利用自然通风能取代或部分取代传统空调系统,不仅能不消耗不可再生能源实现有效被动式制冷,降低室内温度,带走潮湿气体,改善室内热环境,而且能提供新鲜、清洁的自然空气,改善室内空气品质,有利于人的生理和心理健康,满足人们心理上亲近自然、回归自然的需求。
综上所述,“天地惠城”节能双子楼从规划、立项开始就注重节能理念的使用,从住宅小区规划设计,到选择材料,确定采暖设备,建筑节能技术覆盖到了建筑物成形的每个环节,在这些环节中,面对变化的环境与条件,不断优化设计,努力实现节能住宅的目标。
参考文献
[1]民用建筑热工设计规范(GB50176-93).北京:中国计划出版社,1993.
[2]宋福玲,孙婷婷.关于居住区节能规划设计的探讨[J].科技信息,2010,(27).
[3]江亿,林波荣等编.住宅节能[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.
[4]张云华.生态节能住宅的屋顶节能设计研究[J].住宅科技,2008,(11).
[5]张忠扩,姚志飞.烟囱效应在建筑节能中的应用[J].暖通与空调,2010,(10).
寒冷地区节能设计 篇2
摘 要：既有建筑节能改造是降低建筑能耗的一个重要途径。文章主要研究寒冷地区既有公共建筑外墙节能改造，其中外墙节能改造的技术主要从外墙外保温技术方面入手。通过对比常见既有建筑外墙传热系数和公共建筑传热系数限值，分析后提出提高既有建筑外墙热工性能的措施。对外墙内保温和外保温的优缺点进行对比分析，得出适合既有公共建筑外墙的保温方式是外墙外保温系统。文章最后对既有公共外墙进行外保温节能改造技术进行分析，提出适宜其节能改造的外墙外保温系统分别是硬质聚氨酯泡沫塑料、EPS、XPS板系统。
关键词：既有建筑；外墙；外保温；节能改造
在我国建筑中，公共建筑总面积约占居住建筑总面积的1/4，单位建筑面积能耗却是居住建筑的10倍左右，占总建筑耗能的比例高。建筑节能尤其是大型公共建筑的节能已成为当前节能工作中最重要内容之一。其中，寒冷地区既有公共建筑的能耗在我国建筑总能耗中占有重要地位。近年，寒冷地区既有公共建筑的外围护结构特别是外墙节能改造技术已成为一项重要的研究课题。随着公共建筑的面积不断扩大，大部分既有公共建筑由于外墙的保温性能差，使得公共建筑每年的能源消耗量不断上涨，浪费了大量资源，不符合节能标准。因此，对寒冷地区既有公共建筑外墙的节能改造技术分析具有很强的现实意义。
1 既有建筑外墙分析
1.1 既有公共建筑外墙特点
1.1.1 墙体构造多样化
墙体为混凝土剪力墙；框架填充砌筑黏土砖或各种砌块；黏土砖砌筑。
1.1.2 外墙保温隔热效果差
外墙厚度和材质决定这些建筑物外墙传热系数不符合国家节能设计标准。
1.2 外墙热工性能分析
针对我国寒冷地区，在已建成的大量既有公共建筑中有一部分建筑能耗不满足现行节能设计标准。而寒冷地区既有公共建筑中常用的墙体热工性能如下表：
通过对比分析以上数据得出寒冷地区既有公共建筑的外墙热工性能并不满足现有的节能设计标准。对于寒冷地区而言，最重要的是外墙保温的改造。因此，做好对外墙的节能改造，对降低建筑物的能耗能起到非常重要的作用。在墙体保温的研究中，我国的外墙外保温技术不断得到应用，且很多研究机构都进行了外保温实验室及其技术试验工程的建立，能够进行外墙外保温技术的深入研究。
2 提高外墙保温性能的措施
在寒冷地区，由于冬季室内外温差大，进行既有建筑外墙节能改造时，主要以增强外墙的保温性能为主。
在节能改造过程中提高外墙保温性能的措施主要有两种做法：
（1）防止外墙中出现凝结水，宜在外墙靠室内一侧设置隔蒸汽层，阻止室内水蒸气进入墙体。
（2）防止外墙出现空气渗透，墙体材料一般都不密实，有许多微小的孔洞。墙体上设置的门窗等构件，因安装不严实或材料收缩等，产生一些贯通性微缝。冬季由于热压和风压使外墙出现了空气渗透。一般采取选择密实度高的墙体材料，墙体内外加抹灰层，加强构件间的缝隙处理等措施。
3 解决节能改造中热桥问题的措施
在寒冷地区的建筑中，由于建筑结构的特点，在建筑外围护结构上出现了许多热桥，如外墙上的钢筋混凝土梁、柱、板的连接处；外墙与钢筋混凝土的梁、柱、板的连接处；外墙与内墙的连接处；外墙与外门窗的连接处；外墙上砌出凹凸的装饰造型等。据有关资料统计，建筑物沿外墙“热桥”增加热损约占25%，可见“热桥”所增加的热负荷是相当大的。
在节能改造中，解决热桥问题主要有以下几种措施：
（1）采用高效保温的涂抹型的保温材料，将外露于室外的钢筋混凝土构件，在距外墙表面或屋顶的一定距离内，在其表面上涂抹一层适当厚度的保温涂料，以降低热桥本身与室外冷空气或室内热空气的直接热交换，从而提高了热桥的热阻性。
（2）在外墙上的热桥及其周围，包括内、外墙角和外门窗的热桥影响区表面上，采用涂抹型高效保温涂料代替普通水泥砂浆，提高热桥影响区的热阻。
（3）在外墙上的热桥周围，采用合理的外保温技术，可以减少热桥的产生。
（4）当楼板、屋面板或梁采用混凝土预制构件时，可以在混凝土构件的外边缘填塞保温板，以加强热桥部位的保温。
（5）在热桥影响区的内表面粘贴或涂抹的保温材料，宜采用憎水性的保温材料。
4 外墙保温方式的选择
外墙保温方式主要分为内保温和外保温，外墙内保温是将保温材料复合在承重墙内侧；外墙外保温是在主体墙结构外侧粘贴固定保温材料，并在保温材料的外侧抹砂浆或其他保护装饰。
采用内保温用于既有建筑外墙节能改造，在施工时会影响室内住户的正常生活，这种技术易产生热桥、结露等问题，所以它不适用于寒冷地区。
与内保温相比，外保温技术是将保温隔热体系置于外墙外侧，该项技术与内保温技术相比具有明显的优越性，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。外保温的优势体现于以下几点：
（1）外墙外保温改造可以避免产生热桥。在寒冷地区，热桥不仅会造成额外的热损失，还可能使外墙内表面潮湿、结露，甚至发霉或淌水。因此，在采用同样厚度的保温材料的条件下，外保温要比内保温的热损失减少约1/5，从而降低了建筑能耗。
