南北方建筑围护结构节能措施比较研究

郭家桢

南北方建筑围护结构节能措施比较研究

郭家桢

结合建筑节能的重要意义,对我国南北方建筑围护结构节能措施做了比较研究,针对性地提出了改善围护结构节能效果的方法和存在的问题,以期真正实现节能减排的目的。

建筑节能,建筑围护结构,外墙隔热,外墙保温

1 我国建筑节能现状

建筑物自身为抵抗恶劣环境而消耗的能源变得越来越不可被忽视,尤其是在我国这样一个发展中国家,建筑物的能耗巨大。2010年全国城乡既有房屋建筑面积约 450亿 m2,其中 90%以上是高能耗建筑,近几年我国每年新建房屋面积约 20亿 m2,建筑能耗伴随着建筑总量的不断攀升和居住舒适度的提升,呈急剧上扬趋势。未来很可能接近发达国家的建筑使用能耗水平,达到社会总能耗的 40%左右,成为第一耗能大户。建筑节能对于缓解我国能源压力,走可持续发展道路都具有重要的意义。

我国建筑节能从 1986年颁布《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑)》算起,已经有 25年的历史,新建建筑尽管采取了较为严格的节能保温措施,取得了较好的节能效果,但也未能全部达到国家规定的节能要求;现存的大量老旧建筑仍然处于高能耗、高排放的状态,对老旧建筑的节能改造还处在起步探索阶段。

2 围护结构在建筑节能中的作用

建筑物的围护结构包括门窗、外墙、屋顶、地面四个部分。以未采取保温隔热措施的普通住宅楼为例,门窗的单位面积能耗排在首位,其次是外墙,最后是屋顶与地面,在多层及高层建筑中门窗和外墙面积远大于屋面和地面面积,其能耗占整个围护结构的4/5以上,所以建筑节能的关键是门窗与外墙的节能。

我国东西横跨 62个经度,南北纵跨 49个纬度,各地气候多样,按各地气候条件的不同,我国的建筑气候区划分为五部分,以满足不同地区的舒适要求。我国南北方气候差别较大,本文以山西太原为代表的北方寒冷地区(以下简称北方)和以广东广州为代表的南方夏热冬暖地区(以下简称南方)为样本对南北方建筑围护结构的节能保温进行比较研究。

太原市地处大陆内部,黄河流域中部,冬无严寒,夏无酷暑,在气候分区中属于“寒冷地区”;广州市地处中国大陆南部,珠江三角洲北缘,属于夏热冬暖地区。按照GB 50176-93民用建筑热工设计规范的规定,前者的设计要求是：“建筑应以满足冬季保温设计要求为主,适当兼顾夏季防热。”后者的设计要求是：“必需充分满足夏季防热要求,一般可以不考虑冬季保温。”可见这两个地区在冬季保暖与夏季防热方面的要求都有着很大差别,这也使得两地围护结构节能措施有较大差异。门窗和外墙能耗占整个围护结构的绝大部分,门的面积较小且多在室内,所以建筑围护结构保温节能的关键是窗户与外墙。

3 窗户的节能

由于窗户单位面积能耗最大,所以窗户节能不论在南方还是北方都显得至关重要。窗户节能性能的优劣主要取决于窗户所用的玻璃、窗框材料和密封性能。

3.1 我国北方的窗户节能

3.1.1 选用隔热性能好的窗框材料

窗户中约 1/5的面积是窗框,所以在选择窗框时除性能、美观和质量等因素外选择导热系数小的窗框材料也至关重要。现在北方普遍使用的窗框为塑钢窗框、铝合金窗框和木质窗框等。不同材质窗框的传热系数及节能率见表 1。

表 1 不同材质窗框节能率比较表

塑钢窗传热系数最小、节能率最高。同时塑钢窗制造、安装技术成熟,成本低廉,在保温节能方面有着其他材料无可比拟的优势,所以在北方如果有条件都应该推广使用塑钢窗。铝合金窗框由于其有美观、耐用、性能稳定等优点,使用较多,但普通铝合金框传热系数大、节能效果差,断桥铝框可大幅减小传热系数提高节能效果,但其成本也较高。

3.1.2 选用多层玻璃

虽然空气的对流换热能力很强,但实际上静止的空气导热系数却是远远小于玻璃的,因此密闭的空气层可以看作是热的不良导体能,多层玻璃窗的目的就是在两片玻璃间形成一定厚度的空气层,从而有效降低窗体玻璃的导热系数,提高保温节能效果。实验证明与单纯玻璃窗比较双层玻璃窗可节能 80%,而三层玻璃窗节能高达 91%。如无特殊强度、功能要求应首选多层玻璃窗。

3.2 我国南方的窗户节能

对于夏热冬暖的广州由于其对保暖要求较低,所以主要考虑的是窗户的隔热。主要的隔热措施是采用隔热玻璃,如多层玻璃、Low-E玻璃和防紫外线玻璃等;同时在窗户节能方面应更加强调遮阳构件的应用。以这种被动的却更加环保、方便、美观的方式实现建筑物窗户部分的节能。遮阳构件的应用可以使大部分太阳能量被反射和吸收,避免室内受太阳光直射的情况,减少了空调能耗的负担,研究显示使用遮阳效果好的遮阳构件室内温度最大降幅可达 5℃～8℃。

