住宅建筑设计中的节能措施和强化隔热构造技术 (2).doc

住宅建筑设计中的节能措施和强化隔热构造技术摘要：本研究对住宅类型的建筑物设计中的节能措施以及强化隔热构造技术进行了研究分析。通过对住宅建筑中的能耗问题进行全面详细的剖析，认识到节能和隔热的必要性，然后引发对节能措施和隔热构造技术的思考，从而展开节能措施和隔热构造技术的讨论，总结分析出多种具有良好应用前景和实际应用价值的节能措施和隔热构造技术，对这些技术的注意事项以及关键的设计思路、技术要点、技术实施规范等进行了简单的研究和介绍，对于建筑能耗的降低具有积极的指导意义。关键字：住宅建筑；节能措施；隔热构造1 序言在实际的住宅建筑设计中，往往由于对节能措施和隔热构造技术的了解不够全面详细，而导致住宅建筑造成巨大的能耗，增加了建筑施工的成本，也对能源造成了一定的浪费。本次研究通过问题认识和措施技术解剖的方式，阐述了节能措施和隔热构造技术的选择和设计细节问题，以及相关的规范标准等，使人们能够更加全面的了解节能措施和隔热构造技术。2 节能隔热构造设计的必要性2.1减少能耗我们常说，中国地大物博。但是同时，我们也是一个人口大国，960万平方公里的土地上居住着十几亿人口，平均下来的人均能源并不是很丰富。而且社会的进步，经济的发展以及人们的物质生活水平的提高，使得由于能源消耗而引发的问题日趋严重。而在住宅建筑中的能耗问题则是能耗问题中比较严重的一个方面。下面通过2012年的一些统计数据来看看这些问题的严重性。综合性的对住宅使用的能耗以及建筑用材的能耗进行总结计算发现，住宅类建筑的设计、施工等产生的能耗占全国总能耗的比例高达37%。统计显示，城市中，建成区使用土地的30%都是用来建设住宅类建筑的，其能耗占全国总能耗的比例达到20%；而城市中的水资源，有32%的是在住宅中被消耗的；建设住宅类建筑消耗的钢材占全国钢材消耗量的20%，水泥消耗量占全国总用量的比例达到17.6%1。最为严重的是这些数据还正在逐年的增加着，由此可以看出住宅类建筑设计带来的能耗问题是十分严重的。由此引发出人们对于住宅类建筑的节能措施和强化隔热构造的思考，这些数据充分显示了节能措施和强化隔热构造在住宅类建筑设计中应用的必要性1。2.2国情原因由以上的技术可以看出，中国的建筑能耗问题日益加重，严重的影响了中国的经济建设和社会发展的需要，使得能源的充分利用和能源的节约问题成为了焦点话题。与人们日常生活联系最为紧密的住宅类建筑对于能量的消耗居于首位，充分利用资源，减少能源的消耗，节约能源耗费，就能使用城市的持续发展，对于中国的建设发展也是具有重要意义的。此外，中国最新推出的政策也对住宅类建筑设计中的节能措施和强化隔热构造提出了要求。比如，在中国东北、西北等寒冷地区，政府提出了强制性的节能标准，要求节能标准必须达到65%以上；对于夏天炎热而冬季寒冷的区域，政府的强制性节能标准是必须达到50%以上2。而且，政府的建筑节能要求不仅仅是强制性节能标准，还把它实行在建筑规范以及相应的标准中，前后制定了很多的技术法规和相关的标准规范。比如民用建筑热工设计规范、民用建筑节能设计标准等等。这些建筑规范以及相关的标准对于住宅类的建筑节能措施和强化隔热构造提出了新的要求，积极的相应国家的政策，全面开展节能设计和强化隔热构造设计，也是十分必要的2。3 节能设计3.1节能设计需要考虑的因素3.1.1建筑使用性能节能隔热构造设计的出发点是实现建筑中的能源消耗过大的问题，但是其必须以保证建筑使用性能为前提，也就是必须保障住宅类建筑的居住舒适度。首先，这类建筑的节能措施必须依照就地取材、因地制宜的原则，引入科学合理的先进节能隔热构造措施来降低建筑的成本。