西北地区居住建筑节能设计简探——基于严寒和寒冷地区居建节能设计标准的执行和运用

鲁科言

甘肃省建筑设计研究院有限公司

1 居住建筑节能设计演进

1.1 建筑节能及节能设计发展概述

随着人居环境发展，人居环境品质不断演进更新，而建筑作为人居环境的载体，建筑从空间制约人居条件发展为空间从属于功能，建筑品质的要求亦不局限功能本身，逐越建筑形象及外部空间的创作到内部空间的享受，而建筑节能也从概念化到标准化。

我国传统民居在气候性适应性等方面都有着丰富的传统构造经验和技艺，而我国现代建筑发展相对建筑较晚，真正意义上的现代建筑节能理念也是从上世纪九十年代开始，在此之前，对建筑的要求从坚固实用到坚固功能美观，建筑节能的理念也是伴随着建筑更适宜人居的舒适度要求衍生的。建筑自身采暖和制冷等诸多因素均由建筑能耗作为实现途径，在绿色生态低碳的全球化要求下，建筑节能的标准化执行亦是必然之路。

1.2 居住建筑节能设计标准

本文关注的是居住建筑这一典型建筑类型，也是数量最多建筑节能最行之有效的建筑类型。表1罗列了从无到有各个时期我国居住建筑节能标准，从中也能概略我国建筑节能标准化执行的发展过程。

从表1可以看出，我国第一本民用建筑节能设计规范颁布执行于1986年，而执行对象针对采暖的居住建筑，对于执行的气候区划没有明确的划分，1995年民用建筑节能设计标准版本更新，在规范中明确了适用的范围为严寒和寒冷地区，2010 版本规范更新为“严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准”，2001 年和2012年我国又相继分别出台了针对夏热冬冷地区和夏热冬暖地区居住建筑的节能规范，而GJG 26规范的延续就明确了我国严寒和寒冷地区居住建筑的节能标准，现行执行的寒居建节能标准为2018年颁布。

表1 居住建筑节能设计标准沿袭表

2 西北地区居住建筑节能践行

2.1 老一代居住建筑节能现状

1986 年建筑节能设计标准开始实施，根据笔者所接触的走访观察及涉及的拆除改造工程做出的辨识性判断，西北区地区由于经济发展的相对滞后，实际中1980s～90s年代建成的民用建筑所采取的节能措施极为有限，而上述年代建成的居住建筑在民生中还肩负着大量的使用功能。

这些老一代居住建筑产品，在建筑节能方面存在着普遍性的优劣势。优势在于与同面积建筑物相对体型系数较小，体型规整散热表面积较小有利于集中节能；劣势在于外围护结构的传热性能几乎仅依赖于围护材料自身，实际中几乎没有在围护结构外附加保温材料，另外门窗的密闭性和自身传热性能也是显著劣势。

在实际中，部分老旧小区集中进行了增加外保温材料的整体改造，而居民自主对住宅的保温节能改造大部分采取更换门窗等措施。

返窥1986/1995两版民用建筑节能设计标准，其执行过程可以说是非软件时代，建筑体形系数和窗地比按照公式计算，而维护结构综合传热系数的在实际中往往不再进行公式推导，取值基本按照材料准值取值，门窗传热系数则是按照材料自身传热系数给出了两种限制，而正是西北区住宅在保温层面对节能的绝对侧重点使维护结构的传热性能和门窗的气密性改造成为行之有效的构造措施，而这两个重点延续现行规范，是西北严寒和寒冷地区建筑节能的主要指标。

2.2 寒冷气候居住建筑节能主要指标

从严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准来看，居建标准主要关注的规定性检查指标如下，并对各项指标的性能做出了最低限制，而从严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准2010～2018对最低限值的要求也发生了变化（见表2）。

由表2可以看出，节能设计标准的更新总体上对各项指标的最低要求都更加严格，这遵循了国家节能三步走的策略，JGJ 26—2018的施行标志着严寒和寒冷地区建筑节能全面进入了节能75%的时代。我国以20 世纪80 年代改革开放初期建造的居住建筑、公共建筑作为比较能耗的基础，称为“基准建筑”。计算“基准建筑”全年暖通空调和照明能耗，将它作为100%。新建建筑结构、暖通空调、照明参数均按现行标准规定设定，计算其全年的暖通空调和照明能耗，应相当于基准水平上节能50%、65%、75%。这亦是JGJ 26—95/10/18的节能指标要求。

