南北方建筑圍護結構節能措施比較研究

郭家楨

南北方建筑圍護結構節能措施比較研究

郭家楨

結合建筑節能的重要意義,對我國南北方建筑圍護結構節能措施做了比較研究,針對性地提出了改善圍護結構節能效果的方法和存在的問題,以期真正實現節能減排的目的。

建筑節能,建筑圍護結構,外墻隔熱,外墻保溫

1 我國建筑節能現狀

建筑物自身為抵抗惡劣環境而消耗的能源變得越來越不可被忽視,尤其是在我國這樣一個發展中國家,建筑物的能耗巨大。2010年全國城鄉既有房屋建筑面積約 450億 m2,其中 90%以上是高能耗建筑,近幾年我國每年新建房屋面積約 20億 m2,建筑能耗伴隨著建筑總量的不斷攀升和居住舒適度的提升,呈急劇上揚趨勢。未來很可能接近發達國家的建筑使用能耗水平,達到社會總能耗的 40%左右,成為第一耗能大戶。建筑節能對于緩解我國能源壓力,走可持續發展道路都具有重要的意義。

我國建筑節能從 1986年頒布《民用建筑節能設計標準(采暖居住建筑)》算起,已經有 25年的歷史,新建建筑盡管采取了較為嚴格的節能保溫措施,取得了較好的節能效果,但也未能全部達到國家規定的節能要求;現存的大量老舊建筑仍然處于高能耗、高排放的狀態,對老舊建筑的節能改造還處在起步探索階段。

2 圍護結構在建筑節能中的作用

建筑物的圍護結構包括門窗、外墻、屋頂、地面四個部分。以未采取保溫隔熱措施的普通住宅樓為例,門窗的單位面積能耗排在首位,其次是外墻,最后是屋頂與地面,在多層及高層建筑中門窗和外墻面積遠大于屋面和地面面積,其能耗占整個圍護結構的4/5以上,所以建筑節能的關鍵是門窗與外墻的節能。

我國東西橫跨 62個經度,南北縱跨 49個緯度,各地氣候多樣,按各地氣候條件的不同,我國的建筑氣候區劃分為五部分,以滿足不同地區的舒適要求。我國南北方氣候差別較大,本文以山西太原為代表的北方寒冷地區(以下簡稱北方)和以廣東廣州為代表的南方夏熱冬暖地區(以下簡稱南方)為樣本對南北方建筑圍護結構的節能保溫進行比較研究。

太原市地處大陸內部,黃河流域中部,冬無嚴寒,夏無酷暑,在氣候分區中屬于“寒冷地區”;廣州市地處中國大陸南部,珠江三角洲北緣,屬于夏熱冬暖地區。按照GB 50176-93民用建筑熱工設計規范的規定,前者的設計要求是：“建筑應以滿足冬季保溫設計要求為主,適當兼顧夏季防熱。”后者的設計要求是：“必需充分滿足夏季防熱要求,一般可以不考慮冬季保溫。”可見這兩個地區在冬季保暖與夏季防熱方面的要求都有著很大差別,這也使得兩地圍護結構節能措施有較大差異。門窗和外墻能耗占整個圍護結構的絕大部分,門的面積較小且多在室內,所以建筑圍護結構保溫節能的關鍵是窗戶與外墻。

3 窗戶的節能

由于窗戶單位面積能耗最大,所以窗戶節能不論在南方還是北方都顯得至關重要。窗戶節能性能的優劣主要取決于窗戶所用的玻璃、窗框材料和密封性能。

3.1 我國北方的窗戶節能

3.1.1 選用隔熱性能好的窗框材料

窗戶中約 1/5的面積是窗框,所以在選擇窗框時除性能、美觀和質量等因素外選擇導熱系數小的窗框材料也至關重要。現在北方普遍使用的窗框為塑鋼窗框、鋁合金窗框和木質窗框等。不同材質窗框的傳熱系數及節能率見表 1。

表 1 不同材質窗框節能率比較表

塑鋼窗傳熱系數最小、節能率最高。同時塑鋼窗制造、安裝技術成熟,成本低廉,在保溫節能方面有著其他材料無可比擬的優勢,所以在北方如果有條件都應該推廣使用塑鋼窗。鋁合金窗框由于其有美觀、耐用、性能穩定等優點,使用較多,但普通鋁合金框傳熱系數大、節能效果差,斷橋鋁框可大幅減小傳熱系數提高節能效果,但其成本也較高。

3.1.2 選用多層玻璃

雖然空氣的對流換熱能力很強,但實際上靜止的空氣導熱系數卻是遠遠小于玻璃的,因此密閉的空氣層可以看作是熱的不良導體能,多層玻璃窗的目的就是在兩片玻璃間形成一定厚度的空氣層,從而有效降低窗體玻璃的導熱系數,提高保溫節能效果。實驗證明與單純玻璃窗比較雙層玻璃窗可節能 80%,而三層玻璃窗節能高達 91%。如無特殊強度、功能要求應首選多層玻璃窗。

