严寒地区居住类建筑节能75%的关键技术研究

严寒地区居住类建筑节能75%的关键技术研究

主要研究建筑节能。

王丽颖，王智宇

(长春工程学院建筑与设计学院，长春 130021)

摘要：针对严寒地区居住类建筑节能的现状，分析了我国当下建筑节能存在的问题，从建筑耗热量指标、建筑体型系数、建筑围护结构构造优化等方面提出了严寒地区居住类建筑节能率达到75%的关键技术。

关键词：建筑节能；围护结构；关键技术

从建筑分类的角度讲，居住建筑包括：住宅、住宅式公寓、别墅、商住楼的住宅部分、集体宿舍、托幼、小型旅馆、医院病房楼、疗养院病房楼等建筑，一般将这些建筑统称为居住类建筑。这些建筑不但在使用性质上相同，在建筑节能构造设计上也十分相近。居住类建筑业是影响节能减排、应对气候变化最重要的领域之一，是消耗资源和能源，并形成刚性排放的领域。近年来，建筑业在推动资源节约、清洁生产技术方面取得了一些进展，但是传统的高消耗、高排放、低效率的粗放型增长方式仍未根本转变，资源利用率低，环境污染严重，同时法规、政策不完善，体制、机制不健全，相关新技术开发应用滞后等问题仍存在。建筑节能不仅是经济问题，而且是重要的战略问题。

1建筑节能现状和问题分析

1.1建筑节能的发展阶段

2008年，重庆大学联合深圳市建筑科学研究院，成功颁布了我国第一个满足居住建筑节能率75%的设计标准。该设计标准的发布意味着中国居住建筑节能75%的目标开始起步。2011年，北京颁布居住建筑节能75%的新标准，其中严格控制了门窗等围护结构传热系数限值。这标志着继南方进入建筑节能率75%的研究之后，北方也迎来了居住建筑节能75%的研究阶段。表1为中国住宅节能研究经历的历史阶段。

表1　中国住宅节能经历历史阶段

1.2居住建筑节能存在的问题

1)建筑节能设计缺陷。我国的设计标准与发达国家相比差距仍然较大，德国2012年就开始执行居住建筑被动式低能耗节能标准，而我国执行的是节能65%的标准，围护结构指标上相差甚远。

2)缺少配套完善的建筑节能法律法规。我国虽然已出台了《中华人民共和国节约能源法》等法律，但建筑节能政策法规执行的并不严密，国家对建筑节能创新技术支持力度不够，普遍存在起点低、技术水平不高、创新能力弱的问题。

3)可再生能源在建筑中的应用进度缓慢。多年来，我国开展了相当规模的建筑节能工作，主要采取先易后难、先城市后农村、先新建后改建、先住宅后公建、从北向南逐步推进的策略。但是到目前为止，建筑节能率75%仍然停留在试点、示范的层面上，尚未大面积铺开。

4)热桥问题还没有得到彻底的解决。部分建筑仍有非常严重的结露长毛现象，部分建筑窗榜(洞口)周边热量渗透的情况仍然存在，玻璃内表面与室内存在着温差过大等情况。

5)施工质量不过关。通过调研发现，有些技术问题在设计中有所考虑，但是施工过程中却未按图施工或没有达到设计的要求，这也是导致室内温度达不到舒适温度的主要原因之一。这个问题同时也反映了施工过程偷工减料，验收阶段执行力不够等问题。

2建筑节能75%的关键技术研究

2.1建筑朝向及体型系数控制

居住建筑总平面设计，涉及到建筑的朝向、建筑密度、建筑间距等方面的问题。严寒地区居住单元朝向，最好避开冬季最大主导风向，尽量控制在偏东南15°，偏西南10°范围内。为了实现节能75%的目标，应将体形系数控制在0.28以下(9～13层)，居住建筑体型系数的数值每增加0.01，能耗将提高2.5%。应尽量减少居住建筑凹凸变化，增加层数、缩小开间、加大每户进深，具体数值见表2。

表2　各节能阶段建筑体形系数限值汇总表

2.2建筑物耗热量指标的控制

建筑物耗热量指标限值研究：建筑节能设计标准中，建筑物耗热量指标是最重要的热工指标。其他指标均依据其确定。根据国家有关标准，第1阶段、第2阶段、第3阶段建筑物耗热量指标，均按总节能率30%计算，其中建筑物按承担20%，供热系统承担10%的分配比例计算建筑物耗热量指标。第4阶段(即节能75%)设计标准，亦应按总节能率30%，其中建筑物承担20%，供热系统承担10%的分配比例计算建筑物耗热量指标。

2.3围护结构构造优化

围护结构的构造设计是实现节能率75%的关键环节，建筑物的外围护结构与外界直接接触，是室内热量向外界散发的主要途径，围护结构构造优化设计主要是提高建筑物外围护结构的保温性能和气密性。本次研究从地面、墙体、屋顶、外窗、减少热桥5个部分进行分析。各节能阶段建筑物的耗热量见表3。

表3　各节能阶段建筑物耗热量指标汇总表

2.3.1地面

严寒地区居住建筑地面是建筑耗能的一个组成部分，由于毛细管现象，地面非常容易“受潮”，因此，应在素混凝土垫层下方增设防潮层一道，阻隔地下潮气的上升，并在混凝土垫层上增设保温层一道，保温材料可选用挤塑板、发泡水泥板、聚苯板等保温材料。达到较少热量的传递，能够提高地面的保温性能。

