节能保温轻型房屋的整体设计方法研究

薛杨

（西安科技大学高新学院，陕西 西安 710109）

节能保温轻型房屋的整体设计方法研究

薛杨

（西安科技大学高新学院，陕西 西安 710109）

在能源消耗量逐渐增大，传统能源日趋枯竭的形势下，选用节能、保温、轻型的房屋建筑材料和建筑结构成为现代的发展趋势.本文首先从节能保温轻型房屋的概念入手，梳理其发展的特点以及所解决的能源危机问题.其次从能源节约和创新利用的角度，分析节能保温轻型房屋对能源科学利用的重要性.最后从节能保温和质量轻盈的角度提出节能保温轻型房屋的整体设计方法.

节能；保温；轻型；整体设计

能源的过度消耗和浪费是当今社会面临的一个世界性的难题.在房屋建筑工程领域，除了建筑过程中对能源的效果，因为设计不合理以及所采用的建筑材料的滞后性，也会引起房屋在日后的使用过程中过度浪费能源.在能源方面，节能保温轻型房屋所能解决的问题主要贯穿于房屋的建筑过程前后.在房屋建筑中，建筑材料的使用摆脱了过去能源消耗较大的窘境，例如，使用钢材框架代替使用过去的烧结砖架构，不但可以一次成型，还能增加强度和整体性.在房屋的使用过程中，有利于能源的节约节能保温轻型房屋是解决这一困境的最好办法之一.虽然目前还没有办法全部实现，但至少代表了今后房屋建筑的一个重要方向和趋势.

1 节能保温轻型房屋的应用趋势

节能保温轻型房屋在降低建筑能耗的同时，可以在使用的过程中实现能源的节约利用.其所产生的实际应用效果，符合当今社会提倡的可持续发展的战略要求，对于能源的节约高效利用和生态环境的保护都有十分重要的意义.[1]

1.1 节能保温轻型房屋的概念提出

节能保温轻型房屋是在传统的房屋建筑学的基础上，加入了力学、新材料学等新兴学科，即用新型材料来代替传统的房屋建筑材料，以实现建筑过程节能，使用过程中保温，在保障整体强度不减的前提下降低总体质量.而在这个概念提出之前，我国的建筑行业能源消耗巨大.以房屋建筑为例，所用到的材料绝大部分是墙体材料，比例超过75%.而构成墙体的材料中，除了高层建筑所需要的钢筋混凝土和空心砖，大部分的材料还是以烧结砖为主.制作烧结砖的材料主要是黏土.据不完全统计，每年为了满足烧结砖的需求量，大约需要109立方米的黏土资源，换算成耕地，占地超过约340平方千米，造成能源的极大浪费.节能保温轻型房屋的概念从欧美引进后，我国开始重视起此类节能型建筑的设计建造，以致力于改善目前消耗过大的能源消费现状.[2]

1.2 节能保温轻型房屋的特点

节能保温轻型房屋的特点总是相对于传统房屋建筑结构来讲，很大程度是其对比传统房屋所具有的优点.首先是对能源的节约.用新型材料来代替传统房屋建筑材料，以解决传统房屋建筑材料能源消耗量大的问题.其次是建造速度快.传统的房屋建筑材料，往往只能采购原材料到施工现场，现场加工并建设.[3]这样不仅施工速度慢，而且容易在施工中因为人为因素或者技术原因造成误差和偏差.而新型节能保温轻型材料普遍能够实现在工厂内的标准化生产，统一按照预先设计的尺寸进行规范生产.将生产好的材料运输到施工工地进行组装即可，既省时，也能将误差降到最小.最后是强度高.虽然在重量上不及传统的房屋建筑材料，但是由于新型材料的高科技含量，房屋强度反而比传统房屋要高，在防风、防火、防震等方面效果突出.