具体看各项指标，JGJ 26—2018 对屋面、外墙、挑空楼板以及外窗的传热系数有了更严格的限值，而且对天窗、供暖温差大于5K的隔墙/楼板等部位有了明确的规定，对体形系数适则适当放大，这亦是适宜当代建筑更丰富的体型变化，对维护结构的材料性能做出更严格的要求，这种要求和建筑材料自身发展是双重策动的驱约关系。

表2 严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标规定性检查指标一览表

2.3 寒冷气候居住建筑节能权衡判断限制

对于各项指标不能满足最低限值的建筑，JGJ 26 设计标准规定设计居住建筑的建筑物耗热量指标与相同体量满足限值要求的参照建筑进行对比，可权衡判断设计居住是否满足节能要求。规范同时对居住建筑重点维护结构的热工性能指标做出了最小要求，满足要求的设计建筑方能进行权衡判断。通过下表可观察设计标准2010到2018对权衡判断的要求限制变化。

表3 严寒和寒冷地区居住建筑节能设计权衡判断指标一览表

可以看出严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准2010只是对开间窗墙比做出了权衡限制，而JGJ 26—2018则对外墙、挑空楼板的传热系数做出了最小限制，而从构造层面易于实现的屋面、地面、地下室外墙则是要求必须满足限值，更鲜明的一点是对外窗的传热系数做出了最小要求。

3 居住建筑节能设计工程实践

3.1 基于JGJ 26—2010年代的工程设计

西北地区经济发展相对滞后，在工程设计实际中建设方对工程造价的要求是绝对的制约点，而住宅建筑往往是低成本的开发策略，在满足居住建筑设计标准的基础上，建筑工程设计往往采取低成本的构造措施。外窗在一定时期内随其传热性能造假成本正比例增加，而JGJ 26—2010 在可权衡判断的要求仅对开间窗墙比做出限定，于是在实际中，选择相对较低成本的外窗，增加屋面、外墙等其他维护部位保温材料厚度以提高综合传热系数，最后通过权衡判断满足节能设计标准成为了较多采用的方式。

这种方式满足JGJ 26—2010 的标准要求，并能实现相对较低的造价成本。但是在工程实践中，此方式也存在一定弊端，通过大量实际工程模型计算，在达到一定参数范围不短增加保温材料厚度对建筑物整体耗热量指标的改善已经不太明显，而为了弥补外窗等薄弱环节只能加厚材料厚度，再加上高层建筑对保温材料防火性能的要求，能选用的外保温材料自身导热系数亦偏大，往往最终的设计结果是过厚的外墙保温材料，成为高层住宅施工工艺等的弊端。

3.2 基于JGJ 26—2018实施标准的设计

严寒和寒冷地区居住建筑设计标准2018对权衡判断做出了变革性的要求，特别是对外窗的传热性能做出了最低限定，对于西北地区外窗建筑材料可以说是划时代的变化，对于西北地区的寒冷气候区进入了外窗2.5 时代，而严寒C 区进入了外窗2.2时代，严寒A 区进入了外窗2.0 时代。在作者负责的工程设计中，2018年仍能采用的传热系数2.8的外窗已经完全排除在住宅设计以外，对不利环节的最低限定大大优化了节能设计构造，计算模型中外墙保温材料厚度取值趋于合理，无论是达到限值要求还是通过权衡判断，材料的构造方案都更加合理。

4 西北地区居住建筑节能设计工程实践优化策略

严寒和寒冷地区居住建筑设计标准JGJ 26—2018对住宅阳台的限值做出了限定，阳台窗传热系数要求在2.0方能满足节能标准要求。而在西北地区住宅节能窗仍是工程造价主要的控制性指标，特别是现代住宅更加开敞的外立面设计，住宅外窗的面积也是呈上升趋势。基于此，住宅用户在居住使用时绝大多数自行拆除阳台门，外维护性热工要求全部通过阳台构造实现，通过实际工程模型计算总结，将阳台窗开间窗墙比按外窗开建窗墙比控制，客厅和阳台按统一空间计算，此时阳台窗传热系数限值可以按普通外窗要求，在此基础上进行限值要求或进行权衡判断，外维护材料的造价得到相对控制，建筑物整体耗热量指标达到了住宅节能设计标准要求。