嚴寒地區(qū)B區(qū)建筑保溫節(jié)能設(shè)計應(yīng)注意的問題

張 懿 張 瑛

中石油東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計院 吉林 132002

建筑節(jié)能是建筑設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，而節(jié)能設(shè)計是建筑設(shè)計中必不可少的。如果說建筑節(jié)能是要求，節(jié)能設(shè)計是手段，那么節(jié)能計算就是方法，三者缺一不可。通過大量工程實踐證明：只有采用好的節(jié)能計算方法，才能做好節(jié)能設(shè)計。了解建筑節(jié)能設(shè)計的發(fā)展過程，認識建筑節(jié)能設(shè)計的重要性，運用建筑節(jié)能計算方法勢在必行。本文介紹有關(guān)東北嚴寒地區(qū)B區(qū)的建筑節(jié)能設(shè)計，希望能拋磚引玉，與同仁共勉。

1 節(jié)能目標的確立

1.1 居住建筑

從上世紀八十年代以來，隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，國家對環(huán)境保護、節(jié)約能源、改善居住條件等問題的高度重視，制定了一批相關(guān)的技術(shù)法規(guī)和標準規(guī)范，如1986年頒布實施的部標《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)程》JGJ 24-86，1993年頒布實施的國標《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》GB 50176-93等都是建筑節(jié)能起步階段的標準，節(jié)能率約為30%。而1996年7月1日起頒布執(zhí)行，一直沿用至今的《民用建筑節(jié)能設(shè)計標準(采暖居住建筑部分)》JGJ 26-95中定義新的節(jié)能目標：“通過在建筑設(shè)計和采暖設(shè)計中采用有效的技術(shù)措施，將采暖能耗從當?shù)?980到1981年住宅通用設(shè)計的基礎(chǔ)上節(jié)能50%(其中建筑物約承擔(dān)30%，采暖系統(tǒng)約承擔(dān)20%)”。

1.2 公共建筑

到本世紀初，我國建筑用能已超過全國能源消費總量的1/4，并將隨著人民生活水平的提高逐步增加到1/3以上。而其中公共建筑用能量巨大，浪費嚴重。為實現(xiàn)國家節(jié)約能源和保護環(huán)境的戰(zhàn)略，改善公共建筑的熱環(huán)境，提高暖通空調(diào)系統(tǒng)的能源利用效率， 2005年7月1日起國家頒布實施了國標《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》GB 50189-2005，該標準指出：“各類公共建筑的節(jié)能設(shè)計，必須根據(jù)當?shù)氐木唧w氣候條件，首先保證室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，提高人民的生活水平；與此同時，還要提高采暖、通風(fēng)、空調(diào)和照明系統(tǒng)的能源利用效率，實現(xiàn)國家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和能源發(fā)展戰(zhàn)略，完成本階段節(jié)能50%的任務(wù)”。

1.3 執(zhí)行情況

從1996年的《民用建筑節(jié)能設(shè)計標準(采暖居住建筑部分)》提出建筑節(jié)能50%的目標以來，居住建筑在節(jié)能設(shè)計方面改善和執(zhí)行的程度并不理想。而也正是這幾年，全國每年竣工建筑面積約為2×109(20億)m2，其中公共建筑約有4×108(4億)m2。與此形成鮮明對比的是遲遲沒有變化的建筑節(jié)能設(shè)計。其中原因固然很多，諸如建筑材料、建設(shè)成本等問題，但這明顯已同當前國家的經(jīng)濟發(fā)展水平、可持續(xù)性發(fā)展目標、環(huán)境保護、全球節(jié)能減排等要求不相稱。在這種情況下2005年國家頒布實施《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》對其中部分內(nèi)容作了強制性規(guī)定，這是社會進步和發(fā)展的必然。2006年后，為進一步節(jié)能減排，并與世界接軌，國家在各大中城市實行節(jié)能65%，甚至75%的目標。

2 設(shè)計中應(yīng)注意的問題

2.1 建筑設(shè)計階段

2.1.1 控制體形系數(shù)

