宋楊 王宇環(huán)

0 引言

建筑節(jié)能問題在城市生活能量不足，土地資源日益緊缺和城市經(jīng)濟高速發(fā)展的重大背景下，已變得越來越關(guān)鍵。而目前發(fā)達國家地區(qū)的建筑能源，一般在世界總能源的三分之一以下。隨著中國城鎮(zhèn)化程度的日益提高、第三產(chǎn)業(yè)占我國GDP 比例而增長和我國工業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，我國建筑能源的比例也將不斷提高，并最終逼近了發(fā)達國家目前的水平。

1 嚴寒地區(qū)住宅建筑設(shè)計主要方向

城市化水平在社會經(jīng)濟的推動下而得以提升，城市化建設(shè)水平邁入新臺階，在建筑行業(yè)發(fā)展階段，綠色、節(jié)能、環(huán)保設(shè)計理念成為新的方向。

綠色建筑設(shè)計理念包括三個方面：

（1）設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)要充分保證其能源資源節(jié)約性，可對太陽能資源進行充分利用，降低人們對空調(diào)和各類采暖設(shè)備的使用頻率。再者，合理化運用自然風通風原理完成風冷系統(tǒng)設(shè)置。

（2）設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)要始終堅持資源節(jié)約的原則，最大限度地實現(xiàn)資源循環(huán)利用，這種要求的提出，便加大了選擇建筑材料的難度。在嚴寒地區(qū)的建筑工程，要綜合考慮氣候變化和自然災害，保證自然條件變動不會影響建筑質(zhì)量，盡量選擇安全性和穩(wěn)定性并存的材料。

（3）對建筑結(jié)構(gòu)健康性和舒適性作出綜合考量，確保建筑材料無害、無毒、健康。

2 建筑節(jié)能發(fā)展的能源與環(huán)境背景

2.1 建筑節(jié)能發(fā)展的背景

我國既是能源產(chǎn)出大國又是耗能大國，在能源消耗中，上升速度最大的是建筑物能耗，其中60%以上的建筑物能耗支出都來自城市燃氣消耗，同時由于中國的城市化步伐日益推進，建筑物數(shù)量也在飛速增加，建筑物能耗也隨之日益上升。特別是在我國嚴寒地區(qū)，城市大多實行燃煤供熱，并因為建筑物的圍護結(jié)構(gòu)以及保溫性能不好等工程設(shè)計問題，而直接造成城市冬季的供熱能源消耗較大，并給城市冬季的空氣質(zhì)量帶來了很大污染。由于社會經(jīng)濟發(fā)展大量的消耗煤炭和石油等化石能源，導致全球范圍內(nèi)的能源資源危機加劇，化石能源資源燃燒排放大量的污染性氣體，已然成為污染環(huán)境的重要因素。雖然當前人們已經(jīng)充分認識到化石能源對環(huán)境的危害，但是當前的技術(shù)手段不能完全脫離這部分資源而發(fā)展。伴隨人們物質(zhì)生活水平的改善，對人居與環(huán)保需求的增加也為建筑設(shè)計提出了更高的需求與挑戰(zhàn)，在這樣的時代機遇下，現(xiàn)代建筑設(shè)計的環(huán)保建筑設(shè)計理念就應運而生了，也普遍受到各界關(guān)注，在國家發(fā)展戰(zhàn)略的要求下，更高效率的建筑節(jié)能設(shè)計是建筑行業(yè)必然趨勢，同時也是未來的必然發(fā)展。

2.2 建筑能耗現(xiàn)狀

在我國冬季的時候，建筑能耗面臨的問題仍舊是采暖方面的問題，另外，在春秋過渡期間，采暖剛剛完成或者尚未開始，需要在較低的溫度下維持一段時間的熱量，進而采暖能源遷移至大量電力裝置使用。而在夏季，則以空調(diào)消耗居多。盡管東北地區(qū)的城市建設(shè)規(guī)模在迅速增加，但就當前的常用建筑物及圍護結(jié)構(gòu)特性分析來看，能滿足我國國家規(guī)定的節(jié)能標準的建筑物比例很少，而且外墻保溫隔熱體系和門窗的傳熱系數(shù)，也無法達到國家建筑節(jié)能設(shè)計規(guī)范的要求。在建筑物保溫性能狀況上，與同氣候條件相似的國家相比差別甚遠。