3.2 我國南方的窗戶節能

對于夏熱冬暖的廣州由于其對保暖要求較低,所以主要考慮的是窗戶的隔熱。主要的隔熱措施是采用隔熱玻璃,如多層玻璃、Low-E玻璃和防紫外線玻璃等;同時在窗戶節能方面應更加強調遮陽構件的應用。以這種被動的卻更加環保、方便、美觀的方式實現建筑物窗戶部分的節能。遮陽構件的應用可以使大部分太陽能量被反射和吸收,避免室內受太陽光直射的情況,減少了空調能耗的負擔,研究顯示使用遮陽效果好的遮陽構件室內溫度最大降幅可達 5℃～8℃。

建筑遮陽構件按照安裝位置的不同,可分為內遮陽和外遮陽,其形式又可以分為活動式遮陽和固定式遮陽。遮陽構件依據窗口朝向與太陽高度角的差異通常采用水平式遮陽、垂直式遮陽、綜合式遮陽以及擋板式遮陽等形式。當太陽高度角較大時,水平式遮陽可以抵擋從窗口前上方投射下的陽光,適用于朝南的窗口;垂直式遮陽能夠抵擋從窗側向斜射過來的太陽高度角較小的光線,主要適用于北向、西北向和東北向的窗口。

遮陽板的安裝位置對于建筑物窗口處通風有較大影響,尤其是在水平遮陽構件中,如果遮陽板是緊靠著建筑外墻面布置的,很容易使空氣在板的下方造成滯留,并在室外風壓的作用下沿窗戶的空隙進入室內,從而降低了遮陽的效果。應該在墻面與遮陽構件之間設置一定的間隙或是采用網狀或百葉狀的遮陽構件,使大部分熱空氣可以沿墻面排走。

4 外墻的節能

墻體節能主要是指北方的外墻保溫與南方的外墻隔熱。墻體的節能起源于北方,但對于廣州來說,其日平均氣溫高于 25℃的天數高達 180 d,所以圍護結構的隔熱設計也顯得至關重要。

4.1 北方的外墻保溫

適用于北方地區的外墻保溫可以在冬天采暖時期有效的減少由建筑物外墻向外散發的熱量,從而減輕了建筑采暖的負荷,對于建筑節能有著重大意義。外墻保溫做法分為外墻內保溫、外墻外保溫、外墻內外混合保溫、夾層保溫和保溫混凝土、保溫砌體等多種形式。

4.2 南方的外墻隔熱

如何能在隔熱的同時還能保證墻體的散熱,是南方熱工設計所要面臨的問題。通常可以將隔熱等同于保溫,而南方需要隔熱的時期恰恰就是一年中最熱的 7月份～9月份,如果簡單使用和北方相似的保溫材料雖然可以有效隔絕室外熱量進入室內,但同時室內溫度一旦升高,室內的熱量將很難散發出去,諸如在夏季的夜晚時分將形成一個室內的大“蒸籠”,既不節能也不舒適。

目前普遍采用的隔熱方法是用導熱系數小于 0.1W/m2的保溫砂漿在外墻面覆蓋。但隨著綠色建筑、生態建筑的推廣,近年來興起了一種新的隔熱方式——植物遮陽,就是將植物例如爬墻虎、凌霄等蔓類植物覆蓋于建筑物的外墻,在夏季陽光直射之時有效抵擋大量的陽光輻射,植物的蒸騰作用可以有效降低外墻附近的空氣溫度3℃～5℃,同時也讓建筑物外立面更加美觀,在更加重視綠色環保的今天植物遮陽將是今后外墻節能的一個發展方向。

5 結語

通過對南北方建筑圍護結構節能措施的比較分析發現,北方與南方由于自然環境與氣候的不同在建筑物圍護結構節能措施方面有著較大的差異,北方采用保溫節能南方則采用隔熱節能,因地制宜的選擇科學合理的圍護結構節能措施是真正做到既節能又不大幅提高成本的關鍵。選擇阻燃性好、耐久性強的保溫材料和密閉性好的門窗并充分考慮保溫隔熱對圍護結構的美觀性和通風效果的影響是提高建筑圍護結構節能效果的重要途徑。

隨著生活水平的提高,人們對生活的舒適性有更高要求,南方冬季較冷時期的 12月份、1月份的室內采暖,夏季較長時期的室內制冷等都對建筑圍護結構提出了較高的保溫要求,所以南方的建筑圍護結構節能措施有向北方“靠攏”的趨勢。

[1] JGJ 26-2010,嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準[S].

[2] JGJ 75-2003,夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準[S].

[3] JGJ 26-1995,民用建筑節能設計標準(采暖居住建筑)[S].

[4] 宋春華.后哥本哈根時期的建筑節能與住宅產業化來源[N].中國建設報,2010-07-07.

[5] 王有為.中國綠色施工解析[J].施工技術,2008,37(6)：33-34.

[6] 山西省建設廳.民用建筑節能實用手冊[Z].

[7] 陳振基.南方地區圍護結構的節能方法[J].墻材革新與建筑節能,2007(5)：51-52.

A comparison study of energy savingm easures of building envelope structure in north and south China

GUO Jia-zhen

Combined with the importance of building energy efficiency,the paper makes a comparison study of energy efficiency measures of building envelope structure in north and south China,and proposes themethod of improving the energy efficiency of building envelope structure and shortcomings,so as to realize the aims of energy saving and emission reduction really.

building energy efficiency,building envelope structure,external wall insu lation,external wall preservation

TU111.41

A

1009-6825(2011)09-0202-02

2010-11-28

郭家楨(1989-),男,華南理工大學建筑學院城規系本科生,廣東廣州 510640