1.3 节能保温轻型房屋所解决的问题

在能源方面，节能保温轻型房屋所能解决的问题主要贯穿于房屋的建筑过程前后.在房屋建筑中，建筑材料的使用摆脱了过去能源消耗较大的窘境，例如，使用钢材框架代替使用过去的烧结砖架构，不但可以一次成型，还能增加强度和整体性.在房屋的使用过程中，有利于能源的节约.例如，在北方，大多数地方实现了集中供暖.在大部分供热企业仍使用燃煤取暖的情况下，如果房屋的保温效果不良，热量消耗较大较快，则意味着供热企业需要燃烧更多的煤来弥补快速损耗的热量，以维持供热温度的稳定.而节能保温轻型房屋中热量的损失过程较慢，从而直接降低燃煤量.在房屋的拆除过程中，传统的材料大多不能二次使用，造成能源的浪费，而节能保温轻型房屋的材料可以重复使用，节约了能源，保护了生态环境.

2 节能保温轻型房屋对能源的重要性分析

在传统能源面临枯竭，新能源前景广阔的当下，对于能源的使用，应当做到重点使用可循环利用能源，谨慎使用传统能源，开发创新新能源.节能保温轻型房屋正是综合利用了这三个方面的作用，才使得对能源的使用做到了节约和创新.

2.1 对房屋建筑材料的循环使用

节能保温轻型房屋的建筑材料几乎可以做到全部回收利用，以提高能源的使用效率.例如，大部分的节能保温轻型房屋都会使用钢材作为框架类的材料.而在房屋拆除后，所用的钢材可以100%回收，除了框架上的变动，其他整体几乎可以在切割和焊接的作用后直接使用.即使框架等结构需要改动，钢材在返炉重炼后依旧可以锻造出需要的设计造型.这一点是传统的钢筋混凝土或者普通烧结砖结构的房屋所无法比拟的.

2.2 对热能的节约使用

节能保温轻型房屋在节能保温方面，需要达到对热能节约使用的目的.具体细分后，就是北方和南方，或者是冬季和夏季的保温需求.在北方或者冬季，天气一般比较冷，需要房屋具有良好的保温效果.而到了南方或者夏季，天气一般较为炎热，此时房屋需要具备出众的隔热能力或者是保持凉意的能力.无论是哪一种效果，都要求节能保温轻型房屋具备良好的密闭性，室内与室外的热交换能力降低.例如，在炎热的夏季，室外温度达到33摄氏度，此时需要将室温控制在23摄氏度.在装有同样空调机型的传统房屋和节能保温轻型房屋内对比来看，空调在制冷后两者室内温度都达到23摄氏度，空调停止制冷，进入待机状态.由于传统房屋的密闭性不好，不具备保温性能，因此在外界高温的热传递作用下，只用了1分钟便超过23摄氏度，空调重新启动并制冷.而节能保温轻型房屋由于保温性能良好，经过了3分钟室内温度才上升超过23摄氏度，空调重新开始运转.在如此一个制冷周期内，后者比前者少运转2分钟，在使用电力能源方面，节能保温轻型房屋可以做到比普通房屋省电50%以上.

2.3 对新式能源的开发使用

节能保温轻型房屋并不是单纯地靠节能来压缩房屋内正常能源的消耗，而是节约传统能源的使用，用新式能源来代替传统能源.因此，大多数的节能保温轻型房屋在对新能源的开发利用方面需要具备一定的条件.例如，在对太阳能的利用方面已经相对比较成熟.除了少量的房屋实现了应用太阳能电池板来提供电能，大多数房屋可以利用太阳能实现对水温、室温的加热提高.例如，太阳能热水器的普及，在节能保温轻型房屋设计中已经成为标配.通过安装在房屋顶部的太阳能热水器，代替电能对水进行加热，供房屋内的人们进行洗浴、供暖等.再例如，房屋屋顶采用导热性能好的保温材料建造，利用太阳的照晒作用，在冬季可以通过热传递将热量传递到屋内，以减少燃煤供暖或者用电取暖所带来的能源消耗.

