房屋建筑节能设计的现状分析

王纪锋,刘光辉,吕孟浩,王 勤

( 1.广安市住房和城乡建设局，四川 广安 638099；2.四川省川建勘察设计院有限公司，四川 成都 610000)

0 引 言

建筑节能的含义是建筑物在整个使用过程中，每一个环节节能的总和.具体是以建筑节能规范中的要求为标准，对建筑物的围护结构的热工性能采用更合理的设计创新，在使用、设计、规划布局以及地址选取等各个环节中使用新型的建材、节能机电设施与产品，从而使节能设备的运行管理和机电设备的运行效率得到进一步提升.另外，为了更加高效地对能源进行利用，在降低建筑与可再生能源方面的能源消耗的同时，必须确保建筑物使用功能和室内热环境质量不发生较大改变[1].川渝地区气候多为冬冷夏热,在大的气候背景下如何统筹好当前和未来,在兼顾经济和节能的前提下,做好建筑节能推广工作已成为当前必须面对和需要解决的问题[2].

1 房屋建筑节能设计的现状

房屋建筑是人们生活、生产和工作的必需品,每一个建筑设计中都包含建筑能耗的设计[3].目前，我国节能设计与发达国家仍具有一定的差距.建筑节能设计一般情况下都是通过建筑设计系数来进行衡量的,而建筑设计系数的影响因数主要包括建筑物的围护结构、平面布局以及构筑物的外形等.相比于发达国家，我国的建筑节能方面相对比较落后，主要体现在以下几个方面：一般情况下，我国在建筑节能中的外窗系数是发达国家的2倍左右，外墙系数是发达国家4倍左右，屋顶系数则是发达国家的3倍左右.二是政策机制不够健全，建筑节能设计不仅是一项系统性工作，同时也是建筑节能实现的保障[4].目前，由于相关的建设部门不仅缺乏系统的保障，同时也缺乏对建筑节能实际成果的评判机制，从而导致了建设部门对建筑节能设计环节的监控乏力.三是节能设计与功能设计存在矛盾，为了达到预计的节能效果，首先要对建筑外围的结构进行创新改进，其次要对建筑节能设计阶段进行加强.如果只关注建筑节能设计是否达到所需要的标准，其结果可能会比预先设计的功能相差很多，使得这些建筑物浪费了大量的资源.

2 建筑节能设计的主要措施

2.1 优化建筑设计

2.1.1 建筑体型

在建筑设计中,为了使建筑在不同条件下(如气候条件、地理条件等)都能适应，应该对建筑群体组合和建筑物的体型进行合理的设计.如果基于其他的客观条件相同,一般体型系数(即建筑物的外表面与周围体积的比率)与能源的消耗量、单位面积的散热量、单位面积均成正比,且随体型系数的增加而增加.在对建筑物进行体型设计时，可以采用增加建筑物进深或者缩小建筑物的面宽等方法，来对建筑物的体型系数和外表面积进行适当的优化.另外，外观结构也会对建筑体型造成影响，比如，在进行外观结构的选择时，一般多采用长条形，而非主体过于复杂和凹凸面较多的塔式外观.

2.1.2 建筑物的朝向和间距

为了考虑建筑物内部的散热、采光对建筑节能的影响，在布局时应该对建筑物的间距和朝向进行合理的选取.不同季节要根据实际情况来选择合理的日照时间，冬季需要抵挡冷风的侵入，同时保证室内阳光的充足；夏季则应保持室内有良好的通风，减少太阳直射等.

2.1.3 建筑物的平面布置

优秀的平面布局往往能使建筑物的节能效果上升一个档次.当将管道井、机房、电梯、楼梯等布置在建筑物的西侧或者南侧时，则能对夏季的日射进行有效的阻挡.另外，风也会对建筑物的能源消耗产生一定影响，不同季节的风所带来的影响有所不同，如冬季的北风、夏季的穿堂风.