（2）进行外保温改造后，由于内部的实体墙热容量大，室内能蓄存更多的热量，使得太阳辐射或间歇采暖造成的室内温度变化减缓，室温较为稳定，有利于节能。
（3）采用外保温方式，可以保护内部墙的主体结构。室外不断变化的气候只会作用于外保温层，不会引起墙体内部较大的温度变化，从而使内部的主体墙冬季温度提高，湿度降低，温度变化较为平缓，热应力减少，可以减少外墙产生裂缝、变形、破损的几率，延长建筑寿命。
（4）既有建筑外墙外保温改造可以使建筑更为美观，使既有建筑面貌为改观。在同等材料条件下，外保温比内保温的热损至少减少20%，从而达到节约能耗的效果。
综上所述，既有建筑外墙改造多选用外保温方式。在改善外墙热工性能的同时，能够提高节能效果，还可以结合既有建筑的自身特点，考虑美化建筑立面效果，做到节能立面改造一步到位，从而有效避免既有建筑节能改造完成后从新进行改造。
5 工程实践中外墙外保温系统分析
外墙是外围护结构中能耗较大的构件，对寒冷地区既有建筑外墙实施节能改造，重点是应该做好保温问题。 如果保温材料的`选择较为恰当，则可以大大地提高墙面的寿命，减少墙面开裂的情况，提高整个墙体的性能。另外将新型材料应用在墙体的外保温技术中，选择的材料应用模式为紧贴墙体。该保温和隔热效果十分明显，并且因为具备的结构特点，可以在一定程度上降低柱结构的墙体应用，对此能够扩大建筑的应用面积。用于建筑外保温的节能材料主要有聚苯乙烯泡沫塑料板（EPS及XPS）、岩（矿）棉板、玻璃棉毡以及超轻的聚苯颗粒保温料浆等。
合理选择既有建筑的外墙保温系统及技术措施，可以有效地降低因墙体导热和热桥现象造成的热损失，从而提高外围护结构的保温性能，有效节约能源。同时还可避免因温度应力造成的墙面开裂，防止墙面产生结露、霉变现象，大大改善既有建筑的舒适度，延长其使用寿命。适宜于外墙节能改造的外保温系统主要有：EPS板薄抹面外墙外保温系统、XPS聚苯板薄抹灰外墙外保温系统、胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统、胶粉聚苯颗粒夹芯聚苯板（三明治）系统、喷涂硬泡聚氨酯外墙外保温系统和岩棉、玻璃丝棉装配式骨架外保温系统等。中德合作进行的北京市惠新西街12号楼外墙外保温节能改造，该工程采用了德国MAXIT公司的外保温技术，保温材料为100mm厚EPS板，计算传热系数为0.40W/（m2・K），具有较好的保温节能效果。潍坊某建筑工程总建筑面积16万余平方米，保温系统最终确定采用单组份水泥聚合物干混砂浆、聚苯板玻纤网增强外墙保温施工体系（TDL系统）。该系统由EPS板、TDL-013聚合物砂浆和耐碱玻璃纤维网格布组成。改造后经检测，节能性能符合现行节能设计标准，具有较好的节能性能。XPS板与EPS板相比具有较高的压缩强度，较低的吸水率，较低的水蒸气透过系数。北京某郊区县的一临街建筑，对外墙面层已大片脱落的办公楼进行墙体改造，经过综合比较分析，最终决定采用单面挂网复合聚苯板外墙外保温技术。可见在公共建筑的外墙保温改造中常采用聚苯板材料。
从保温系统材料性能来看，硬质聚氨酯泡沫塑料、EPS、XPS板的导热系数较小，表观密度较小，垂直于板面方向的抗拉强度较大，因此适合用于寒冷地区的建筑外墙节能改造。在实际应用中，临沂市桃源大厦采用了胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统，该保温系统可以充分利用废旧泡沫聚苯板、粉煤灰等废料，可以减少污染，有利于保护环境。但是胶粉聚苯颗粒的导热系数略大，综合以上优缺点得出胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统不适宜大面积应用于寒冷地区。
6 结语
针对寒冷地区既有建筑外墙节能改造，最重要的是外墙保温改造。其中应用最广泛的是外墙外保温技术。提高外墙保温性能的措施主要是增加外墙厚度，使用孔隙率高、密度小的材料改造。其中通过在外保温系统中运用新型材料能够起到更好的保温性能和节能性能。对于既有建筑特别是公共建筑外保温改造，并非任何一种外保温技术都适用。一要注意所选择外保温技术对建筑物所在气候区域气候特点的对应性，对外保温技术各有不同的特点要求。二要注意外保温技术是否能满足本建筑物的基本使用要求。另外，墙体中存在一些传热异常部位，这些部位的节能改造方案设计合理与否，直接影响建筑节能改造的效果，应给予足够的重视。适合寒冷地区既有公共建筑外墙保温改造的系统主要是硬质聚氨酯泡沫塑料、EPS、XPS板系统，这三种外保温系统能起到更好的保温性能，具有很好的节能性能，有广阔的应用前景。
参考文献
[1] GB50189-.公共建筑节能设计标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.
[2] 况原忠.重庆市既有公共建筑节能运行及其节能效果评价[D].重庆：重庆大学城市建设与环境工程学院，.
[3] 刘强，邱立平等.绿色生态节能技术在建筑改造中的应用研究[J].工业建筑，，42（02）：10-13.
[4] 王南，谷禾.浅析建筑节能及其墙体保温技术的协调[J].科技创新与应用，2015（12）：238
[5] 李婷，荆有印，陈拓发.外墙保温对不同地区大型公共建筑冷热负荷的影响分析[J].建筑节能，2012（04）47.
[6] 罗国钰.浅析建筑墙体保温材料及墙体保温技术[J].城市建设理论研究，2015（15）.
[7] 郝高伟，郭朋云.对于建筑节能与墙体保温的相关分析[J].建筑工程技术与设计，（27）：872.
[8] 卢春生.建筑外墙体保温技术及质量控制研究[J].城市建筑，2013 （22）：119.
[9] 顾军政.建筑节能墙体保温技术的研究[J].城市建筑，2013（12）：175.
[10] 杨晨.建筑节能与墙体保温的研究[J].低碳世界，2015（06）：194.
