寒冷地區(qū)建筑節(jié)能分析

1、寒冷地區(qū)建筑節(jié)能分析馮 巍，李慧敏，徐麗 （山東科技大學(xué)土木建筑學(xué)院，青島 山東 266510）圖2 傳統(tǒng)住宅窗戶冬天密封摘 要：根據(jù)寒冷地區(qū)民居建筑的本土特征，指出建筑外表皮是建筑節(jié)能的重要組成部分。從本土特征出發(fā)，分析了寒冷地區(qū)民居建筑外表皮的構(gòu)造現(xiàn)狀，提出外表皮節(jié)能設(shè)計(jì)優(yōu)化的構(gòu)造措施，對(duì)民居建筑節(jié)能改造具有重要現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞： 寒冷地區(qū)；建筑；節(jié)能設(shè)計(jì)1 引言在寒冷地區(qū)民居建筑中，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面?zhèn)鳠岬臒釗p失占整個(gè)建筑物的熱損失的70%80%，因此，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的防寒保溫設(shè)計(jì)是節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。我國寒冷地區(qū)居民對(duì)傳統(tǒng)民居建筑外表皮的防寒保溫措施上積累了很好的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)?shù)氐娜藗兘Y(jié)合自然氣候、

2、因地制宜，以最簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)手法、極低的能耗創(chuàng)造了在寒冷的氣候下舒適的室內(nèi)居住環(huán)境，具有明顯的熱舒適優(yōu)勢(shì)和節(jié)能優(yōu)勢(shì)。2 寒冷地區(qū)民居建筑表皮設(shè)計(jì)節(jié)能分析通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)：大部分民居建筑以正南正北布局分布，居室都能夠獲得較好的日照、通風(fēng)、保溫等，因此形成了較為符合傳統(tǒng)生態(tài)精神的建筑原型。建筑的形態(tài)比較簡(jiǎn)單，層高相對(duì)較低，外墻面積盡量少，減少了外墻的散熱面積；建筑材料就地取材，來源于當(dāng)?shù)氐哪静?、泥土、稻草等，利用泥土作為墻體材料，多數(shù)以土坯部分采用夯或垛的施工方式構(gòu)筑成土墻，墻體厚實(shí)，屋頂用稻草鋪膳或抹泥巴以便形成保溫和防水層，形成了冬暖夏涼的空間環(huán)境；北墻不開窗或開小窗以避寒，防止冷風(fēng)的滲入和熱量的散失

3、；南向開較大的窗，以便接受更多的陽光輻射，取暖采用火炕、火墻和地炕，廚房也作為采暖的空間。建筑的形態(tài)由于保溫的需要形成了樸實(shí)，厚重的特色，如圖1所示。 圖1沈陽傳統(tǒng)住宅其節(jié)能設(shè)計(jì)措施主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：表皮開口位置合理布局；窗的保溫設(shè)計(jì)；墻體表皮保溫材料；屋頂空氣間層的設(shè)置。為了在冬季能夠獲得較舒適的室內(nèi)熱環(huán)境，在建筑的結(jié)構(gòu)與建筑構(gòu)造、建筑的空間組織等方面也形成了較為固定的模式。（1）表皮開口位置合理布局北方傳統(tǒng)民居入口一般設(shè)在南向最佳的位置，入口設(shè)置門斗，在冬季，形成相對(duì)大的保溫緩沖區(qū)，減少了冷風(fēng)滲透和熱量傳遞。同時(shí)，由于夏季相對(duì)也有相當(dāng)長(zhǎng)的炎熱時(shí)間，因此在南北方向的開口平面位置和豎向高

4、度上在一條軸線上，努力營(yíng)造室內(nèi)的穿堂風(fēng)。（2）窗的保溫設(shè)計(jì)北方傳統(tǒng)民居朝南方向基本上都是開大窗，這樣的做法可以使建筑在冬季白天進(jìn)入更多的太陽光，充分利用太陽能，提高室內(nèi)溫度，減少采暖和供暖能源的消耗。同時(shí)在窗的內(nèi)側(cè)設(shè)置保溫窗簾或窗板，白天卷起，晚間放下。更為簡(jiǎn)單甚至外測(cè)用塑料密封，如圖2。方法簡(jiǎn)單原始，需要人工才能完成，但保溫效果亦明顯。有的窗采用金屬鋁箔窗簾，經(jīng)實(shí)測(cè)窗的熱阻值提高2.4倍。在建筑表皮背陽的部位，一般開高側(cè)小窗，僅用于夏季通風(fēng)，多數(shù)背陽的窗口在冬季用草簾封閉，有的地方采用雙層木窗，中間在冬季加一層塑料薄膜，減少傳熱耗能量達(dá)20%以上，且可以大量的防止冷風(fēng)滲透。（3）墻體表皮保溫