2.3.2墙体

墙体在建筑耗热量中占1/4左右，墙体也是建筑与外界接触最多的部分，其节能设计至关重要。从多年的实践经验来看，外墙外保温是推广最广的一种保温形式。按照现有国家标准，节能65%建筑外墙一般采用10 cm厚的EPS保温板。施工过程形成的直缝造成的热量损耗也占相当大的比重，为了解决这一问题，采用EPS膜块做外墙的保温材料，该保温材料导热系数≤0.033 W/(m2·K)，密度大于30 kg/m3，吸水率≤6%，保温膜块表面平整，板面带燕尾槽，施工时各种模块组合采用企口对接，转角处材料没有接缝，不但减少了热量的损失，且整体性非常好，可消除拼接缝隙热桥，粘接牢固，技术性能指标优于传统EPS，具有优良的强度、热工性能。

2.3.3屋顶

屋顶的耗热量在总耗热量中占8.6%，改进屋面层的保温性能，阻止热量在屋面层的传递。首先，屋面保温材料应该选用密度较大、导热性能很低的保温绝缘材料；其次，屋面保温材料还应选择吸水率较低的材料，以防止屋面潮湿降低保温效果。节能65%中的屋顶传热为系数为0.35 W/(m2·K)，若要进一步提高节能达到75%，则屋应顶传热系数应控制在0.30 W/(m2·K)以下。

2.3.4外窗与窗台板

节能率65%的建筑要求外窗传热系数≤2.0 W/(m2·K)，就目前的技术来看，进一步降低传热系数并不困难，秦皇岛“在水一方”住宅小区是被动式低能耗试点工程，采用的门窗传热系数k值仅为0.8 W/(m2·K)[1]。如果将该传热系数的窗利用到节能率75%的建筑中，能满足要求，但有些浪费。根据建筑的体型系数大小应将外窗传热系数控制在1.4～1.7 W/(m2·K)之间。

窗台与窗框之间很容易产生渗漏问题，当雨水渗透到保温层内时，会导致保温材料的性能降低，大大降低房屋的保温效果。为了降低此类风险，外墙窗户应设置窗台板。根据严寒地区EPS模块外保温体系的构造和窗框外置的构造做法，预制窗台板的设计如下：一是窗台板的尺寸应符合窗户模数，且窗台伸出墙面的长度以30～50 mm为宜；二是窗台板设置3%～5%的排水坡度，并在排水的下端有鹰嘴设计；三是在窗台板两端应设计具有缓冲作用的伸缩胶条结构，在夏季炎热金属膨胀时可向两边有一定的延伸使胶条受到挤压，而冬天温度较低金属收缩时胶条可恢复形状。上部用金属盖进行遮挡保护，同时可将流至边缘的雨水集中排至窗台板面，见图1～3，该设计可有效防止渗透问题[2]。

图1　窗台立面图

图2　窗台板设计图

图3　窗台板安装效果图

2.4通风技术

由于达到节能75%目标的建筑保温性能和气密性能较高，室内空气流通不畅，会使有害物聚集对人体有害。居室内含有多种有毒有害物质，密闭情况下其含量可能高出室外几倍或几十倍。通过采用微量通风技术，实现新风预热、排气热回收及有效地通风换气达到利于健康的目标。室内外空气经热交换，可回收排气热量约70%；室外新鲜空气经过滤和预热后进入室内；新风量可调节，以满足人均新风量要求(30m3/人·h)。通过实施该技术，使气密性良好的节能建筑更加满足人居需求。其特点：双向通风，将室外新鲜空气送入室内的同时，将室内污浊空气排出室外，创造舒适的人居环境；能量回收，利用室内排气的热量对新风进行预热，在提供新鲜温暖空气的同时回收能量，节约能源；过滤空气，向室内供给足量的新鲜而清洁的热空气，保证居室人员的身心健康。

3结语

开展建筑节能75%的研究与试点示范工程建设，对进一步推进严寒地区居住类建筑领域的节能减排、发展绿色低碳建筑，具有重要意义。建筑节能75%与节能65%相比，其应用技术基本类似，现有技术基本可以实现，但有些技术还需进一步研究、完善。其工程增量成本约为5%，这与现阶段的高房价相比，并不算太高，应加快实施建筑节能75%的步伐。2016年严寒地区新建建筑将全面执行建筑节能设计标准。2020年每平方米建筑碳排放量比2005年减少50%。每平方米住宅建筑面积节约标准煤量从2010年开始逐年降低5 kg。2012年以后每平方米住宅建筑面积消耗标准煤量控制在30 kg以下。节能之后，人们的生活环境和生活质量会带来巨大的变化，同时将会给社会带来巨大的经济效益和环境效益。

参考文献

[1] 商冬凡，边智慧.中德被动式低能耗建筑示范工程主要技术介绍[J].建材世界，2012(6)：108-111.

[2] 丘雨佳.建筑节能技术在季冻地区高速公路服务区建筑设计中的应用[D].长春：长春工程学院，2015.

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2015.02.017

收稿日期：2015-04-28

基金项目：吉林省高技术产业发展专项(2013G036)

作者简介：王丽颖(1962-)，女(汉)，吉林通榆，教授

中图分类号：TU241.91

文献标志码：A

文章编号：1009-8984(2015)02-0065-03

The research on the key technology of building energy saving of 75% in severe cold regions

WANG Li-ying，et al.

(SchoolofArchitecture&DesignEngineering，

ChangchunInstituteofTechnology，Changchun130021，China)

Abstract：In this article，in view of the present situation in energy saving residential buildings in severe cold regions，the current problems of efficient building energy saving in China have been analyzed in it.The key technology related to building energy saving of 75% in severe cold regions has been put forward from the aspects of heat consumption index，building shape coefficient，building envelop structure optimization，etc.

Key words：building energy saving；retaining structure；the key technology