寒冷地区节能设计 篇3
建筑节能是我国节能减排的重要内容之一。我国在第1阶段 (1986-1996年) 的建筑节能设计标准是节能率30 %, 第2阶段 (1996-2010年) 的节能设计标准是节能率50 %, 即在第1阶段建筑节能的基础上再节能20 %, 第3阶段即现阶段 (自2010年8月起) 建筑节能设计标准是节能率65 %, 也就是在第2阶段的基础上再节能15 %。本文就我国严寒及寒冷地区建筑节能65 %的设计标准进行了探讨。
1 采暖居住建筑节能65 %的含义
采暖地区包括我国的寒冷及严寒地区。JGJ 26—2010《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》规定, 我国采暖地区居住建筑节能65 %是指通过在建筑设计和采暖设计中采取有效的技术措施, 将采暖能耗在当地基准能耗的基础上节能65 %。基准能耗是以各地1980-1981年住宅通用设计、4个单元6层楼、体形系数为0.3左右的建筑物的耗热量指标计算值, 经线性处理后的数据。
2 建筑节能的计算及材料的选定与对比
随着经济的不断发展, 国家对节约能源、保护环境、改善居住条件等问题越来越重视, 并制定了一系列的节能措施。严寒及寒冷地区的传热系数限值是通过对气候子区的能耗分析和考虑现阶段技术成熟程度而确定的。在我国的严寒地区, 第2阶段节能时, 围护结构的保温厚度已达到6～10 cm, 对于施工方面而言, 保温厚度10 cm的施工已有相当大的难度, 并且单纯靠增加保温层厚度获得的节能收益很小。因此, 应提高采暖管网输送热效率及锅炉的运行效率, 以减轻对围护结构的压力。
2.1 关于建筑体形系数与窗墙比限值的研究
适当地放宽建筑的体形系数, 将建筑按照层数重新定义限值, 以避免多层建筑体形系数超过限值;适当地放宽窗墙比限值, 将研究重点放在各朝向外窗的传热系数限制上。
2.2 关于围护结构传热系数限值的研究
研究的基本思路为:
(1) 围护结构传热系数限值是在满足建筑物总耗热量指标要求的前提下, 以外墙及外窗为研究重点, 其他部位可适当放宽。
(2) 单元入口对讲门为定型产品, 若重新设计, 加工费用较高, 加之考虑到已设内门斗, 对热耗影响较小, 因而仍采用节能50 %的设计标准。
(3) 地面对总耗热量指标影响较小, 仍采用节能50 %的设计标准。
(4) 外墙、屋面及外窗可适当地提高设计标准。
(5) 采暖与非采暖房间的隔墙, 仍采用节能50 %的设计标准。以山西省原平市6层建筑围护结构为例, 其传热系数限值对比见表1。
3 建筑节能65 %的工程应用实例
3.1 工程概况
某试点工程总建筑面积为6 000 m2, 为6层住宅, 采用砖混结构, 外墙为360 mm厚黏土烧结砖;共分3个单元, 一梯两户, 总计36户。
3.2 节能技术措施
建筑节能是一项系统工程, 不仅包括总体规划、建筑结构、采暖、通风、给排水、电气等专业, 而且还包括建筑材料、相关物品及设备。试点工程中在上述各方面采取了技术措施, 其重点是围护结构的节能。
3.2.1 总体规划节能措施
(1) 该试点工程为南北向布置, 以取得良好的日照;主要卧室及起居室均布置在南向, 以避开冬季主导风向。
(2) 小区开发属棚户区改造工程, 日照间距为1.5 h, 满足城市规划的要求。
(3) 小区绿地率为35 %, 以宅前绿地为主, 可减少太阳辐射对住宅的影响。
(4) 小区住宅布置以行列式为主, 有利于室外气流的组织。
3.2.2 建筑专业节能措施
(1) 试点工程体形系数为0.269, 符合<0.3的要求。
(2) 屋顶采用120 mm厚EPS保温, 传热系数为0.39 W/ (m2·K) , 小于课题限值0.45 W/ (m2·K) 。
(3) 外墙采用360 mm厚的黏土烧结砖与100 mm厚的EPS复合外保温, 并采用钉粘结合技术, 每m2钉4～6个, EPS粘结面≮50 %, 外墙平均传热系数为0.54 W/ (m2·K) , 小于0.6 W/ (m2·K) 的限值。
(4) 外窗采用6+12+6塑钢窗, 检测整窗的传热系数为2.41 W/ (m2·K) , 小于2.5 W/ (m2·K) 的限值。
(5) 窗墙面积比, 东向0.05, 西向0.05, 南向0.35, 北向0.29。
(6) 外墙根部、女儿墙、阳台、变形缝等易产生热桥的部位, 均采取了填炉渣及粘贴EPS等措施, 外窗周边与墙体交接处采用聚氨酯发泡填塞, 以减少热桥影响。
3.2.3 结构专业节能措施
现浇板采用冷轧扭钢筋等高效钢筋, 可节省钢材。
3.2.4 采暖专业节能措施
(1) 采暖热源以区域锅炉房集中供热为主, 部分采用电采暖, 单户采用燃气+太阳能采暖。
(2) 集中供热。户内采用双管水平串联系统, 系统管采用PP-R管、铝合金散热器, 每组散热器均设温控阀, 可实现分户控制、分室调节。建筑物热力入口及每户进户管井处留有热表位置。
(3) 电采暖采用的是电热器直接采暖, 该产品热效率高、外型美观;可实现热计量及室温控制。
(4) 燃气+太阳能采暖, 以分户燃气炉供热为主, 以太阳能为辅, 还可供应生活热水;可实现热计量及室温控制。
3.2.5 微量通风技术
由于建筑物的保温性能和气密性能较好, 为了保证室内空气的质量, 满足健康卫生的要求, 采用了微量通风技术。通风设备安装在阳台吊顶内, 室内设置送回风管道系统。室内外空气经热交换, 可回收70 %的热 (冷) 量, 室外新鲜空气经过滤后进入室内, 新风量为200～300 m3/h。
3.2.6 太阳能热水供应
每户均设太阳能热水供应系统。统一设计、统一安装, 采用分户独立系统, 水箱容量为150～200 L, 可常年供应生活热水。
3.2.7 电气专业节能措施
(1) 采用节能型灯具, 可调光型开关。
(2) 楼梯间采用声、光双控节能照明灯。
3.2.8 试点工程的热工指标
(1) 试点工程围护结构的传热系数均小于或等于课题研究的限值。
(2) 本课题研究的建筑物的耗热量指标为17.4 W/m2, 按试点工程围护结构计算, 耗热量指标为14.8 W/m2, 略小于课题研究指标。
3.3 试点工程的建筑节能检验
(1) 2010年6月, 对该试点工程进行了建筑节能检验。
(2) 检验依据为JGJ 132—2001《采暖居住建筑节能检验》。
(3) 根据测试结果, 各项热工指标基本达到了本课题的要求, 试点工程取得了预期的效果。有关检验结果见表2。
3.4 试点工程的功能质量分析
(1) 该试点工程达到了预期的节能设计标准, 大大改善了建筑的热工性能、居住的热环境质量, 提高了居住的舒适度。
(2) 由于建筑物保温、隔热性能的提高, 不仅降低了冬季采暖耗能热量指标, 而且夏季不用空调, 室内温度<26 ℃。若使用空调, 也会减少降低耗冷量。