5、材料北方傳統(tǒng)民居擁有獨(dú)特的建筑表皮保溫材料，除了使用木材、土胚以外，還使用大量的與城市建筑表皮材料不同的地方性材料，如火山浮石砌塊、稻草板、粘土免燒磚、草泥拉合辮等節(jié)能保溫材料。這些材料不僅在節(jié)省其制作時(shí)所耗能量，而且其保溫效果均優(yōu)于實(shí)心粘土磚。（4）屋面形態(tài)一般來說，南方濕熱地區(qū)多風(fēng)和暴雨，屋面表皮多采用坡度屋頂，便利于散水和建筑內(nèi)部的通風(fēng)散熱；而在北方地區(qū)屋頂表皮多呈平屋頂，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于施工。寒冷地區(qū)的民居建筑屋面表皮通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)多呈囤屋頂形式，有坡度的屋頂通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)寒冷地區(qū)的民居建筑屋面內(nèi)部附加了一層屋面吊頂做法，這樣的做法可以有如下的優(yōu)勢(shì)：屋頂?shù)耐獗砥こ势聽?，由于在寒冷?/p>

6、區(qū)冬季漫長(zhǎng)，氣溫低，常日處于零下的狀態(tài)，多降雪。降雪覆蓋表面后很難融化，坡屋面可以通過坡度一方面減輕雪重負(fù)荷；另一方面在內(nèi)部形成具有保溫防寒的“空氣緩沖區(qū)”，有利于提高建筑表皮的熱工性能。3 建筑外表皮節(jié)能實(shí)現(xiàn)途徑表1 典型組合窗戶類型的傳熱系數(shù)比較窗框材料 玻璃類型 空氣厚度 窗戶傳熱系數(shù)() w/k鋁合金 單層透明玻璃 6.4斷熱鋁合金 單框雙層透明玻璃 12 3.2low-e中空玻璃 12 2.3pvc塑料/木 單層透明玻璃 4.7單框雙層透明玻璃 12 2.7low-e中空玻璃 12 1.83.1寒冷地區(qū)建筑表皮防寒問題分析目前在寒冷地區(qū)，建筑表皮的設(shè)計(jì)還存在著相當(dāng)大的問題，主要有：建

7、筑表皮的外表面溫度過低，經(jīng)常有墻體表皮轉(zhuǎn)角結(jié)霜、結(jié)冰現(xiàn)象；大面積的玻璃表皮裸露，保暖能耗量大；建筑表皮在主動(dòng)獲取太陽能源方面的措施相對(duì)比較少。建筑外表皮設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循“因地制宜”、“因時(shí)制宜”的原則，寒冷地區(qū)氣候條件的特殊性要求建筑表皮應(yīng)該從寒冷地區(qū)的氣候出發(fā)，表皮設(shè)計(jì)應(yīng)該主要集中在防寒保溫層面上做文章，因此，應(yīng)該在建筑表皮在墻體表皮、窗戶表皮、屋面表皮三個(gè)關(guān)鍵部分做好其防寒。3.2墻體表皮的外墻外保溫其建筑表皮利用復(fù)合保溫外墻的構(gòu)造做法節(jié)省能源，達(dá)到較理想的室內(nèi)熱環(huán)境。外保溫復(fù)合墻體系是將保溫材料置于墻體的外側(cè)，對(duì)主體結(jié)構(gòu)有保護(hù)作用，避免了因室外氣候條件的改變而導(dǎo)致內(nèi)部主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的溫度應(yīng)力

8、，從而延長(zhǎng)墻體乃至整個(gè)建筑的壽命；從熱工角度上看，表皮外保溫可以消除或減弱熱橋的影響；同時(shí)，位于室內(nèi)一側(cè)的主體結(jié)構(gòu)，由于蓄熱能力較強(qiáng)，對(duì)房間的熱穩(wěn)定性有利，從而避免室溫出現(xiàn)較大的波動(dòng)；此外，外保溫還具有不占用室內(nèi)使用面積，對(duì)室內(nèi)干擾小，便于住戶的室內(nèi)裝修和舊房的外保溫改造等優(yōu)點(diǎn)。但是，外保溫復(fù)合墻體也由其局限性，由于保溫材料一側(cè)處于大氣環(huán)境之中，不斷受溫度、濕度、太陽輻射和風(fēng)力等多種氣候因素變化的影響，以及保溫材料本身的特點(diǎn)與質(zhì)量等因素，外抹面容易裂縫，從而影響房屋的使用和外觀，因此，外保溫復(fù)合強(qiáng)體系需進(jìn)一步解決技術(shù)問題。3.3窗戶表皮的防寒窗戶是耗熱的薄弱環(huán)節(jié)，約占總能耗的22，因此，窗戶也