3 充分利用太陽能資源

3.1 建筑布局

天氣嚴寒的地方在設(shè)計建筑構(gòu)件時要充分運用太陽能，可減少在供暖階段的原材料投入，從而節(jié)約資源并且有利于在室內(nèi)保持恒定的溫度。太陽輻射的強度和角度是隨著時代而改變的，住宅建筑物會以群組的形式設(shè)計，這時要防止建筑物內(nèi)部互相阻擋太陽照射，要確保住戶能享受到太陽照射。太陽能產(chǎn)生的熱能可以增加房間溫度，符合綠色建筑的節(jié)能宗旨，所以要加強開發(fā)利用的力量。

3.2 建筑朝向

建筑門窗的朝向會影響到接收太陽輻射狀況，建筑設(shè)計進行之前可對建筑區(qū)域的環(huán)境進行檢查，確定各時期太陽輻射的方位以此為基礎(chǔ)進行的建筑設(shè)計工作更富有科學性，要以嚴寒期間作為建筑設(shè)計優(yōu)化對象，北方冬天天氣嚴寒，太陽輻射強度較低，很難滿足室內(nèi)外氣溫的要求。太陽能作為新型能源，在供暖設(shè)計的時候可以對其進行合理應用，將光照時間階段性分配好，并測算出在各個時段的強度。而樓體的設(shè)計方向要保證在窗戶部位多數(shù)時段均能接受太陽的光照，并且是在光照強度較大的時段，能迅速提高整個房間的溫度。而窗戶的高度和寬度則要格外小心設(shè)計，細化小區(qū)內(nèi)部的各建筑結(jié)構(gòu)，并分別加以設(shè)計最大限度地使用太陽光，節(jié)省了供暖消耗的大量能源資源。

4 注重冬季防風，適當考慮夏季通風

冬季室內(nèi)保溫首先要解決好防風問題。由于我國北方區(qū)域的建筑結(jié)構(gòu)在夏季要具備良好通風特性，而冬天又對建筑結(jié)構(gòu)嚴密程度需求較高，因此冷風的進入將會大大降低室內(nèi)外氣溫，并耗費大量燃氣，為滿足綠色建筑設(shè)計的理念，可對建筑結(jié)構(gòu)的門窗部分進行優(yōu)化，在封閉狀況下提高密封性，并降低了冷風進入的可能性?？蓪﹂T窗進行優(yōu)化設(shè)計，將其中一些設(shè)計為可開關(guān)的活動形式，但多數(shù)仍采用固定式構(gòu)造。對建設(shè)區(qū)域的夏季風向加以深入研究，并以此為基礎(chǔ)重新設(shè)計門窗的打開朝向，可保證在夏季通風換氣。封閉后又可構(gòu)成堅固的整體結(jié)構(gòu)，而不致有風從裂縫中進入。合理化設(shè)計陽臺結(jié)構(gòu)，也能夠為室內(nèi)保溫提供支持。因設(shè)有雙窗戶設(shè)計，可于夏季同時開啟，而冬天又能實現(xiàn)最簡單的通氣，在緩沖階段的氣溫會超過室外，因此可以合理調(diào)節(jié)氣溫，給居室營造溫馨的生活環(huán)境。提高自然通風能力的最有效辦法：一是穿堂風，而另一個辦法則是安裝通風管道，居室中的通風管道可確保房間在靜風或弱風的環(huán)境下順利通氣。

當前，不少居室中的廁所都由于有直接自然采光通風條件而關(guān)閉了通氣道，這就很易將不良氣體傳入大廳以及居室，使空氣質(zhì)量顯著降低。所以，必須在廁所中設(shè)置裝有調(diào)節(jié)閥的通氣道，以確保其持續(xù)定期性的負壓。過去，室內(nèi)外自然通風的實施或依賴于將窗戶打開，或由于其窗戶的密閉性差而產(chǎn)生巨大滲透風，在冬季耗費了大批電能。而通氣管道則使室內(nèi)外的自然通風量得到了限制。但目前，有些國家和地區(qū)的方法是在外墻或外窗設(shè)置小型通風道，每個房間內(nèi)都有氣流調(diào)節(jié)窗，冬天時室外的清新空氣經(jīng)通風道或地下室加溫后再流入室內(nèi)空氣。