(3) 微量通风技术大大改善了室内空气的质量, 提高了住宅的健康水平。
4结语
在我国的北方寒冷地区, 采用EPS外墙保温系统配合其他节能措施, 是实现建筑节能65%的首选方式, 比较经济合理, 并且沿用第2阶段所使用的保温材料, 通过适当调整材料厚度, 完全可以实现建筑节能65%的设计目标。
摘要：介绍了采暖居住建筑节能65%的含义。结合工程实例, 就我国严寒及寒冷地区建筑节能65%的设计标准进行了探讨。
寒冷地区节能设计 篇4
关键词：气候适应性,节能设计,西北寒冷地区农村学校
在西北寒冷地区的农村, 由于受到资金、技术、管理等条件的限制, 基础设施较差, 在校舍建筑上只考虑到经济适用的原则, 采暖能耗非常高、保温性能较差, 教室温度偏低, 对学生的学习环境和身心健康都产生了不利的影响, 因此西北地区农村学校的建筑要充分考虑能耗因素[1]。众所周知, 在影响西北地区建筑的环境因素当中, 首要的就是气候因素, 农村学校在设计上要从气候适应性角度出发, 趋利避害, 使得建筑布局、空间形态充分适应当地气候, 为学生营造良好的学习环境, 也积极响应国家的“节能减排学校”号召。
1. 相关概念界定
1.1 建筑节能
建筑节能主要是指在在建筑的规划、施工、改造等过程中采用新技术、新材料、新方法、新的工艺设备以及可再生资源等提高建筑的使用效能, 比如采用保温隔热材料的墙体, 可以减少空调及取暖设备的使用率, 降低能耗。
1.2 建筑的适应性
建筑的气候适应性主要是指建筑设计师在房屋设计的过程中, 要充分考虑当地的气候环境特点, 以趋利避害为原则, 以节能舒适为目标, 设计出适应当地环境气候的建筑。本文所研究的气候适应性, 主要是西北农村学校建筑的气候适应性, 通过对建筑形态和空间形态的分析, 总结出适应当地气候且节能的设计方法, 是一种非常生态的节能设计策略[2]。
2. 西北寒冷地区农村校舍在节能设计上存在的问题
2.1 学校布局分散
学校布局分散主导表现为两个方面:一是在西北农村地区, 学校的建筑一般以村为单位, 由于村落较为分散且规模大小不一致, 农村学校就出现了规模小、分布散、重复建设等问题, 浪费了大量的资源, 没有达到节能的要求;二是农村地区由于地广人稀, 学校在校舍建筑上间距大, 对于北方地区来说, 这样的布局不利于校舍的御寒, 增加了学校的取暖能耗[3]。
2.2 平面功能存在缺陷
西北地区的农村学校建筑平面一般采取外廊组合或联排组合形式。一般来说, 学校的外廊组合是指在将校舍走廊的一侧设计为办公室、教室、楼梯间、活动室等主要功能区域, 另一侧无建筑或者是操场。到过西北寒冷地区农村学校的人应该都知道, 这里的学校外廊一般朝北, 外廊的区别就在于有的是采暖外廊, 有的是非采暖外廊, 当朝北外廊为采暖外廊时, 室内的采光、保暖、通风等性能都较好, 但是这种采暖外廊的造价成本比较高, 大多数的农村学校都采用的非采暖外廊, 导致冷空气通过走廊和门缝等位置侵入室内, 室内温度偏低, 影响教学活动。也有部分学校采取的是联排组合形式, 即和南方地区的学校一样, 所有教室门口直接向外, 没有任何阻挡, 也没有门斗的屏障, 大大增了学校冬季的取暖能耗。
2.3 围护结构保温效果差
西北寒冷地区的农村校舍建筑大多受到资金的限制, 采用低标准进行建设。在围墙建筑的选材上大多选用热阻值较低的水泥墙梯、砖结构墙体或者传统的土墙结构, 这些围护材料保暖性能差, 且容易出现缝隙、脱落或者倒塌等问题, 导致冷风渗透量大。除此之外, 在门窗、房顶等建筑的选材上也不注重保温性能, 整个校舍的保温性和密闭性效果比较差[4]。
2.4 供暖方式传统落后
西北农村校舍的供暖方式主要锅炉供热。锅炉供热是西北寒冷地区农村学校的主要供热方式, 一般每个学校都建有自己独立的供热锅炉, 但是由于学校规模较小, 再加上资金的限制, 很多学校的锅炉热效率根本无法满足需求, 也没有达到国家的节能标准要求, 再加上学校的暖气系统设计不合理等因素, 锅炉能耗普遍偏高。而且这些地区的锅炉加热还是利用煤炭或者薪柴, 燃烧效率不高, 且对环境污染较大, 这也是西北寒冷地区农村学校能耗较高的原因之一。
3. 构筑形态上的气候适应性节能设计
3.1 布局形式的气候适应性节能设计
建筑物的布局形式一般受到地方特色、建筑等级、艺术审美、地理环境等多方面因素的影响, 本文所指的布局形式主要是从西北寒冷地区农村校舍的气候适应性角度出发, 将其划分为平面与体型控制、剖面通风与控制、围护结构与保温控制等三方的内容。
3.1.1 平面与体型控制
体型系数越小暴露在空气中的界面就越小, 体型系数小的建筑相对于系数大的建筑一般冬暖夏凉。我国西北地区冬季气温偏低, 但是光照充足, 因此建筑物在失热的同时也能及时补充热能, 在西北地区, 建筑的东、南、西三面称之为“受热界面”。在西北地区的建筑物的设计上, 如果能够将受热界面的面积增大, 实现补充的热量大于散失的热量, 那么建筑物的保温性能就比较好, 就能极大程度地减少建筑的能耗。因此在西北寒冷地区的农村校舍建筑上, 南向的外界面要足够大, 东西向的界面也要一定的面积, 北向的外界面能少则少, 这样就能充分利用太阳的辐射热量, 达到节能降耗的效果。
3.1.2 剖面与通风控制
建筑的通风分为自然通风和机械通风两种模式, 西北寒冷地区风力较大, 如果完全依靠自然通风, 那么农村学校的保暖性能则无法得到保障。但是, 教室人数较多, 必须拥有良好的通风条件, 因此只能采取机械通风的形式才能既满足通风要求, 也不过分降低教室的温度。与自然通风相比, 机械通风虽然要消耗一定的能量, 但是却能很好地控制气流, 改变气流的方向, 达到非常好的通风效果, 并且机械通风的能耗要远远小于自然通风状况下消耗的取暖能耗。在西北寒冷地区的农村校舍, 可以采取建设“竖井”的方式, 控制室内外温差, 帮助空气流通。
3.1.3 围护结构与保温控制
西北寒冷地区农村校舍建筑的围护结构一般保暖性能较差, 无法抵御风寒, 不能为学生营造良好的学习环境。因此在围护结构的选材上要注意其保温隔热、经济适用等性能。例如可以采用特布隆墙体、可呼吸式集热墙、复合外墙等保温性能强的墙体作为围护结构, 也可以采取太阳能集热墙、热通道玻璃幕墙、转动式太阳能集热墙等新材料作为墙体, 充分利用当地日照辐射充足的优势, 储存热能, 增强校舍的保温性能。
3.2 构造形式上的气候适应性节能设计
在北方寒冷地区, 冬季时间较长, 温度低、风力强, 在建筑的设计上要充分考虑雪荷载、风荷载、温度变化等因素。校舍的墙体保温、门窗保温、屋顶保温成为构造形式节能的主要方法。
3.2.1 墙体保温