其次，住宅类建筑的节能隔热构造设计还需要考虑建筑所在地的地域环境以及气候变化，与这些自然环境因素相适应、相结合，根据不同的气候差异选择不一样的节能隔热构造措施，注重建筑的体型，更好的实现建筑节能。建筑节能隔热设计对建筑的体型和散热面、受热面提出了新的要求3。一方面，它要求建筑的体型系数尽可能的小，散热面相应的也要较小；而在另一方面，冬季的时候又要使得建筑的辐射面要尽可能的大，特别是在夏天炎热冬季寒冷的地域，散热通风能够更好的实现节能。这两者之间，对于体型和散、受热面之间的矛盾，也建筑节能隔热构造之间的主要问题，它也严重的影响了住宅建筑的使用性能，只有采取有效的措施解决了这些问题，才能够既保障住宅建筑的使用性能，又实现住宅建筑的节能隔热构造要求3。3.1.2新能源结合应用除了少数的钢筋意外，建筑使用的建材资源等都是很难再次被利用的。所以，节约能源除了应该从减少能耗入手之外，还可以通过引入新能源，结合性的应用，也能够达到很好的节能效果。在21世纪，环保节能等理念已经深入人心，各式各样的节能技术也被逐渐的应用于实际。其中代表性的节能就是太阳能的开发与利用。除此以外，根据住宅建筑当地的环境、地理情况，可以合理的开发应用地热地泵系统、风能利用系统、沼气、天然气等新兴能源。需要注意的是，这些技术的开发与应用应该结合当地地理环境，应该循序渐进，不断的引导和改善，逐步的完善整个技术或者系统。在开发应用中，还应该不断的进行探索和研究，以寻求更好的推广和应用。3.2节能设计方案3.2.1建筑布局和体型居民住宅的最基本的两个要求就是采光和通风，住宅建筑所处的地理环境，以及建筑体的高度、朝向、间距、道路网布局、周边的绿化环境等都是采光和通风的影响因素。不仅如此，这些因素还影响着住宅在使用期间的能耗。所以，在实际设计时，注重住宅建筑的布局和体型是十分重要的。在对其进行设计时，首先应该实地考察周边的环境，综合考虑环境因素和自然气候因素。然后还应该熟知当地的风俗文化、居民行为模式等因素。此外，还应该着重注意住宅建筑的功能，从建筑体的间距、朝向、布局、风向、阳光辐射情况以及建筑体的外部构成环境等多个方面进行综合性的考虑，实施住宅建筑体布局和体型的优化设计，充分利用自然因素，设计改良可以人为改变的因素，从而达到节能隔热的目的。例如，在建筑体的朝向选择方面，应该尽可能的选择南北朝向，改善夏季的通风环境，增加冬季的阳光辐射时间，防止东西晒的问题出现。在进行设计时，处于建筑节能的考虑，应该尽可能的减少建筑体的凹凸现象，采暖型住宅建筑体的体型系数应该控制在0.3以内，住宅的进深应该合理的扩大，在10m至14m之间比较适宜，住宅的长度控制在55m左右比较合适4。除此以外，在整体的规划中，夏季炎热冬季寒冷的区域，其建筑设计应该合理的选择单体组合方案进行，以便形成风道，充分的利用自然风，以达到减少空调等能耗。3.2.2平面设计住宅类建筑体的平面设计的目的是满足住户的供给。其中包括了家庭构成、价值观以及生活方式等多方面的要求。其主要分为采光通风性、功能多样化、舒适度、功能布局合理性、面积利用率等方面。节能住宅需要在满足以上要求的同时，考虑建筑体的平面形状、温度阻尼区以及热环境的分布等方面的因素。住宅的建筑体平面形状应该尽可能的规整，减少外围的结构面积，通过结构改善增加冬季的阳光辐射面积，减少夏季的阳光直射。例如，把外墙面积较大、窗户设置较多的一面对着阳光辐射较多的南面，达到冬季能够更好的收集太阳能的目的5。在北面的外墙只是设置一些较小的窗户，以满足通风的需求。另外，在东西方向，由于受到较强的阳光直射，可以选择性的设置较小的窗户或者不进行窗户设置等。而对于热环境分区要求比较低的厨房、过厅。厕所等设置在北向，尽可能的将卧室等设置在难免，加强对太阳能的利用效率。