吳定春

摘要：隨著建筑耗能的增加，建筑節(jié)能設計引起了廣泛關注。南方沿海城市的一個重要氣候特點是冬暖夏熱，其住宅建筑的節(jié)能設計是針對這個特點進行的，本文結合設計實例，探討南方高層住宅節(jié)能設計，包括了外墻、外窗、屋面等方面，效益非常明顯，適合推廣。

關鍵詞：住宅；外墻；外窗；屋面；節(jié)能設計；經濟分析

可持續(xù)發(fā)展成為當今社會發(fā)展的主旋律?，F(xiàn)階段我國大力推進建筑節(jié)能，建筑節(jié)能處在關鍵時期。為貫徹落實國家建筑節(jié)能政策，積極推廣建筑節(jié)能技術，對住宅建筑進行建筑節(jié)能設計是非常必要。而不同地區(qū)的節(jié)能設計方法是不同的，南方沿海城市是冬暖夏熱的氣候特點，主要應重點解決夏季隔熱、通風、外圍護構造的抗風壓、防雨水以及外窗采光和遮陽的平衡。本文結合南方住宅建筑實例，探討建筑節(jié)能設計問題。

1 工程概括

某高層住宅建筑工程，位于廣東湛江沿海地區(qū),是夏熱冬暖的典型地區(qū),四周環(huán)海,共五棟高層住宅,樓高近100m,建筑面積近20萬m2。外墻大部分為剪力墻。

2 設計思路

本工程圍護構造節(jié)能設計應適應夏熱冬暖地區(qū)沿海城市氣候和周邊環(huán)境特點,其中外墻構造應注重適當?shù)臒峁ば阅?、安全性和防雨水滲透性能；外窗應注重遮陽、通風和隔聲性能；屋面構造應注重熱工性能和防雨水滲透性能。下面重點講述圍護構造方面的設計思路。

2.1 外墻

該工程外墻大部分為剪力墻(大部分200mm厚),熱工性能極差[K值約3.5W/(m2.K)],基本風壓大(0.8kPa),而且建設單位要求外貼面磚。為提高外墻的熱工性能以及房間的舒適度,需要對外墻構造進行改善,目前剪力墻改善熱工性能的方法有兩種:內保溫和外保溫方式,表1為內外保溫措施的特點分析。

表1內外保溫優(yōu)缺點

應建設方要求,在初步設計設想中,外墻提供五種設計方案,三種為為外保溫系統(tǒng)(方案一～三),二種為內保溫系統(tǒng)(方案四～五),詳見表2。

表2外墻保溫構造設計方案對比表

據考察,目前該地區(qū)還沒有相關類似工程的外保溫施工經驗,國內外雖然有眾多外保溫產品可以提供選用,但廠家難提供超過本工程難度的實例,而內保溫在解決該類工程也有一定優(yōu)勢。綜合考慮工程實際及現(xiàn)有的保溫構造優(yōu)缺點,干掛外保溫和內保溫措施(方案三～五)都是較適合的選擇。

2.2 外窗

外窗是建筑圍護構造的重要組成部分,也是一個薄弱環(huán)節(jié)。外窗的熱工性能主要由四個方面決定:傳熱系數(shù)、遮陽系數(shù)(包括建筑外遮陽)、氣密性和可開啟面積。由于本工程位于夏熱冬暖地區(qū)的南區(qū),用節(jié)能軟件計算可以知道,外窗的傳熱系數(shù)對建筑節(jié)能效果影響不大,主要應控制外窗系統(tǒng)遮陽系數(shù)和氣密性。

原建筑設計采用斷熱鋁合金型材,由于斷熱鋁材主要是改善鋁合金型材的熱橋效應,降低窗戶傳熱系數(shù)。而傳熱系數(shù)的大小對本工程(夏熱冬暖地區(qū)的南區(qū))的節(jié)能效果影響不大,而且斷熱鋁材的價位高(每平方米窗增加100元左右),把資金投入這方面,意義不大。粉末噴涂鋁材價位較合適,同樣斷面抗風壓強度比PVC塑料型材高,能滿足節(jié)能設計需要,而且表面顏色可根據建筑外觀設計要求進行訂貨。

遮陽系數(shù)在節(jié)能設計中有兩部份組成:窗本身遮陽系數(shù)SC和建筑外遮陽系數(shù)SD。因此建筑設計時建筑師應盡可能結合建筑立面特點設計固定外遮陽或活動外遮陽；而窗本身遮陽系數(shù)主要通過選擇合適的玻璃來實現(xiàn),考慮到住宅建筑和南方居家的心理特點,玻璃的選擇應兼顧可見光透過率(>0.5)和可見光反射率(<0.2),目前針對南方地區(qū)開發(fā)的遮陽性的低輻射鍍膜玻璃(即Low-E玻璃)是較好的選擇。Low-E玻璃根據生產工藝分在線和離線兩種。在線Low-E玻璃產品可單片使用,但同樣的可見光透過率遮陽系數(shù)大；離線Low-E玻璃產品長期暴露于空氣中會氧化,應組合成中空玻璃使用,增加成本。本工程四周都有公路,隔聲方面應加強處理。由于中空玻璃、平開窗隔聲較好,約比鋁合金單玻推拉窗提高10分貝,通過經濟分析,采用LOW-E中空玻璃應是較合理的選擇。