墙体保温是西北寒冷地区农村学校要考虑的首要因素, 墙体的保温性能直接关系到整个校舍的温度, 如果墙体的保温性能较差, 那么整个校舍的热舒适度就会降低, 同时还会增加很大一部分取暖能耗, 因此要做好墙体保温。西北寒冷地区的农村学校可以选用传热系数较小材料, 或多层设计, 阻隔热量传递的效率, 一般来说, 采用的是内保温、中间保温和外保温相结合的方式, 在墙体内层刷粉涂料, 中间利用“夹层保温”技术, 墙外使用保温隔热的材料, 形成“保温材料——墙体——保温材料”的墙体结构, 达到保温效果, 降低取暖能耗。
3.2.2 门窗保温节能
建筑物的门窗是冷风入侵、光照射入的主要通道, 因此西北寒冷地区的农村校舍在门窗设计上要充分遵循以下原则:开窗口不宜过大, 并且尽量不在东、西面墙体上开窗;要建造绿化隔离带、门斗、十字转门等隔风屏障。
总的来说, 可以从以下几方面进行门窗的保温节能设计:第一, 控制窗户和墙体的比例, 窗体面积不能过大;第二, 提高门窗的密闭性, 选用密闭性能较好的门窗材料, 减少冷气的入侵;第三, 加强门窗的保温性能, 可以通过在门内填充岩棉板、聚苯乙烯板, 或者采用塑料窗、选用多层玻璃材料窗户等方式, 增加门窗的保温性能[5]。
3.2.3 屋顶的保温节能
建筑物的保温节能除了与门窗、墙体的保温性能直接相关外, 还与屋顶的保温性能相关, 作为与外部环境接触的重要部位, 屋顶的保温性能直接影响到整个建筑的保温性。由于西北地区冬季具有降雪量大、气温低等特点, 应此在屋顶的选材上上要充分考虑其承重性和保温性。首先, 不宜选择密度大、导热性能好的材料, 防止冬季雪量较大时房屋承重过大;其次, 不宜选用吸水性能较好的保温材料, 避免屋顶吸水过多, 即增加了建筑物的复合, 也会降低材料的保暖性能。最后, 学校的屋顶设计要遵循《公共建筑节能设计标准》, 屋顶的透明保温材料不得超过总体面积的20%。
4. 空间形态上的气候适应性节能设计
4.1 外部形态上的气候适应性节能设计
一般来说, 群体建筑在外形上可以减少其暴露在不利气候环境下的面积, 同时还能产生热量共享效应, 提高整个建筑群的保温性能, 减少热能损耗, 将这种集群建筑的设计理念应用于西北寒冷地区的农村学校建设是非常有利的。西北寒冷地区的农村学校布局应遵循两个基本原则:第一是学校应该向规模化发展, 要从实际出发, 根据人口密度和服务半径建设学校, 避免一村一学校造成的重复建设和资源浪费;第二是学校的建设要充分考虑本地实际环境, 不宜过度分散, 要尽量减少校舍的暴露面积。通过学校建筑的集群, 不仅能够减少校舍的暴露面积, 起到保温效果, 还能避免重复建设, 减少能源的浪费。
4.2 内部空间形态上的气候适应性
在我国西北寒冷地区, 建筑物朝南建设可以获得充足的光照, 增强屋内的保温性能, 在夏季也能通过简单的措施达到遮阳效果, 形成冬暖夏凉的内部环境。因此, 在西北寒冷地区的农村校舍建筑上, 储物间、会议室、室内体育场所、卫生间等房间应该建筑在偏北位置, 教室、办公室、接待大厅等房间应建设在光照充足、舒适度高的偏南位置, 充分利用当地的气候资源。
5. 结语
西北寒冷地区的农村学校条件好坏直接影响到学生的学习环境, 不应让学校的建筑影响到人才的培养、影响到教育发展战略的实施以及新农村建设的发展。面对当前日益严峻的环境问题和能源危机, 西北寒冷地区农村学校建设要遵循气候适应性要求, 充分掌握和利用当地的气候条件, 做到趋利避害, 加强校舍的保温、御寒、通风等性能, 以此降低学校的采暖能耗, 实现建筑的节能降耗和生态的可持续发展。
参考文献
[1].李浩田.适宜节能技术在寒冷地区农村小学建筑设计中的应用研究[D].山东建筑大学, 2013.
[2].张海波.基于气候适应性的武汉地区住宅建筑节能设计策略研究[D].湖北工业大学, 2013.
[3].白亮.西北农村地区学校布局调整模式选择与分析——基于甘肃省S县的田野调查[J].当代教育与文化, 2013, (04) :8-13.
[4].董国明.寒冷地区农村中小学校绿色建筑设计研究[D].西安建筑科技大学, 2014.
寒冷地区节能设计 篇5
1 北方寒冷地区的住房节能现状
根据相关部门的调查, 我国北方寒冷地区人民住房节能的主要问题出现在农村, 在广大农村地区, 人们普遍采取的住房节能措施就是房屋吊顶, 棉门帘, 在窗户上钉塑料薄膜等, 有一些居住条件好的家庭, 他们采用的住房节能措施是加强石棉、苯板的使用, 在墙体的建造时, 采用加气混凝土。为了能够有效分析北方寒冷地区的住房节能现状, 相关部门对房屋的墙体、门窗、地板、屋顶、采暖等方面进行了综合介绍。
1) 墙体。在北方寒冷地区的住房的墙体主要有砖墙、石墙和土墙三种, 其中砖墙墙体的厚度大约24到37厘米, 土墙和石墙的厚度在40厘米左右。房屋外墙大多数都是水泥砂浆, 也有的是涂料, 有瓷砖的门户较少, 因此, 在我国北方地区, 尤其是北方农村地区的房屋, 几乎没有什么有效的保温措施, 冬季寒冷时期, 室内的热量严重损失, 大大降低室内温度。
2) 门窗。我国北方地区的农村住房的门窗以木质材料居多, 也有一部分新房子是塑钢门窗和铝合金门窗。在大多数门户中, 外门仍然是单层的双开对门, 木门冷风渗透非常严重, 紧闭性差, 塑钢门窗和铝合金门窗的紧闭效果要好于木质门窗。大多数家庭的外窗仍然还是单层玻璃, 木窗还有的是平开方式的, 变形严重, 在冬季寒冷时期, 许多家庭都会在窗户外面钉上一层塑料薄膜, 也有的直接由胶带粘住窗户缝, 以此减少室内热气的流失, 相比之下铝合金门窗和塑钢门窗的保温效果要高于木质门窗。
3) 地板。我国北方寒冷地区住房的地面几乎没有什么保温措施, 热阻满足不了地面保温的要求, 在北方农村地区, 人们的住房地板就三种, 一种是素土务实, 一种是水泥地面, 还有一种相对不错的就是砖铺地面。
4) 屋顶。我国北方寒冷地区的农村住房屋面的承重结构主要是木檩条、木屋架和预制板、现浇板。与之相应的屋面主要材料为苇席坐泥铺瓦、现浇板、覆土、预制板、灰砂、炉灰、茅草等, 这些屋面形式的保温效果非常差, 根本达不到屋面传热系数限值的要求, 有的房屋室内有吊顶, 但吊顶上也很少有人铺设保温材料。
5) 采暖。我国北方寒冷地区, 尤其是东北地区的农村住房, 多数住户取暖设施是火炕和煤炭炉, 土暖气。其中火炕的主要取暖能源是农作物秸秆, 煤炭炉和土暖气的取暖能源主要是煤炭。近几年, 有的住户开始用电能取暖, 取暖电器包括空调、电暖风、电暖气等。
2 北方寒冷地区住房节能改造措施
2.1 围护结构的节能改造
针对我国北方寒冷地区住房节能的现状, 北方住房的围护结构的热工性能差, 而冬季寒冷时期室内温度低的问题, 要通过住房围护结构节能改造来实现, 具体要从墙体、屋顶、门窗、地面等几个方面改造。