5 機電設(shè)備節(jié)能及節(jié)水策略

中央空調(diào)是當前建筑工程，尤其是公共建筑工程常見的結(jié)構(gòu)之一，在設(shè)計要遵循因地制宜、分區(qū)調(diào)控、科學合理進行等設(shè)計原則，并充分考慮科學合理的選用中央空調(diào)控制系統(tǒng)，才能科學合理節(jié)省建筑物運用中的空調(diào)能源。在空調(diào)工程設(shè)計中，要充分考慮在轉(zhuǎn)換季使用的天然通氣和采光體系，并且可以在季節(jié)轉(zhuǎn)換期間通過新型風全空調(diào)控制系統(tǒng)、熱水控制系統(tǒng)、風機控制系統(tǒng)等通過變頻技術(shù)等，提高能源使用效率。

在自然資源使用方面，政府進行合理規(guī)劃建設(shè)用地內(nèi)的給水、排放網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并建立安全可靠的給排水體系、有效的排放、污泥處置、中水回用等服務體系，使自然資源能夠被有效循環(huán)使用，以實現(xiàn)可持續(xù)經(jīng)濟發(fā)展的目的。雨水匯集與再利用，運用下凹式綠地、雨水管網(wǎng)分流方式匯集外墻、城市道路、廣場雨水，成為城市水景用水和園林綠化、清洗等用途的城市儲備用水。

在建筑電氣設(shè)計中，注意選擇分區(qū)調(diào)控方法，盡可能利用自然光照或通過與自然界光線的變換調(diào)節(jié)建筑電氣照明的分區(qū)方式，在公用區(qū)域如廊道、電梯間、門廳等，盡可能采用分段、計時、感應等節(jié)電措施。地下室車庫則在充分考慮天井設(shè)計和導光管等設(shè)施的基本上，實行了分區(qū)探測控制照明以及控制開關(guān)安裝的工程設(shè)計。

6 功能分區(qū)兼顧熱環(huán)境分區(qū)

6.1 空間布局科學合理、區(qū)分熱環(huán)境

建筑物中各個房間的熱使用條件和人在里面的熱活動情況也各有不同，因此，人們對這些客、房室內(nèi)熱環(huán)境的要求也不盡相同。在建筑設(shè)計中，應該按照用戶對熱環(huán)保質(zhì)量的要求而合理分組，將對熱環(huán)保質(zhì)量條件相同的主要房間按比較集成原則布局。如果如此做，即既可以對各個區(qū)域分別控制溫度，也可以把對熱環(huán)保質(zhì)量條件相對較小的主要房間（如樓梯間、廁所、儲藏間等）集中設(shè)置于同一平面中溫度條件相對較小的區(qū)域，將對熱環(huán)保質(zhì)量條件更多的主要應用房間集中設(shè)置于溫度條件更多的地方，以便達到對熱量使用效果的最大化。

6.2 優(yōu)化布局、減少冷空氣的入侵

嚴寒地帶的冬天，由于建筑物北向房間內(nèi)沒有日照，溫度很低；而與此同樣，南向房間內(nèi)又因白晝中能得到大部分的陽光照射，使得在相同的供暖要求下，在同一建筑物內(nèi)形成了兩個程度不同的高溫區(qū)域：北向區(qū)域和南向區(qū)域。在空間的布局中，顯然應當將主體活動所用房間內(nèi)布局在南向區(qū)域，并將主體階段性所用的輔助房間內(nèi)布局于北向區(qū)域，如此，才能讓主體活動所用的房間內(nèi)充分地得到日照。同樣，又因為輔助客房利用時間比較短暫，對溫度的需求也較少，位于北面空間并不影響其利用效益，所以可以說位于南北向的輔助空間構(gòu)成了建筑物外部和主體使用客房之間的“緩沖區(qū)”，從而在空間布局上就形成了整個建筑物的防寒空間。

7 建筑外墻節(jié)能技術(shù)應用措施

7.1 應用可持續(xù)能源

建筑能耗屬于能源消耗的重要范圍，并不僅僅反映在建筑階段中，而且也在建筑工程后期使用中有所反饋。通過對建筑既有的燃料類型加以改革，并積極使用可再生、可持續(xù)再生的能源，則無疑地可以減輕當前能源短缺與危機的狀況。