外窗氣密性能對節(jié)能效果影響較大。室外空氣通過滲透作用影響室內熱環(huán)境。外窗的氣密性能與開啟型式、型材斷面、密封材料性能和組裝廠的加工工藝有關。因此,具體施工時,材料質量和組裝企業(yè)資質應加以考核。

外窗可開啟面積的控制對于南方地區(qū)的節(jié)能有重要的影響。由于節(jié)能率是通過計算設定的條件下(圍護構造密閉、一定的室內外溫度)空調采暖設備運行的能耗大小得出的,外窗可開啟面積對節(jié)能率沒有影響,但南方地區(qū)建筑實際使用過程中,夏季早晚通過引入室外溫度較低的空氣來改善室內熱環(huán)境,減少空調設備使用時間,是一個很好的節(jié)能方式,因此節(jié)能標準中對外窗可開啟面積有一個強制性規(guī)定。

2.3屋面

屋面構造的熱工性能對于整棟建筑的節(jié)能率影響不大,但對于頂層建筑室內的熱環(huán)境影響巨大。夏熱冬暖地區(qū)屋面構造現(xiàn)階段主要通過兩種方式來改善頂層室內環(huán)境熱工性能:提高熱阻和降低外表面溫度。

提高熱阻———就是在構造中增加保溫材料,提高熱阻,降低傳熱系數(shù)的目的?，F(xiàn)階段最常用保溫材料是擠塑板(即XPS),它導熱系數(shù)較低、吸水率低、抗壓強度高,很適合用于屋面保溫隔熱,而且目前擠塑板市場競爭激烈,價位很低,但產品質量也參差不齊,差別很大,價位區(qū)間較大(400～900多元/m3)。建議應選用品牌廠家,并應抽樣檢測來保證質量。

降低外表面溫度主要通過外遮陽、反射或水分蒸發(fā)方式來實現(xiàn)。比如屋頂表面增加一層遮陽設施、隔熱涂料、蓄水屋面、種植屋面等等。這種具有南方地區(qū)特色的屋面構造是值得我們探索和倡導的。

3設計結果

本工程建筑設計時,迎合目前該地區(qū)用戶的消費心理,各朝向開大面積外窗,而且大部分外墻為剪力墻構造,致使窗墻面積比和外墻熱工指標均超過規(guī)定性指標要求,可用對比評定法對它進行節(jié)能綜合評價。

屋頂、外墻、外窗達到相同節(jié)能效果,外墻的投資比例較大。但考慮東西住戶、屋頂住戶的室內熱環(huán)境,從節(jié)能和用戶舒適性角度,應優(yōu)先改善屋頂、東西外墻和外窗的隔熱性能,中間住戶應優(yōu)先改善外窗的熱工性能。這樣可最大限度的提高性價比。首先對東西外墻、屋面、外窗按上述設計思路進行節(jié)能設計,對圍護構造各熱工性能進行調整,用對比評定法初步核算,直到設計建筑能耗不大于參照建筑能耗,即完成一次節(jié)能構造的調整。結果如表3(核算結果一),可以看出,在東西外墻、屋面參數(shù)設置相對合理的基礎上,需要把玻璃的遮蔽系數(shù)Se降低至0.32,設計建筑空調采暖耗電指數(shù)才小于參照建筑,而Low-E中空玻璃在該參數(shù)條件下,可見光透過率小于0.4,無法滿足建設方和用戶最大限度的通、透、亮要求。因此,必須對南北外墻也進行保溫處理,經對比評定法再次核算。其中玻璃的遮蔽系數(shù)Se調至0.5?？梢姽馔高^率也可達到0.6左右,可滿足建設方和用戶的需求。

本工程節(jié)能設計的圍護構造最后選用的結果:屋頂、各朝向外墻和外窗都選用較好的節(jié)能材料,它不一定是最佳結果,但是在綜合考慮到現(xiàn)有的技術條件、建設方的定位、資金的投入、管理部門的政策等方方面面的影響得出的較為均衡、穩(wěn)妥的方案。

4 經濟分析

為了全面了解建筑節(jié)能設計對建造成本影響,以本工程其中一棟建筑為例,選用構造(核算結果二)與常規(guī)建筑進行經濟比較。

表3節(jié)能建筑增加費用(建筑面積:29569m2)

注：圍護構造常規(guī)措施: 屋面(水泥板架空),外墻(無內外保溫措施),外窗(鋁合金單玻窗或PVC塑料單玻窗)。

從表3經濟分析可以看出,項目各方面都使用較好的節(jié)能措施,每平方米建筑面積基本可以控制在100元左右,并給項目增加不少的賣點,就算把該成本分攤到用戶頭上,每戶僅增加幾千元的費用,應該也是樂意接受的。

5 總結

總之，住宅建筑的節(jié)能設計將是我國建筑業(yè)的發(fā)展方向，建筑節(jié)能有利于從根本上促進能源資源節(jié)約和合理利用，緩解我國能源資源供應與經濟社會發(fā)展的矛盾。我們建筑設計人員一定要認識到節(jié)能設計的重要性，根據建筑所處氣候區(qū)的特點、建筑的結構型式，運用科學的設計方法，改善建筑的節(jié)能效果，創(chuàng)造出更多的節(jié)能環(huán)保的建筑精品。

參考文獻

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