1) 住房墙体节能改造。墙体保温改造通常有两种方法:抹保温浆料和粘贴或机械固定保温板材。针对不同结构类型的墙体可采用不同的改造方法:如果是混凝土墙体, 或者是砖墙, 则可以在将基层墙体清理以后寻找平层, 再把保温隔板与基层墙体用交战金粘贴起来, 最后用锚栓固定好, 当然也可以进行保温砂浆的涂抹;如果是土墙, 就要先将墙体原有的缝进行细致的填堵, 使墙体加厚, 然后在墙体内外增加草泥, 涂抹灰层, 最好再涂抹一层保温材料。当然, 还有一种方法就是在外墙上粘贴苯板, 这种保温方法是当前效果最好的, 造价也相对较便宜。
2) 住房屋顶节的节能改造。屋顶的节能改造是室内保温的重要项目。针对我国北方寒冷地区的住宅屋顶的不同结构类型, 需要提出相应的节能改造方法:如果是木屋架坡屋顶的保温改造, 则可以在原有屋架上做吊顶, 然后在吊顶上附加保温材料;如果是木屋架平屋顶的保温改造, 也可以在原有屋架上做吊顶, 然后在吊顶上附加保温材料;如果是钢筋混凝土平屋面的保温改造, 则可以在防水层上铺设保温层, 原屋面防水有渗漏时, 要重新铺设保温层和保护层;如果是草屋顶的保温改造, 可将原木屋架保留或加固, 把上部改成瓦屋盖。
3) 住房门窗的节能改造。如果房屋外门是单层木门且, 可以改为双层木门, 或者在木门内外贴置聚苯乙烯板;如果房屋外门是单层铝合金门, 可增设一层铝合金门, 也可以采用加棉门帘、或增加一层内保温层的做法;如果门扇质量不好, 要更换为保温门。如果原有外窗较好, 可在外窗的内层增加拉窗, 也可在原外窗玻璃上贴膜;当原有外窗没有维修价值时, 则直接更换保温新窗。
4) 住房地面的节能改造。农村住宅地面一般都不考虑保温措施, 而地面的耗热量大, 所以加强地面保温非常有必要。可选用干炉渣作为地面保温材料, 减少地面的散热量。
2.2 取暖措施的节能改造
我国北方寒冷地区的取暖设施效率和能源利用率低, 室内环境质量差, 因此很有必要采用高效节能的采暖设施, 提高能源利用率。
1) 在平原地区的农村, 常住人口多, 作物秸秆量大, 可采用生物供暖设备供暖。
2) 如果不具备集中供暖条件, 可以将火炕改造为节能吊炕, 增大炕的散热面积, 使柴火充分燃烧, 这样的方法不仅节省能源, 而且可减少室内烟气。
3) 在室内做地热供暖。首先要为地面找平、清理, 然后在地面上铺设绝热材料, 进行边角保温, 然后在绝热材料上铺反射铝箔, 在反射铝箔层上铺金属网, 再间距20到50厘米盘摆地暖管, 并每隔一定距离在金属网上进行绑扎固定, 最后铺设装饰材料。
3 总结
寒冷地区节能设计 篇6
3.1.2根据户规模进行必要的户型设计
有些农民忽视住宅的科学性、合理性, 不是根据户规模, 即家庭人员的实际需要确定住宅面积, 而是一味追求盖大房。如天津某四口之家, 住善180平方米的二层楼, 楼下住不满, 楼上全空着, 不仅给家庭经济带来困难, 而且造成能源的极大浪费。
一般户型设计要考虑以下内容:
户规模:是指每户人口的多少;
户类别:是每户代际数的划分, 即几辈入;
户结构:我国家庭结构的分类。[8]
对天津周边农村调研发现, 农村中3-5口人的家庭占85%, 但是程递减趋势;2000年后的农村住宅, 以夫妻为基础的小家庭日益增多。所以根据这种现状, 可逐渐减少不必要的卧室数量, 设计时卧室间数可为家庭人口数减1。
3.2建筑立面节能设计
村镇住宅体型、立面, 以及内外空间组合等的比例协调, 不仅是使立面完整统一的重要保证, 同时也是衡量农宅是否节能的标准之一。3.2.1倡导双拼式、联排式等住宅组合形式
为了体现了村镇住宅建设集约用地、集中建设、集聚发展的原则, 在北方寒冷地区, 村镇住宅要限制独立式住房的建设, 一般以二层和三层为主, 倡导双拼式、联排式等集中布置形式, 如图2所示。这样不仅节省占地面积, 而且减少了外围护结构的耗热量。
3.2.2控制建筑体形系数
随着生活水平的提高, 农民对农宅建筑的要求不仅在布局上有了变化。为了获得更开阔的视野, 追求更好的建筑外立面效果, 村民相互攀比, 致使农宅建筑的体型系数不断增加。体形系数, 即单位建筑体积占有外表面积 (散热面) 的多少。体形系数的大小是影响建筑能耗的重要因素, 体形系数越大, 说明单位建筑空间的热散失面积越大, 能耗就越高[9]。
由调研发现, 天津独立单层农宅的体形系数一般在0.6左右;《天津市农村住宅节能标准》中指出“建筑宜采用紧凑的体形, 缩小体形系数, 建筑体形系数宜小于0.55, 以减少冬季热损失和夏季得热”。
可以说, 较大的体形系数对于农村住宅的节能是极为不利的, 由于平整、简洁的建筑形式的体形系数较小, 村镇住宅建筑规划节能设计中可优先选用。
3.2.3合理的窗墙面积比
窗墙面积比, 它是指窗户洞口面积与房间立面单元面积的比值, 反映了房间开窗面积的大小。窗墙面积比既是影响建筑能耗的重要因素, 也受建筑日照、采光、自然通风等满足室内环境要求的制约。
寒冷地区, 北向为冬季主导风向, 所以, 增大北向窗户面积将增加室内热损耗, 必要时可适当减少北向窗户面积;而南向窗户则要考虑尽量多的得到太阳辐射热, 提高辐射热的吸收。但对于寒冷地区, 即使是得到较多的南向太阳辐射得热, 如若窗墙面积比增大, 建筑采暖、空调能耗也会随之增加, 同样不利于农村节能建筑[10]。
4住宅区域优化风环境设计
很多在对建筑住宅进行规划时, 更为常见的做法是把注意力过多地集中在建筑平面的功能布置、美观设计及空间利用上, 而很少注意住宅区内气流的流动情况。因为, 局部地方风速太大可能对人们的生活、行动造成不便, 同时会在冬季使得冷风渗透变强, 导致室内采暖负荷增加。
从这一点上来说, 村镇住宅在建筑单体设计和群体布局规划设计中, 要坚决避免不当风场而导致的强风卷刮等事件的发生。对于寒冷地区, 冬季多风, 住宅小区在考虑冬天防风时可利用建筑物隔阻冷风, 即通过适当布置建筑物, 降低风速。或者, 可以通过设置防风墙、板、防风带之类的挡风措施来阻隔冷风。以实体围墙作为阻风措施时, 应注意防止在背风面形成涡流。另外, 由于寒冷地区冬夏两季盛行风向的不同, 在夏季应避免涡旋死角的存在而影响室内的自然通风。
合理的建筑间距可以充分起到阻挡风速的作用, 即保证后排建筑不处于前排建筑尾流风的涡旋区之中, 避开寒风侵袭。
5结语
全面推进村镇住宅的规划节能工作, 有利于减少建筑能耗, 减轻大气污染, 改善环境质量, 是增强我国可持续发展能力的必要要求[11]。为此, 在北方寒冷地区特定气候环境下, 开展村镇住宅的规划节能研究, 推进了我国村镇住宅节能工程设计科学化的发展进程, 具有非常实用的经济价值和社会价值。
参考文献
[1]赵树兴, 王昌凤, 臧效罡等, 我国北方地区住宅建筑节能评价体系[J].建筑热能通风空调, 2011, 30 (1) :44-46.
[2]江亿, 林波荣, 曾剑龙等.住宅节能[M].北京:中国建筑工业出版社, 2006.