建筑遮阳构件按照安装位置的不同,可分为内遮阳和外遮阳,其形式又可以分为活动式遮阳和固定式遮阳。遮阳构件依据窗口朝向与太阳高度角的差异通常采用水平式遮阳、垂直式遮阳、综合式遮阳以及挡板式遮阳等形式。当太阳高度角较大时,水平式遮阳可以抵挡从窗口前上方投射下的阳光,适用于朝南的窗口;垂直式遮阳能够抵挡从窗侧向斜射过来的太阳高度角较小的光线,主要适用于北向、西北向和东北向的窗口。

遮阳板的安装位置对于建筑物窗口处通风有较大影响,尤其是在水平遮阳构件中,如果遮阳板是紧靠着建筑外墙面布置的,很容易使空气在板的下方造成滞留,并在室外风压的作用下沿窗户的空隙进入室内,从而降低了遮阳的效果。应该在墙面与遮阳构件之间设置一定的间隙或是采用网状或百叶状的遮阳构件,使大部分热空气可以沿墙面排走。

4 外墙的节能

墙体节能主要是指北方的外墙保温与南方的外墙隔热。墙体的节能起源于北方,但对于广州来说,其日平均气温高于 25℃的天数高达 180 d,所以围护结构的隔热设计也显得至关重要。

4.1 北方的外墙保温

适用于北方地区的外墙保温可以在冬天采暖时期有效的减少由建筑物外墙向外散发的热量,从而减轻了建筑采暖的负荷,对于建筑节能有着重大意义。外墙保温做法分为外墙内保温、外墙外保温、外墙内外混合保温、夹层保温和保温混凝土、保温砌体等多种形式。

4.2 南方的外墙隔热

如何能在隔热的同时还能保证墙体的散热,是南方热工设计所要面临的问题。通常可以将隔热等同于保温,而南方需要隔热的时期恰恰就是一年中最热的 7月份～9月份,如果简单使用和北方相似的保温材料虽然可以有效隔绝室外热量进入室内,但同时室内温度一旦升高,室内的热量将很难散发出去,诸如在夏季的夜晚时分将形成一个室内的大“蒸笼”,既不节能也不舒适。

目前普遍采用的隔热方法是用导热系数小于 0.1W/m2的保温砂浆在外墙面覆盖。但随着绿色建筑、生态建筑的推广,近年来兴起了一种新的隔热方式——植物遮阳,就是将植物例如爬墙虎、凌霄等蔓类植物覆盖于建筑物的外墙,在夏季阳光直射之时有效抵挡大量的阳光辐射,植物的蒸腾作用可以有效降低外墙附近的空气温度3℃～5℃,同时也让建筑物外立面更加美观,在更加重视绿色环保的今天植物遮阳将是今后外墙节能的一个发展方向。

5 结语

通过对南北方建筑围护结构节能措施的比较分析发现,北方与南方由于自然环境与气候的不同在建筑物围护结构节能措施方面有着较大的差异,北方采用保温节能南方则采用隔热节能,因地制宜的选择科学合理的围护结构节能措施是真正做到既节能又不大幅提高成本的关键。选择阻燃性好、耐久性强的保温材料和密闭性好的门窗并充分考虑保温隔热对围护结构的美观性和通风效果的影响是提高建筑围护结构节能效果的重要途径。

随着生活水平的提高,人们对生活的舒适性有更高要求,南方冬季较冷时期的 12月份、1月份的室内采暖,夏季较长时期的室内制冷等都对建筑围护结构提出了较高的保温要求,所以南方的建筑围护结构节能措施有向北方“靠拢”的趋势。

[1] JGJ 26-2010,严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准[S].

[2] JGJ 75-2003,夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准[S].

[3] JGJ 26-1995,民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑)[S].

[4] 宋春华.后哥本哈根时期的建筑节能与住宅产业化来源[N].中国建设报,2010-07-07.

[5] 王有为.中国绿色施工解析[J].施工技术,2008,37(6)：33-34.

[6] 山西省建设厅.民用建筑节能实用手册[Z].

[7] 陈振基.南方地区围护结构的节能方法[J].墙材革新与建筑节能,2007(5)：51-52.

A comparison study of energy savingm easures of building envelope structure in north and south China

GUO Jia-zhen

Combined with the importance of building energy efficiency,the paper makes a comparison study of energy efficiency measures of building envelope structure in north and south China,and proposes themethod of improving the energy efficiency of building envelope structure and shortcomings,so as to realize the aims of energy saving and emission reduction really.

building energy efficiency,building envelope structure,external wall insu lation,external wall preservation

TU111.41

A

1009-6825(2011)09-0202-02

2010-11-28

郭家桢(1989-),男,华南理工大学建筑学院城规系本科生,广东广州 510640