2.2 优化建筑围护结构的节能技术

建筑物的外围构件是建筑物的节能设计中十分重要的环节，外围构件是建筑传热的介质,会影响建筑外墙的热稳定性与保温性能.为了达到建筑节能的目的和国家节能设计规范中的要求，应降低屋面、门窗和外围护墙体的传热系数，同时提高外墙的保温耐热性.

2.2.1 建筑物的墙体

建筑物中墙体节能设计是通过对墙体在热能方面的消耗而进行控制,对建筑物的墙体进行节能设计时，可以分别从内墙保温和外墙保温进行.对于建筑物而言,外墙保温效果往往可以更高效,不仅可以使墙体的使用期限延长，还可以避免热桥效应,其缺点是造价较高.此外，材料的选取对于外墙墙体的保温设计极其重要,采用墙体内部依附高效能的节能材料和对能源消耗较低的新型材料,往往能够达到墙体的热阻目的.目前，外墙材料采用较多的有岩棉板、挤塑聚苯板以及聚合聚苯板等.

2.2.2 建筑物门窗

建筑物窗墙比是指建筑物窗户洞口面积与其立面单元面积的比值.在建筑设计中，合理的窗墙比既能确保建筑物的观景、通风、采光、日照等要求，同时还能有效地减少门窗的建筑能源消耗.通过国家节能设计规范可知,每个方向的窗墙比有不同的要求，具体为南向的窗墙比不超过35%，东向窗墙比不超过30%，北向窗墙比不超过20%.随着时代的发展，越来越多的建筑为了追求外观的美丽，设计时采用了较多的大型落地窗设计，这样的设计会使得窗墙比增大，从而导致能源的消耗也增加.相关数据表明，目前建筑物大约30%的能耗都是由于建筑物的门窗玻璃设计的不合理所导致.为了使得建筑物的节能设计更加的合理化，对建筑物中门窗玻璃的使用应该更加谨慎，必须从门窗的遮阳系数、传热系数、气密性等相关方面进行综合考虑，或者使用新型的节能型玻璃.

2.2.3 建筑物屋顶

采用高效保温材料,通过架空屋面,或采用浅色屋面从而达到隔离太阳辐射热和减少阳光直射的效果.在客观条件允许的情况下,可参考海绵城市的建设要求,采用屋顶覆土的方式做成植被屋面,屋面上可以种植枝叶茂密的植物,利用植物的枝叶进行遮阳,覆土还可以作为隔热层来加强建筑屋面的隔热性能，或者通过植物的光合作用对部分能量进行消耗和转化,同时也可以美化环境.此外还可采用通风屋面、蓄水屋面等多种的节能措施.

3 保温材料

保温材料的定义是指材料的导热系数小于或者等于0.12.为使材料的保温性能得到进一步提升，在满足GB/T 17369—2014《建筑用绝热材料性能选定指南》的要求下，需要对保温材料进行创新，降低材料成本,提高材料的保温性能.目前，保温隔热材料正朝着集防水外护、节能、隔热、薄层及高效于一体的方向发展.材料的选取是影响材料保温最主要的因素，具体需要考虑材料的强度、燃烧性能、吸水率及导热系数等指标.以前，提高材料保温隔热的性能主要是靠加大气相空隙率,以降低材料本身的导热系数与传导系数为主.现在的建筑物所使用的保温隔材料，按材料的成分可以分为有机类、无机类、金属类.这些材料都具有一些缺点，如纤维类保温材料，其外部覆层需要达到一定的厚度,才能使得材料的对流传热和辐射传热性能增加;型材类的无机保温材料虽然其保温隔热性能较好，但由于其施工繁琐、接缝多，导致美观性能与防水性能不足、使用时所产生的损耗也较大.基于此，相关学者正在研究一种隔热反射性能较好的新型材料[5].