在现代建筑中，还可以设置一些温度阻尼区以降低热量的传导损失。比如，在夏季炎热冬季寒冷的区域，可以把开放式的楼梯等设置成封闭式的，在楼梯间内设置窗户5。北向的建筑入口设置门斗，以抵御冬季西北风的灌入等。此外，还可以通过合理的设置以控制室内空气的流动，创造优良的室内环境。3.3围护结构和材料设计建筑的围护结构主要包括了包围空间的部分和室外隔体的部分，其材料指的是这些结构部分使用的材料及其表面的装饰材料等。住宅建筑围护结构中，消耗能源最多的部分就是屋面、门窗、墙体以及地面等。其中，屋面在建筑的整体能源消耗中占到22%的比例，门窗占到33%，墙体占到24%，地面占到15%。住宅建筑的围护结构主要是为了满足室内的采光和通风要求而进行设计的，同时还为室内的空间提供了合适的热、湿保护6。从围护结构占有能够的比例以及其重要的作用可见，要想实现建筑结构能耗的节能目的，可以从建筑体的屋面、门窗、墙体和地面等方面入手。在整体的建筑围护结构中，屋面占有的比例通常较小，而作用却十分的重要。所以在对屋面进行优化设计时，就可以选择应用密度小，而且导热系数也相应较小的保温材料，从而减小屋面的重量和厚度。但是，屋面的材料不能选择吸水率较大的保温材料。因为在对屋面进行湿作业时，如果屋面的材料具有较大的吸水性，就会产生吸水效应，从而降低保温效果6。3.3.1屋面节能虽然屋面面积在围护结构占有的比例不大，但是屋面对于顶层房建的作用却是十分重要的。屋面的节能措施主要通过以下几个方面着手。首先，屋面的保温材料选择不应选择密度较大或者导热系数高的材料，以避免屋面的重要和厚度过大；其次，屋面的保温材料也不能选择吸水率大的材料，以避免由于湿作业而影响保温效果。就目前的市场信息来看，屋面的保温节能材料多采用架空型保温棉、倒置式保温屋面和浮石沙屋面等保温节能屋面。而对于南方的住宅建筑，更多的注重的是隔热的效果，可以通过种植屋面、遮阳屋面或者高反射率屋面进行屋面节能设计。3.3.2墙体节能墙体的节能技术多是采用复合型的墙体设计进行墙体节能的。复合型节能墙体指的是在主体结构的基础上，在增加一层或者数层的复合绝热保温材料，对墙体的热工性能进行改善，以达到节能隔热的效果。复合墙体技术多是应用岩棉、聚苯乙烯塑料、玻璃棉、聚氨酯泡沫塑料等等新型、高效的保温绝热材料，甚至直接使用复合墙体，以控制外墙的热传导系数，从而达到节能隔热的目的。按照复合材料和主体结构的位置关系，可以分为外保温技术和内保温技术两种。外箱的内保温施工时在外墙的内部进行保温层施工，它是目前应用比较广泛的一种保温节能技术。外保温比内保温的技术更加合理，具有明显的优势，而且应用同样规格、同等性能和同等尺寸的保温材料进行施工的外保温结构，具有更好的保温效果，不仅有效的降低了建筑结构的热桥效应，而且还提高了建筑体内部的有效空间。与此同时，它还能够有效的消除冷凝现象，提高住宅的居住舒适度。在南方冬冷夏热地区，外饰面的颜色选择应该尽量选择浅色，以减少阳光辐射的吸收系数。3.3.3外门窗节能根据相关统计显示，通过外门窗而损失的热量能耗大约占到建筑能耗的35%到45%，由此可以看出，外门窗节能技术应用仍是围护结构节能技术应用中比较薄弱的环节。外门窗的材料选择、玻璃材料的选择以及有无遮阳措施等都会影响外门窗的热工性能。以往比较常见的普通单玻铝合金窗体的传热系数可以达到6.4W/m2K，是墙体传热系数的六倍。所以，新型的节能保温材料应用就显得十分重要了。比如，中空玻璃、反射玻璃、吸热玻璃等。当前热工性能比较良好的是双玻中空双腔充惰性气体玻璃，其厚度仅有40mm，窗框选择为合金断热桥型材，其传热系数能够达到1.5 W/m2K7。