3 节能保温轻型房屋的整体设计

节能保温轻型房屋功能的完美实现，需要房屋设计阶段将节能保温系统和轻型材料建筑体系实现整体设计、一次设计，同时呈现两大系统的功能.

3.1 节能保温系统设计

房屋的节能保温系统主要包括屋顶和墙体等外围结构.而由于墙体占据了绝大多数面积，因此这里仅以墙体的节能保温功能提出探讨.由外向内，可以分别对房屋墙体进行设计.在墙体的外部保温设计中，多使用导热性较差的特殊材料施工，以达到保温的效果.常见的材料诸如岩棉板和复合材料的板纸品等.墙体外部的保温系统设计虽然不复杂，但是在施工中需要格外注意.由于是直接附着在墙体外层，存在着因施工不牢靠而长时间风吹雨淋后脱落的风险，尤其是高层建筑，存在着重大安全隐患.墙体中间的保温系统设计则主要是靠夹层来实现，在内外叶墙的中间夹层里，添加泡沫塑料等板材，实现隔热保温的功能.在墙体内侧的保温设计中，与墙体外侧的设计原理类似，但是附着的保温材料有所区别，主要是需要额外具备吸潮等功能.图1和图2展示了常见的墙体设计形式.

图1 墙体外侧保温系统

图2 墙体内侧保温系统

3.2 轻型房屋建筑材料的选择与构建

目前在房屋建筑材料领域，普遍是砌体结构、混凝土结构和钢结构.在辅助材料的作用下，三者在保温性能方面可以做到基本相同的水平，但是在效率、能源利用率和强度要求等方面差距较大.砌体结构在矮体建筑中较多使用，除了自身较重，施工周期较长的缺点以外，在强度上完全不能和后两者相比.混凝土结构的建筑材料符合了强度要求，但是在能源的利用上效率底下，材料不能完全循环利用，施工周期也较长.钢结构的材料符合轻型房屋建筑要求.其在材料强度、施工周期和能源的利用效率上都优于前两者，成为节能保温轻型房屋的主要使用材料之一.

3.3 整体设计使用与安全技术

在满足了节能保温轻型房屋节能保温和轻型的基本要求之后，房屋的设计需要回归到一般房屋建筑的要求上来，即符合相关的安全设计规则.房屋整体需要满足最基本的载荷要求.常见的楼面结构和屋面结构见图3、图4.对于墙体和屋顶，要综合考虑恒定载荷和活动载荷，以及风、雪等常见的载荷压力值.除了对抗压能力的抵抗，房屋的结构需要综合考虑抗震能力.一般情况下，节能保温轻型房屋由于其自身重力较轻，并且呈整体结构，抗震能力普遍较传统房屋更强.除此之外，在房屋保温材料的选择使用中，应当加强对耐火材料和防火材料的设计使用频率.

图3 楼面结构

图4 屋面结构

4 结论

节能保温轻型房屋的概念一经提出，符合当前传统能源消耗紧张，新能源开发潜力广阔的现实，成为房屋建设的趋势和发展方向.节能保温轻型房屋具有节能、施工周期短和强度高等特点，可以解决在施工过程中和使用过程中能源消耗较大的突出问题.节能保温轻型房屋对能源的重要贡献，体现在其材料可以循环使用，对热能可以节约利用，以及对新能源的开发.在具体的设计建造中，需要将其作为一个整体，将节能保温和轻型结构系统设计，增加强度和安全系数.

〔1〕赵盼坤.建筑节能保温材料技术进展[J].黑龙江科技信息,2013(21):265-265.

〔2〕覃文清.新型节能保温材料现状及阻燃技术的研究[J].新型建筑材料,2011,38(8):72-75.

〔3〕郑志胜.节能保温轻型墙板轻集料混凝土的最佳配合比设计与应用[J].四川建材，2014，40(6): 11-14.

TU241

A

1673-260X（2017）04-0025-03

2017-01-20