3.1 无机保温材料

无机保温材料主要包括有水泥基复合膨胀玻化微珠保温浆料、泡沫玻璃保温板、水泥基泡沫保温板、膨胀玻化微珠保温板、岩棉板等，相比于有机材料，无机保温材料都具有较为出色的防火性能，甚至通过特殊的配方，其防火级别能达到B1级到A级，且具有一定的保温效果.目前，常用无机保温材料及其特殊性如表1所示.

3.2 有机保温材料

有机类保温材料主要包括EPS保温板、XPS保温板、硬泡聚氨酯保温板、酚醛保温板、改性聚苯板等.具有致密性高、保温隔热性能好、质量轻、可加工性等优点.其缺点包括耐老化性较差、变形系数大、稳定性与安全性差，易燃、对生态环保的影响较大、施工难度较高及工程成本较高，同时，有机保温材料在我国市场上的资源有限，且基本不可能再进行循环再利用.传统的聚苯板、无机保温板虽然在保温性能上相比于其他材料更胜一筹，在市场中流通较广，但是由于材料本身的易燃性较高，极易发生火灾、尤其是传统的聚苯板在燃烧时会散发毒气，此类材料在发达国家的应用范围很小[6].我国在新型有机保温材料方面的技术还不太成熟，依旧在建筑中大面积采用聚苯板保温材料，以致于火灾事故的发生频率较高.目前，常用有机保温材料及其特性如表2所示.

表2 常用有机保温材料及其特性

3.3 金属保温材料

金属类的保温材料主要包括有铝和铝制品,市场上应用较广的有铝箔、铝板、铝箔复合轻板等，其通过利用材料表面的辐射特性来达到绝热保温效果.具有辐射特性的这类材料,其表面的热量吸收率较低,向外辐射热量的能力往往也较小.这类材料在市场上比较稀缺,价格昂贵.

3.4 性能评价

综合上述有机保温材料、无机保温材料及金属保温材料特性分析结果，得到常用保温材料性能评价如表3所示.

表3 常用保温材料性能评价

4 存在的问题

4.1 激励政策有待完善

目前，建筑节能的实施主要靠规范文件的强制性约束,激励机制尚未建立健全,建设单位主动投入的积极性普遍不高.节能所产生的效果具有较强经济外部性,由于将节能完全交给市场进行自发调节,往往很难有效发挥作用.建筑单位在节能设计方面不积极的原因主要有以下几个方面：第一，初始投资大，经济效益的波动过大，无法计算；第二，技术研发风险性过大；第三，国内市场还未完全打开，产品竞争力低，量小价高.同时，受多种因素影响,消费者在选购产品时往往对产品的能效重视不够等.要克服节能领域存在的诸多障碍,需要政府采取一系列经济、法律以及必要的行政手段来对市场主体的用能行为进行引导和调节，而合理的财政、税收、政府采购、信贷、价格等政策措施,也可以有效地规范、引导和调节市场主体的经济行为,可以激发企业节能降耗的内在动力和消费者选购节能产品的积极性.

4.2 新型材料的使用有待进一步规范

随着科学技术的不断进步，新型建筑节能材料的出现给建筑物的节能保温材料的使用带来了新的选择.其中，节能涂料种类繁多，根据节能原理分有阻隔型、辐射型、反射型.其中，建筑反射隔热涂料，具有施工工艺简单、不易脱落、施工周期短、成本低及防火性能好等优点，但在实际操作中缺少设计规范和施工技术规程的支撑，住建部科技司2016年12月28日通过鉴定评审，认定该类型涂料只能用作南方建筑太阳辐射作用下的反射隔热，并无保温功能；中国建筑西南设计研究院也以该类产品技术参数所依据的白皮书无批号、无备案、无出版号为由，禁止本单位在设计中采用保温隔热涂料作为外墙保温系统使用.

4.3 统一的节能设计与群众的差异化需求存在矛盾，资源浪费严重

统一的节能设计与群众的差异化需求存在矛盾，这一问题在住宅建筑中表现尤为突出，建筑物由建设单位统一设计、建设，最终的产权人是每一名业主，而业主的需求是多样的、有差异的.如住宅建筑内阳台与客厅之间的推拉门，建设单位在设计和施工中都严格落实了节能保温相关要求，而在后期的装修中，大部分落地窗因地平问题、或业主喜好被改造或拆除，不仅导致保温措施被破坏，还产生大量的建筑垃圾.