除了外门窗的材料选择以外，外门窗的面积也是影响其节能效果的重要因素。外门窗的面积确定需要结合当地的气候因素、冬夏季的日照情况、室外的温度变化情况、疾风情况、室内的采光通风设计情况等因素。一般来讲，在保证采光通风的前提下，应该合理控制各个朝向的窗墙面积比，具体面积比控制如下表所示。北不宜大于25%，南向的不宜大于35%，东西朝向的不宜大于30%。表1：各个朝向面积比控制朝向朝东朝西朝南朝北面积比=30%=30%=35%=25%4 强化隔热构造技术在住宅建筑设计中，隔热构造技术主要应用于建筑围护结构的屋面设计中，本文主要以冬暖夏热地区的住宅建筑设计为例，通过对加强隔热构造技术应用措施的分析来探讨住宅建筑中隔热构造技术所起到的节能作用。以下就屋面被动蒸发隔热构造、屋顶反射阳光的隔热以及种植屋面的构造三个方面入手，对住宅建筑中的隔热构造技术节能效果进行分析。4.1屋面被动蒸发隔热构造冬暖夏热地区的住宅建筑设计中所采取的屋顶隔热降温构造方法主要有以下四种，一是屋顶间层的通风隔热，二是屋顶植被隔热，三是屋面被动蒸发隔热，四是屋顶反射阳光隔热。被动蒸发隔热屋面能够不依靠常规能源对屋面太阳辐射、屋外综合温度、室内热环境等所产生的热量进行有效的转化和控制，这是由于被动蒸发隔热构造对水蒸发吸收气化潜热带走大量的热这一特点进行了充分利用，获得较好的节能和隔热效果，从而达到住宅建筑节约能源的设计要求8。4.2 种植屋面隔热构造在中国冬暖夏热地区，种植屋面隔热构造是一种较为常见的隔热屋面，利用种植的植物形成湿润的土壤体系，通过吸收、蒸腾和蒸发作用，实现屋面的平衡体系改善，减少室内环境受外在的阳光直射等因素的影响。而且这种屋面种植技术还能够有效的较少强烈热、冷空气对屋面形成的直接影响，减少表面的温度波动，对室内环境温度形成良好的保护。其基本结构层次如下图所示。找平层防水隔离层屋顶结构层防水层隔离过滤层种植介质层图2：种植屋面隔热构造图4.3屋顶阳光反射隔热构造屋顶阳光反射隔热构造的设计方案有很多种类，其中隔热效果比较显著的是倒置式屋面反射阳光隔热构造方式。它在防水层上面放置了隔热保湿层，能够有效的保护防水层，使得室内环境免受外部环境的影响9。5 结束语只有在认识节能措施和隔热构造技术的基础上，才能够正确的选择节能措施和隔热构造技术，才能够正确的设计节能方案和隔热方案，才能够更好的实现节能和隔热的目的。社会与科学的发展会带动技术的发展，随之也将会有更多的研究探讨更加先进合理的节能措施和隔热构造技术。参考文献：1詹林. 论夏热冬冷地区住宅建筑设计节能体现J. 四川建筑科学研究,2010,36(04):264-267.2薛一冰,马丁. 住宅建筑中南向开敞阳台的节能设计研究J. 建筑技术,2013,44(01):79-81.3刘晓敏. 硅电池板在节能型住宅建筑中的设计应用J. 建筑技术,2010,41(03):264-265.4王若竹,钱永梅,王铁红. 多层住宅体型对建筑节能效果影响的综合分析J. 建筑技术,2010,41(03):276-279.5杨梅兰. 民用建筑节能技术发展趋势探讨J. 建筑技术,2012,43(02):163-165.6余侃华,张中华. 建筑节能减排的国际实践经验与启示J. 建筑技术,2012,43(03):266-269.7董海荣,祁少明. 建筑外饰面材料太阳辐射吸收性能对建筑物耗热量的影响J. 建筑技术,2012,43(08):752-754.8肖君,赵平,荆龙飞. 建筑节能技术的效能评价研究J. 建筑技术,2012,43(12):1078-1079.9成辉,朱新荣,刘加平,潘文彦. 高层办公建筑节能设计常见问题及对策J. 建筑科学,2011,27(04):13-18.