在建筑設(shè)計中，既要注重建筑外立面的美觀，又要考慮建筑物體形系數(shù)對建筑節(jié)能的影響：①當建筑物體形系數(shù)小于等于0.30時，無論采用內(nèi)保溫還是外保溫墻體，都能實現(xiàn)節(jié)能50%的目標；②當體形系數(shù)大于0.30而達到0.35時，采用外保溫墻體雖然也能夠?qū)崿F(xiàn)上述目標，但節(jié)能投資占工程造價將接近10%。因此，設(shè)計合理的建筑體形，選擇適宜的建筑節(jié)能方案是建筑師必須綜合考慮的問題。這就要求建筑設(shè)計時不能一味盲目追求建筑造型，而忽略建筑節(jié)能對工程造價及自然環(huán)境的影響。

《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》GB 50189-2005強制規(guī)定：“嚴寒、寒冷地區(qū)建筑的體形系數(shù)應(yīng)小于或等于0.40。當不能滿足本條文的規(guī)定時，必須按本標準第4.3節(jié)的規(guī)定進行權(quán)衡判斷”。維護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)限值可查表4.2.2-1～6。該表根據(jù)建筑所處城市的建筑氣候分區(qū)，結(jié)合體形系數(shù)小于等于0.30和大于0.30而小于等于0.40兩種不同情況，給出不同地區(qū)公共建筑各部分圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的限值。其中嚴寒地區(qū)B區(qū)圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)限值見表1。

表1 圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)K限值 W/(m2·K)

由表1可見，體形系數(shù)越大，越容易熱損失，對結(jié)構(gòu)保溫要求越嚴格，因此，有效控制體形系數(shù)可以達到節(jié)能的目的。

2.1.2 避免產(chǎn)生熱橋

建筑節(jié)能常常被人比作給建筑穿上棉衣，可以冬暖夏涼，因此也常被誤會“棉衣的里面可以什么都不穿”，“墻體對梁柱的保護可以不做”，其實這是對建筑保溫節(jié)能的誤解。那些避免梁柱處產(chǎn)生嚴重?zé)針虻耐鈮w保護和相應(yīng)的節(jié)點保溫不但要做，還要做好，才能保證在這些熱橋部位的內(nèi)表面溫度不低于室內(nèi)空氣露點。如果不處理外墻與屋面的熱橋部位，節(jié)能計算軟件也會指出此處的熱橋嚴重，甚至直接影響計算結(jié)果和計算結(jié)論。更主要的是會給使用這樣房間的用戶帶來生活或工作環(huán)境的不舒適，包括墻角和柱邊結(jié)露、長毛，墻體返潮、脫皮等。這不是真正意義上的改善室內(nèi)環(huán)境和有效節(jié)能。

2.1.3 底層凌空部位的保溫設(shè)計

有些建筑局部有過街樓或局部底層開敞情況，如果我們不注意處理這些熱散失嚴重的部位，就可能在這樣的地方造成能量的嚴重損失而無法通過保溫計算。

2.1.4 切斷保溫層連續(xù)性地方的保溫節(jié)點

在建筑立面上，這樣的地方很多，比如建筑勒腳、門窗洞口、外飄窗、雨篷、空調(diào)機挑板、陽臺、挑檐、女兒墻、變形縫等，這些交界地方都要做好保溫節(jié)點的處理，防止產(chǎn)生新的熱橋。

2.1.5 無地下室建筑底層周邊地面的保溫節(jié)點

《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》GB 50189-2005規(guī)定了建筑周邊地面的傳熱系數(shù)限值，在嚴寒地區(qū)B區(qū)的設(shè)計中，一般在建筑周邊地面2m寬范圍內(nèi)做保溫隔熱處理。在筆者所在地區(qū)居住建筑工程實踐中，做了周邊地面保溫處理的建筑一層用戶普遍反映良好。可見這一保溫措施在建筑設(shè)計中的應(yīng)用是很實際、合理和有成效的。