9、是節(jié)能的重點(diǎn)部位。改善建筑物窗戶的保溫性能和加強(qiáng)窗戶的氣密性是節(jié)能的關(guān)鍵措施。但是，加強(qiáng)窗戶的氣密性以減少空氣滲透的同時(shí)，又能夠保證室內(nèi)最低限度的換氣。沈陽的冬季有四個(gè)月時(shí)間窗戶不易開啟，室內(nèi)的空氣質(zhì)量達(dá)不到基本的衛(wèi)生要求，所以，窗的設(shè)計(jì)既要能夠開啟，又要有良好的密閉性。玻璃窗的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以在減少太陽光線的眩光程度、減少通過窗戶的瞬變傳導(dǎo)得熱量和日射得熱量至最小值的同時(shí)，保證建筑內(nèi)獲得最大的日照量?？刂蒲Ｄ抗饩€的技術(shù)措施包括限制東西朝向的玻璃窗面積和數(shù)量，及遮陽設(shè)施和凹陷的窗臺(tái)等；同樣，通過采用熱阻大、傳熱系數(shù)小的玻璃可以大大減少冬季所需熱負(fù)荷及夏季冷負(fù)荷，改善人的舒適性程度。通過窗材組合設(shè)計(jì)

10、達(dá)到目的，如表1。綜合比較了6種典型的組合窗戶類型的傳熱系數(shù)，通過數(shù)值的具體對(duì)比，在不同的朝向方位，窗口可以采取不同的類型窗戶，在進(jìn)行實(shí)際工程的設(shè)計(jì)中的應(yīng)用應(yīng)該考慮實(shí)際的可行性。此外，在民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住建筑部分)規(guī)定：窗戶(包括陽臺(tái)門上部透明部分)面積不宜過大。不同朝向的窗墻面積比也應(yīng)控制在：北向25%，東西向30%，南向35%。3.4屋頂天窗的保溫絕熱措施天窗在冬季晴朗的白天是集熱構(gòu)件，但是夜間若無保溫設(shè)施，它的損失還是比較大的。白天獲得的太陽能將低于夜間散失的熱量。所以天窗的保溫絕熱措施對(duì)寒冷地區(qū)的建筑來說是十分重要的。下面是保溫天窗的幾種形式：（1）玻璃本身進(jìn)行處理，如噴涂

11、鍍膜的熱鏡玻璃,其對(duì)短波輻射的透過率，對(duì)長(zhǎng)波輻射的阻擋率都明顯高于普通玻璃，有一種低鐵含量的玻璃，對(duì)短波輻射的透過率比普通玻璃高91，而對(duì)長(zhǎng)波輻射的阻擋率也比普通玻璃高的多。（2）采用雙層窗及多層窗系統(tǒng)，增強(qiáng)窗的密封性能，可有效地減少因?qū)α骱蛡鲗?dǎo)而損失地?zé)崃浚p層玻璃窗比單層玻璃窗減少50的熱損失。（3）采用保溫窗簾或保溫閘板等也都是可選擇地辦法。這種措施最好能和遮陽效能結(jié)合，使一種系統(tǒng)可身兼兩種功能。4 結(jié)論隨著能源的日益不足，建筑節(jié)能是可持續(xù)社會(huì)發(fā)展的迫切需要，因此，國家的發(fā)展應(yīng)考慮農(nóng)村民居建筑的發(fā)展要求。寒冷地區(qū)民居建筑的改造也是社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容，在這方面仍還需要進(jìn)行深入的認(rèn)

12、真分析研究，提出有效的技術(shù)和實(shí)施方案，確保建筑行業(yè)的節(jié)能要求。參考文獻(xiàn)： 1 夏云,夏葵,施燕.生態(tài)與可持續(xù)建筑m.中國建筑工業(yè)出版社,2001:18-192 呂愛民.建筑界面的膜效應(yīng). 建筑學(xué)報(bào)j.2004(2);66-673 金虹，張伶伶.北方傳統(tǒng)鄉(xiāng)土民居節(jié)能精神的延續(xù)與發(fā)展.新建筑j，2002(2):17-19 4 孫杰.傳統(tǒng)民居與現(xiàn)代綠色建筑體系.建筑學(xué)j.2001(3):61-62reference:1 xia yun,xia kui,shi yan.ecological and sustainable development architecture m. chinese buil

13、ding industry press,2001:18-192 lv ai-min. membrane-effect of buildings spatial interface. architectural journalj,2004(2):66-673 jin hong,zhang ai-ling. continuity and developmnet of energy-saving spirit in traditional rural housing. new architecturej，2002(2):17-194 sun jie. traditional dwellings an

14、d modern green builds system. architectural journalj,2001(3):61-62作者簡(jiǎn)介：馮巍（1978- ）男，漢族，籍貫：遼寧沈陽，碩士，職稱：助教；專業(yè)：建筑技術(shù)科學(xué)專業(yè)；從事生態(tài)建筑教學(xué)工作。聯(lián)系電話email: fengwei9791通訊地址：山東科技大學(xué)青島校區(qū)土建學(xué)院 馮?。ㄊ眨?郵編：266510the analysis of the house energy-saving in cold areasfeng wei，li hui-min, xu li（college of civil enginee

15、ring and architecture，shandong university of science and technology；shandong qingdao；shandong；266510）abstract：acorrding to the local territory characteristic of the folk house in the cold area , pointing out that the building cuticle is the important component of the energy conservation. from the local territory characteristic , analyse the current outside cuticle of the folk house situatio