[3]中国建筑科学研究院等《.农村住房节能设计标准》 (征求意见稿) [s].
[4]许东, 王雪英, 石岩.辽宁地区农村住宅节能现状及存在问题[J].辽宁工业大学学报, 2010, 30 (1) :44-50.
[5]GB50180-93 (2002版) , 城市居住区规划设计规范[s].
[6]马虎臣, 郭荣玲, 张明丽.新农村住宅设计与施工[M].北京:金盾出版社, 2006.
[7]王昌凤, 范国强, 吕建, 任绳凤.天津农村住宅围护结构调研及节能设计[J].煤气与热力, 2012, 32 (3) :A24-27.
[8]程中发.农宅新模式[M].北京:农村读物出版社, 1992.
[9]李玲, 高琳, 李俊鸽等.寒冷地区乡村住宅体型系数与建筑节能的关系[J].建筑节能, 2007, 35 (1) ::21-23.
[10]WANG Changfeng, REN Shengfeng, ZHAO Guomin.Energy-saving design strategy of rural residential building in Tianjin area[C]//2011International Conference on New Technology of Agri-culture Engineering.Zibo:Shan-dong University of Technology, 2011:522-527.
浅议寒冷地区的外墙保温与节能 篇7
中国传统建筑墙体以实心黏土砖为主, 南方非采暖地区的外墙普遍采用24cm厚的实心砖墙, 而北方严寒地区大多数采用49cm和62cm厚的实心砖墙作为墙体保温和承重。实心黏土砖不仅保温性能不能达到国家对节能建筑的要求, 而且严重浪费能源和土地资源:我国约有12万个砖瓦企业, 占地600多万亩, 每年烧制6000多亿块黏土砖, 取土约14.3亿立方米, 相当于每年毁坏耕地20万亩。此外我国每年烧砖要烧掉6000多万吨标准煤, 占建材生产总能耗的55%。推行节能节地和利废的新型墙体材料是我国目前建材行业的首要任务, 建筑节能也极大地推动了我国墙体材料的更新。新型墙体材料节能、节土、利废的效果十分明显。新型砖材料主要是指各种空心砖, 如煤矸石烧结空心砖、粉煤灰烧结空心砖、页岩烧结空心砖、黏土烧结空心砖等。这些产品因有一定的孔洞率, 热导率比传统的黏土实心砖低很多, 因此既保温又隔热, 提高了室内环境的舒适感。特别是煤矸石和粉煤灰空心砖以工业废弃物为主要原料, 节约了大量的能源和土地。
我国除了能源消耗大使用率低, 使用单一材料作为外墙维护结构的保温隔热效果都很差, 复合墙体越来越成为主流, 一般用砖或钢筋混凝土作承重墙, 并与保温隔热材料复合使用, 或者用钢或钢筋混凝土为框架, 用薄壁材料夹以绝热材料作墙体。外保温墙体城中材料可以采用混凝土空心砌块、非黏土砖、多孔粘土砖以及现浇混凝土等。绝热材料主要是岩棉、矿渣棉、玻璃棉、泡沫聚氨酯、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石和加气混凝土等, 组合方法多种多样。到1990年前后, 我国的东北、华北、西北地区各省市的主要城市, 都建成一些节能住宅试点工程或节能住宅示范小区。在严寒地区的节能住宅中, 大多数都是采用复合外墙, 选用的保温材料有塑料布密封包装的膨胀珍珠岩保温板, 水泥珍珠岩保温板、加气混凝土保温、聚苯乙烯泡沫塑料板、岩棉板、玻璃棉板等, 保温板两侧的内页墙和外页墙, 都是采用砖砌体或混凝土空心砌块砌体。
据保温层在墙体中的位置不同, 墙体的复合保温有内保温, 外保温等多种做法。经过国内外长期的研究与实践证明, 与外墙内保温相比, 外保温是一种具有众多优越性的先进的外墙节能技术。
1 外墙内保温技术及其特点
外墙内保温施工, 是在外墙结构的内部加做保温层。内保温施工受气候影响小, 速度快, 操作方便灵活, 可以保证施工进度。内保温应用时间较长, 技术成熟, 施工技术及检验标准是比较完善的。在2001年外墙保温施工中约有90%以上的工程应用内保温技术。
被大面积推广的内保温技术有:增强石膏复合聚苯保温板、聚合物砂浆复合聚苯保温板、增强水泥复合聚苯保温板、内墙贴聚苯板抹粉刷石膏及抹聚苯颗粒保温料浆加抗裂砂浆压入网格布的做法。
虽然外墙内保温技术引用广泛也比较成熟, 但外墙内保温的保温层构造位置使得建筑物外墙与内墙分别处于两个不同的温度环境, 这样使得这类建筑外墙容易产生裂缝并占用室内使用面积, 冷热桥问题不易解决, 容易引起开裂, 还会影响施工速度, 影响居民的二次装修, 且内墙悬挂和固定物件也容易破坏内保温结构。
在我国建筑节能技术发展的起步阶段, 内保温墙体有着广泛的应用, 这是因为:当时外保温技术还不太成熟, 我国的节能标准对围护结构的保温要求较低, 且内保温有其一定的优点, 如造价低、安装方便等。但是, 从长远观点看, 随着我国节能标准的提高, 由原来的30%提高到50%再到65%, 内保温作法己不适应新的形势, 且给建筑物带来某些不利影响, 因此, 它只能是某些地区的一种过渡性做法, 在寒冷地区特别是严寒地区应逐步予以限制和淘汰。由此看来内保温在技术上的不合理性, 决定了其必然要被外保温所替代。
2 外墙外保温技术及其特点
外墙外保温系统即保温材料处于外墙的外侧, 是目前大力推广的一种建筑保温节能技术。相较于内保温, 其具备如下优点:
1) 适用范围较广, 既适用于新建房屋也适用于旧房改造;
2) 保护主体结构、延长建筑物的寿命;
3) 基本消除了“热桥”的影响, 绝热层效率可达到85%~95%;
4) 使墙体潮湿情况得到改善, 墙面内表面不会发生结露。
5) 有利于室温保持稳定, 有利于改善室内热环境质量;
6) 有利于提高墙体的防水和气密性;
7) 可减少保温材料用量;
8) 增加房屋的使用面积。
正式这些优点要求外墙外保温材料具有良好的耐候性, 基层变形适应性强, 导热系数低, 透气性强, 柔软适中等特性, 目前国内做的比较多的外墙外保温主要有两大类:
现场批抹喷的保温材料这类主要包括:聚苯颗粒保温砂浆, 聚氨酯硬泡保温材料, 聚合物保温砂浆预制板材外挂式的保温材料外挂的保温材料有岩棉、玻璃棉毡、聚苯乙烯泡沫板 (聚苯板, EPS, XPS) 、陶粒混凝土复合聚苯仿石装饰保温板、铁丝网架夹芯墙板等。其中聚苯板因具有优良的物理性能和廉价的成本, 已经在全世界范围内的外墙保温外挂技术中广泛应用。
外保温与内保温相比, 技术合理, 有其明显的优越性, 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。