4.4 外墙保温板保温系统安全问题突显

随着居民对房屋功能要求越来越高以及建筑节能要求,外墙保温已成为建筑必不可少的一部分,外墙的外保温相比于内墙要更多一点,根据JGJ144—004《外墙外保温工程技术规程》规定,外墙外保温工程在正常合理的养护和使用时，其使用寿命不能低于5年[7].实际上，近年来建筑物外墙保温脱落成为小区居民生活中的一大安全隐患，而究其原因,一是保温板自身容易变形,容易产生渗漏脱落现象；二是施工质量不高,如基层表面平整度处理不当、黏结面积不符合规范要求等导致；三是保温板的表面温度相较于传统水泥高10℃～15℃，具有较好的热阻性能,但温差大会加大保温板变形，保温板的抗裂砂浆防护层热量不易传导扩散.

5 思考和建议

5.1 加大宣传要力度，提升公众的建筑节能意识

由于建筑节能概念在我国社会宣传不够，导致人民群众对其了解不深，所以我们需要通过多媒体和多渠道的方式来对建筑节能设计的优点进行广泛的宣传,促使国家的相关政策深入人心,让大家对建筑节能方面的知识有一个更为深刻的理解,明白节能设计的意义所在,为经济的可持续发展作出自己应有的贡献

5.2 严格落实建筑节能设计和节能审查机制

严格执行《绿色建筑设计标准》和《建筑节能设计标准》要求,保证在对建筑物进行设计时，其施工图和相关的设计文件必须满足相关行业标准和国家政策[8].按照绿色建筑评价标准，按照星级目标填写绿色建筑自评报告及相关支持材料[9].施工图设计文件应有专门的建筑节能设计和绿色建筑设计章节(或绿色建筑设计说明).严格审核施工图设计文件，出具建筑节能、绿色建筑审核意见，施工图设计文件经会审合格后原则上不得擅自更改，确需变更且涉及建筑节能环节的，不得降低节能标准和绿色建筑星级标准，否则需重新办理施工图设计文件审查手续.

5.3 加大清洁能源的使用

严格执行《建筑节能与可再生资源利用通用规范》,在新建建筑设计中落实太阳能建筑应用系统设计[10].采用清洁能源中的太阳能，通过将太阳能转化为可以直接进行利用的能源.自然光也属于清洁能源的一种，对人们视觉的适应度非常高，所以在建筑物设计时应该最大限度地利用自然光线，包括自然光的反射、折射原理等.

5.4 合理设计，兼顾节能要求和功能使用

在建筑物设计阶段应尽可能多地兼顾建筑节能与使用功能的统一，避免二次装修对节能保温系统的影响.首先要优化规划设计，减少建筑物平面布置的改造空间，明确阳台等位置的空间属性，为后期的施工图设计提供更准确的规划依据；其次要减少保温系统对建筑使用功能的影响，尽可能选择外墙外保温系统，降低保温系统因二次装修被破坏的可能性.

5.5 创新监管方式，加强建筑保温系统使用过程的监管

改变以往重许可轻监管的管理模式，探索竣工验收和日常监管相结合的方式，一方面加强施工质量监管力度，确保竣工验收阶段保温措施落实到位；另一方面，科学地做好建筑保温竣工验收工作和日常监管工作的有效衔接，允许“容缺”验收，如住宅建筑阳台和客厅之间的推拉门及外墙保温，在建筑工程施工阶段可暂不统一实施，改为在二次改造过程中充分考虑业主个人需求后，由建筑单位、业主按照约定做好改造工作，这样既确保了综合验收工作顺利进行，节能措施落实落地，开发商按时交房，又避免了大量建筑垃圾的产生.