2.1.6 墻體保溫與屋面保溫盡量保持統(tǒng)一

在建筑節(jié)能設(shè)計過程中，有時為了純粹滿足節(jié)能計算能過關(guān)，要么過分增加墻體與屋面保溫層厚度，使建筑能耗大大低于國家要求；要么過分增加墻體或屋面其中一種保溫層厚度，雖然符合了節(jié)能計算要求，但這兩種做法都沒有進行建筑節(jié)能設(shè)計的優(yōu)化處理，都不是最優(yōu)設(shè)計。

其實，建筑節(jié)能軟件在建筑節(jié)能設(shè)計中的應(yīng)用，已經(jīng)大大縮短建筑師在建筑節(jié)能設(shè)計中所消耗的時間、人力和物力；已經(jīng)大大提高建筑節(jié)能設(shè)計的準確性與精確性。應(yīng)充分利用這一方便資源，設(shè)計出節(jié)能更合理的建筑方案。比如可以通過不斷調(diào)整墻體與屋面保溫材料的厚度，使建筑能耗剛好低于國家標準；還可以調(diào)整保溫材料的種類和厚度，使墻體及屋面盡量使用同一種保溫材料，如果厚度也能統(tǒng)一，那么會為建筑施工階段的選材及采購帶來極大方便。

2.1.7 建筑裝飾線等對外墻外保溫系統(tǒng)的影響

建筑裝飾線會切斷外墻外保溫系統(tǒng)保溫材料的連續(xù)性，但有時也可以利用保溫材料做建筑的裝飾線，這樣既可以保留美觀的裝飾并減輕建筑自重，又可以保持保溫材料的連續(xù)性。

2.1.8 建筑一層主要外門加設(shè)門斗

《民用建筑節(jié)能設(shè)計標準(采暖居住建筑部分)》JGJ 26-95指出：“采暖期室外平均溫度在-6℃以下地區(qū)，……，入口處應(yīng)設(shè)置門斗等避風(fēng)設(shè)施”；《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》GB 50189-2005指出：“嚴寒地區(qū)建筑的外門應(yīng)設(shè)門斗”。實踐證明，外門設(shè)門斗，使建筑的舒適度和保溫節(jié)能性能也有了一定的保證和提高。

2.2 在施工圖設(shè)計前期完成保溫計算

在施工圖設(shè)計前期完成保溫節(jié)能設(shè)計的軟件計算有以下好處：

(1)可以利用節(jié)能計算軟件檢查所作建筑的各項固定設(shè)計指標，如體形系數(shù)、各朝向窗墻比等。

(2)及時檢查墻體及屋面保溫材料的種類和厚度選擇要滿足建筑節(jié)能設(shè)計的要求。

(3)居住建筑還可以檢驗建筑的耗熱量指標及耗煤量指標應(yīng)低于規(guī)定的標準值。

(4)可以利用節(jié)能計算軟件進行節(jié)能優(yōu)化設(shè)計。

2.3 節(jié)能設(shè)計專篇

根據(jù)國家安全及節(jié)能檢查委員會對建筑節(jié)能設(shè)計的要求和施工圖審查處的文件精神，在建筑設(shè)計中要單獨做節(jié)能設(shè)計專篇。專篇主要包括以下內(nèi)容：

(1)依據(jù)的主要建筑節(jié)能設(shè)計規(guī)范。

(2)建筑體形系數(shù)。

(3)建筑的耗熱量指標和耗煤量指標。

(4)主要建筑構(gòu)件如外墻、屋頂、門、窗等的傳熱系數(shù)。

(5)主要節(jié)能材料的性能指標。

(6)門窗物理性能指標：抗風(fēng)壓性能、水密性能、氣密性能、保溫性能、空氣聲隔聲性能等。

(7)建筑節(jié)能的施工要求及注意事項。

3 保溫計算中應(yīng)注意的問題

要使用施工圖審查處承認和許可使用的節(jié)能計算軟件。利用軟件進行節(jié)能計算時，要注意以下問題。

3.1 建筑模型構(gòu)件的獨立性

在使用天正節(jié)能計算軟件時，如果用來做保溫節(jié)能計算的建筑平面圖是采用天正繪圖軟件所制，并且沒有轉(zhuǎn)成CAD圖，可直接用來做保溫節(jié)能計算模型的拾取；如果平面圖是使用CAD繪圖軟件所制，就要在繪圖之初，將所有不同建筑構(gòu)件分設(shè)在不同的圖層中，這樣才能保證在保溫節(jié)能計算的拾取模型階段不會出現(xiàn)問題。