对于不同的外保温体系, 因其结构形式不同, 建筑体形不同, 建筑功能不同, 所选用的材料的不同, 所采取的节点设计形式也应有所区别。对于每一个单位工程的不同部位我们应该具体分析, 根据设计的形式、所选用的外保温技术和材料做出相应具体的设计处理方案, 只有这样才能正确的指导施工, 保证外保温系统的工程质量。
3 结语
外围护结构的保温直接影响到建筑的耗能水平, 保温越好, 建筑的能耗就越低, 建筑就越节能。我国从开展建筑节能工作以来, 在减少建筑围护结构传热系数上做了很多工作, 也先后出台了若干规范和设计手册, 每次都有相对提高。发展外墙外保温高效技术, 不仅可以使居住建筑的热环境得到明显的改善, 而且可以使建筑空调和采暖的能耗明显降低, 保证在人民居住舒适水平提高的基础上尽量减少能耗, 为建筑节能实现跨越式发展创造条件。
摘要：随着我国经济的快速发展, 房屋建筑规模的扩大和城市化水平的不断提高, 建筑已成为我国能耗大户, 人们在对能源危机的重新审视和思考下, 节能建筑成为当今世界潮流所趋。目前建筑节能已成为国家重大战略问题, 建筑物外墙维护节能技术的改进和保温材料的创新对于降低社会能耗具有重大的意义。
寒冷地区节能设计 篇8
1 影响因素
要减少建筑外窗引起的能耗就必须阻隔建筑外窗的传热途径, 一般可通过增大建筑外窗的传热阻、控制辐射传热、减少空气的对流等手段, 减少热量的传递降低建筑能耗。而影响外窗的传热方式以及传热量的因素很多, 主要体现在窗户传热系数。窗户传热系数值是衡量因温差引起的经过建筑外窗的热流量的大小, 是传导、对流和表面辐射这三种热传方式的综合体现, 传热系数值越大, 建筑外窗的隔热能力就越差通过建筑外窗的能量损失就越多。下面从窗框型材、窗体开启方式、玻璃结构选择等方面介绍影响建筑外窗能耗的几点因素, 进而从提高窗体的保温性能的角度选择寒冷地区窗体[3,4,5]。
1.1 窗框材料
1.1.1 铝合金窗框
铝合金窗框轻质、耐用, 容易根据窗户部件的需要挤塑成复杂的形状, 窗框表面氧化、喷塑、氟碳处理, 使用上耐久且易于保养。但铝合金窗玻璃压条的气密性不好, 扇料与玻璃压条之间存在缝隙, 造成热量大量损失, 容易因冷空气进入而结露;框窗比较大, 可见光透射率比较低, 从而增加室内照明能耗, 框材面积大增加热传导的面积, 是内热量散失加剧, 节能保温效果不好[2]。特别是哈尔滨等城市在寒冷天气, 普通的铝合金窗极易在窗框室内表面产生结露, 结露问题甚至比热损失问题更严重。
1.1.2 钢质窗框
钢质窗框的强度大, 抗风压性能好, 透光面积大等优点, 但钢质窗框容易生锈, 生锈以后会有强度下降、变形等缺点, 在选用钢质窗框时要注意进行防腐处理, 避免在长期潮湿的环境中使用为防腐的钢质窗框。目前由于材料种类繁多, 钢质窗框的各种性能体现不明显, 使用次数逐渐下降。
1.1.3 塑料窗框
塑料窗框 (PVC) 因其轻质高强, 保温隔热性能好, 结构稳定, 加工方便, 使用灵活, 外观可进行各种修饰, 不需要做保护, 这是塑料利用逐渐增多的基本原因。框料内加衬钢的塑钢窗在我国是20世纪90年代发展起来的新型窗, 由于框料的导热系数很低, 只有0.17W/ (m·K) , 具有良好的隔热性能, 而且加工组装方便简单、价格合理, 受到市场的青睐。但由于受塑料本身的特性决定其强度远低于金属外窗框材, 窗角部为塑料与塑料焊接, 窗的强度低、耐候性差外塑料框架在紫外线照射下易老化、变黄、剥落, 致使这类窗的抗风压、水密性、安全性、防盗性及通风质量不尽如人意。
1.1.4 木材窗框
木材是传统的窗框材料, 易于取材且便于加工。木材本质上不耐久易腐烂, 其外表面必须上漆加以保护事实上质量与保养良好的木窗可以有很长的使用寿命。木窗框在热工方面表现很好, 木的质感和外观也使得它至今在高档住宅上应它在装修中运用比较多, 因其色泽好, 装饰性强, 而且木材又是保温性能优异的材料。目前涌现多种新型材料, 如铝木复合材, 木塑复合材等作为窗体材料, 保温效果好, 耐久性强, 在寒冷地区具有很好的发展前景。
1.2 窗体的开启方式
开启方向来说, 在选择的时候可以根据情况尽量选择封闭好的窗型, 防止形成热量通道。开启方式有很多, 主要平开式、推拉式、单悬窗、外推上旋窗与内倾窗。不同的开启方式效果不同, 运用的场所也不同。平开窗的保温隔热效果最好, 装饰效果差, 运用在公共建筑的比较少, 推拉窗方便但气密性不好, 保温隔热性能差。
1.3 玻璃结构与厚度的选择
单层玻璃的保温隔热性能不好, 容易结露, 逐渐采用双层玻璃, 双层玻璃可以解决结露问题, 隔热保温性能要比单层玻璃好, 价格也能让人接受, 双层玻璃中间的空气也可以导热, 进一步发展的时候, 把中间的空气抽空, 做成中空玻璃。中空玻璃既做到了防止结露, 又可以有良好的保温隔热效果, 经过逐渐研究发现中空玻璃中加入惰性气体也可以做到保温隔热, 也可以在外层玻璃内侧贴膜, 对光线进行选择透过性, 对可见光进行分离, 室内不需要的光线进行反射, 中空玻璃、镀膜玻璃都会起到保温效果。
2 哈尔滨等寒冷地区建筑外窗的选择
由于受到窗户结构的影响, 建筑外窗的传热系数主要由窗框材料和玻璃材料综合决定, 而窗的传热系数主要反映了窗的保温隔热性能, 所以说窗户的保温性能主要取决于窗框和玻璃扇的热工性能。
2.1 首先选择正确的窗框型材可加强窗户系统的保温节能效果, 比如木窗框和塑料窗框的传热系数比钢、铝窗框低30%左右, 因此选择导热系数较小木、塑框料可以减少外窗的传热;采用导热系数小的材料阻断金属型材的热桥制成断桥式窗, 也能达到较好的节能效果;利用框料内的空气或利用空气层截断金属框扇的热桥, 同样能降低外窗的传热效果。
2.2 选用木塑窗。我国的木塑异型材由原来的单纯引进、模仿、经历补充、完善阶段, 已进入自主开发、创新的良性循环发展阶段, 年产值超过12亿元人民币, 仅次于美国, 世界排名第二。现有的木塑百叶窗和木塑型材节能窗具有环保性能优良、抗腐蚀和抗冲击性能较好、结构稳定等优点, 木塑窗在寒冷地区具有广阔的市场。
参考文献
[1]朱丹.哈尔滨地区节能窗传热系数的研究[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2012 (6) .
[2]曾晓武.铝合金断热窗的改进设计与节能分析[J].建筑科学, 2007 (2) :101-103.
[3]奎明祥.建筑节能门窗浅谈[J].建筑节能, 2007 (2) :26-28.
[4]张雯.建筑窗体保温分析[J].住宅科技, 2007, (4) :16-19.