在建筑當中，所使用的可持續(xù)再生能源類型主要分為如下三類：

（1）太陽能。太陽光也屬于一類的可再生能源類型，其主要以利用太陽光熱輻射能量而實現(xiàn)發(fā)電或者為熱水器供應燃料，由于太陽光的使用優(yōu)勢除干凈無污染之外，還擁有能量巨大的特點，所以，在建筑工程施工期間，就需要根據(jù)當?shù)氐沫h(huán)境特征以及天氣原因合理選擇并布置太陽光利用裝置，一般而言，在當前中國建筑對太陽光的使用多半在熱水器的應用方面，通過利用屋頂布置太陽光采集設(shè)備，既沒有浪費過多空間，也可以在短時間增加熱水器內(nèi)熱度，從而使得住戶用水更加便利。

（2）水能。由于我國人均可用水資源量并不豐富，所以若要避免因自然資源的匱乏而對國家經(jīng)濟社會運轉(zhuǎn)和人民生存帶來的危害，則必須盡量地對自然資源加以集中處理再使用，例如在建筑物當中就設(shè)有專門的雨水凈化設(shè)備、貯存設(shè)施、采集設(shè)備，而對于部分缺水的城市中，還能夠安裝海水凈化設(shè)置，對海水加以凈化使用，從而大大地提高了自然資源利用率。

（3）風能。風能是由空氣流通而形成的動力，它也是能源的一個主要轉(zhuǎn)換形式，就目前風電的實際使用狀況而言，由于中國仍然處在發(fā)展中國家地位，對有關(guān)科技與設(shè)備的研究和創(chuàng)新并不完備，在風電使用領(lǐng)域尚有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

7.2 選用科學接縫技術(shù)

在嚴寒地區(qū)綠色建材墻體及節(jié)能技術(shù)的運用實踐中，接縫的處理科學與否，也是十分重要的。如果在接縫處理中，由于運用方法錯誤或是在接縫間出現(xiàn)了很大的裂痕，將勢必影響建筑物外墻的總體保溫效果。所以，在建筑物外墻保溫技術(shù)的采用過程中，必須注重于選用科學合理的接縫處理工藝。

現(xiàn)階段在建筑物外墻保溫的選用上，經(jīng)常使用的建筑材料大多為擠塑聚苯板等板狀建筑保溫。而這些建筑材料在具體使用過程中，可能需要做出一定程度的拼裝，以來實現(xiàn)整體保溫的功效。而材料在拼裝過程中極容易產(chǎn)生各式各樣的裂紋，這就必須進行科學的焊接處理。在實際過程中，對這類建筑材料的接縫處理方法往往采取水平接縫的方法，以錯縫搭接為主要表現(xiàn)形式。這些焊接的處理方法，可能在短時間內(nèi)就可以發(fā)揮一定的保溫效果，但并無法起到持久效果。

在實際使用過程中，在接縫處也極容易產(chǎn)生“熱橋”效果，進而影響建筑物外立面的總體保溫效果。所以，在氣候嚴寒地方，科學解決與外墻保溫材料的連接問題時，就必須優(yōu)化對連接口的處理，并盡量選擇使用最高效科學的連接方法。比如在建筑實踐過程中，往往選擇企口縫的瓷磚鋪貼方法。而在建筑保溫的鋪貼方法過程中，通過科學合理地使用這一方法，不但可以整體改善建筑保溫的特性與效果，同時還可以有效防止了雨水的滲入，從而整體優(yōu)化了外墻材料的保溫能力。

另外，也因為這種鋪貼方法的整體密封性比較強，在實際的使用過程中還可以提高建筑保溫材料的抗風力。

8 結(jié)語

伴隨著建材行業(yè)的全面高速發(fā)展，新型能源已經(jīng)成為中國制造業(yè)很關(guān)鍵的能源。建筑物外立面作為與環(huán)境交換的主要場地，可以整體提升建筑的環(huán)保與生態(tài)效益，所以，建筑行業(yè)設(shè)計師往往需要優(yōu)化建筑物外立面的保溫隔熱設(shè)計，并根據(jù)建筑嚴寒區(qū)域的氣候特性，來進行調(diào)整保溫方式和隔熱措施。