3.2 保持建筑模型的完整性

在建筑圖紙中，用來建構(gòu)節(jié)能計算模型的構(gòu)件主要有柱子、墻體、門、窗等。建筑平面圖要選有代表性和有變化的圖紙，完全相同(包括平面和層高)層可以作為標準層共用，但所選平面圖組合而成的建筑模型要能反映建筑物的真實情況。

3.3 檢查建筑模型

在使用建筑節(jié)能軟件進行節(jié)能計算過程中，最易出現(xiàn)的問題就是建筑模型的拾取和建立總是不盡人意。最好的辦法就是每拾取一層就進行詳細的平面和三維檢查，及早發(fā)現(xiàn)并解決問題。如果嫌麻煩貪圖一時痛快，采用有問題的模型進行建筑節(jié)能計算，會帶來很多意想不到的煩惱和時間的拖延。因此，在建立建筑模型階段要養(yǎng)成認真檢查的好習(xí)慣，一步一個腳印地完成建筑模型的拾取和建立。

3.4 按照順序建立和調(diào)整模型

只有按照節(jié)能計算軟件規(guī)定的順序建立和調(diào)整建筑模型才不會丟失數(shù)據(jù)，才能為下一步的節(jié)能計算打下良好基礎(chǔ)。

3.5 參數(shù)的輸入順序和準確性

在節(jié)能計算階段，要輸入大量的數(shù)據(jù)。最好按照軟件規(guī)定的順序認真、仔細逐一輸入，才不至于遺漏數(shù)據(jù)；如果數(shù)據(jù)輸入有誤，可能導(dǎo)致節(jié)能計算無法通過，而且這樣的錯誤在后期檢查中又很難被發(fā)現(xiàn)。

3.6 盡量不調(diào)整建筑材料參數(shù)

在節(jié)能軟件的使用中，如果設(shè)計者擅自修改建筑材料的固定參數(shù)，可能會導(dǎo)致節(jié)能計算的錯誤。節(jié)能計算軟件所列建筑材料很多，但難免有些地方材料在其中找不到或出現(xiàn)具體參數(shù)不符的現(xiàn)象，可以在已有的建筑材料中找最接近的材料代替，并可以在以后的設(shè)計和審查中加以說明，盡量不要修改參數(shù)。

3.7 居住建筑要查看建筑耗熱量和耗煤量

在進行居住建筑的節(jié)能計算后，不要忘記查看建筑耗熱量指標和耗煤量指標，因為有時建筑外墻、屋頂、門窗等主要建筑構(gòu)件都滿足節(jié)能限值要求，但計算結(jié)論卻依然不合格，這時要查看建筑耗熱量指標和耗煤量指標。

3.8 公共建筑要做建筑物熱工性能權(quán)衡判斷

在進行公共建筑的節(jié)能計算后，如果建筑節(jié)能不滿足要求，必須進行建筑物熱工性能權(quán)衡判斷，只有通過熱工性能權(quán)衡判斷來保證建筑節(jié)能達到標準。

4 結(jié)語

(1)對建筑進行節(jié)能設(shè)計，只是我國“可持續(xù)性發(fā)展，節(jié)能減排”的第一步。

(2)可喜的是建筑節(jié)能效果已經(jīng)開始顯現(xiàn)，并且有些城市已經(jīng)開始要求建筑節(jié)能達到65%，甚至75%，當然，不只是建筑的采暖、空調(diào)、供熱系統(tǒng)等要節(jié)能，將來還要利用雨水收集、風(fēng)能、地下熱能、太陽能等多種方式節(jié)約能源和減少排放。這不但是我們國家的發(fā)展目標，也是全球共同面臨的環(huán)境資源保護和再利用問題。