節(jié)能保溫輕型房屋的整體設(shè)計方法研究

薛楊

（西安科技大學(xué)高新學(xué)院，陜西 西安 710109）

節(jié)能保溫輕型房屋的整體設(shè)計方法研究

薛楊

（西安科技大學(xué)高新學(xué)院，陜西 西安 710109）

在能源消耗量逐漸增大，傳統(tǒng)能源日趨枯竭的形勢下，選用節(jié)能、保溫、輕型的房屋建筑材料和建筑結(jié)構(gòu)成為現(xiàn)代的發(fā)展趨勢.本文首先從節(jié)能保溫輕型房屋的概念入手，梳理其發(fā)展的特點以及所解決的能源危機問題.其次從能源節(jié)約和創(chuàng)新利用的角度，分析節(jié)能保溫輕型房屋對能源科學(xué)利用的重要性.最后從節(jié)能保溫和質(zhì)量輕盈的角度提出節(jié)能保溫輕型房屋的整體設(shè)計方法.

節(jié)能；保溫；輕型；整體設(shè)計

能源的過度消耗和浪費是當(dāng)今社會面臨的一個世界性的難題.在房屋建筑工程領(lǐng)域，除了建筑過程中對能源的效果，因為設(shè)計不合理以及所采用的建筑材料的滯后性，也會引起房屋在日后的使用過程中過度浪費能源.在能源方面，節(jié)能保溫輕型房屋所能解決的問題主要貫穿于房屋的建筑過程前后.在房屋建筑中，建筑材料的使用擺脫了過去能源消耗較大的窘境，例如，使用鋼材框架代替使用過去的燒結(jié)磚架構(gòu)，不但可以一次成型，還能增加強度和整體性.在房屋的使用過程中，有利于能源的節(jié)約節(jié)能保溫輕型房屋是解決這一困境的最好辦法之一.雖然目前還沒有辦法全部實現(xiàn)，但至少代表了今后房屋建筑的一個重要方向和趨勢.

1 節(jié)能保溫輕型房屋的應(yīng)用趨勢

節(jié)能保溫輕型房屋在降低建筑能耗的同時，可以在使用的過程中實現(xiàn)能源的節(jié)約利用.其所產(chǎn)生的實際應(yīng)用效果，符合當(dāng)今社會提倡的可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，對于能源的節(jié)約高效利用和生態(tài)環(huán)境的保護都有十分重要的意義.[1]

1.1 節(jié)能保溫輕型房屋的概念提出

節(jié)能保溫輕型房屋是在傳統(tǒng)的房屋建筑學(xué)的基礎(chǔ)上，加入了力學(xué)、新材料學(xué)等新興學(xué)科，即用新型材料來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的房屋建筑材料，以實現(xiàn)建筑過程節(jié)能，使用過程中保溫，在保障整體強度不減的前提下降低總體質(zhì)量.而在這個概念提出之前，我國的建筑行業(yè)能源消耗巨大.以房屋建筑為例，所用到的材料絕大部分是墻體材料，比例超過75%.而構(gòu)成墻體的材料中，除了高層建筑所需要的鋼筋混凝土和空心磚，大部分的材料還是以燒結(jié)磚為主.制作燒結(jié)磚的材料主要是黏土.據(jù)不完全統(tǒng)計，每年為了滿足燒結(jié)磚的需求量，大約需要109立方米的黏土資源，換算成耕地，占地超過約340平方千米，造成能源的極大浪費.節(jié)能保溫輕型房屋的概念從歐美引進后，我國開始重視起此類節(jié)能型建筑的設(shè)計建造，以致力于改善目前消耗過大的能源消費現(xiàn)狀.[2]

1.2 節(jié)能保溫輕型房屋的特點

節(jié)能保溫輕型房屋的特點總是相對于傳統(tǒng)房屋建筑結(jié)構(gòu)來講，很大程度是其對比傳統(tǒng)房屋所具有的優(yōu)點.首先是對能源的節(jié)約.用新型材料來代替?zhèn)鹘y(tǒng)房屋建筑材料，以解決傳統(tǒng)房屋建筑材料能源消耗量大的問題.其次是建造速度快.傳統(tǒng)的房屋建筑材料，往往只能采購原材料到施工現(xiàn)場，現(xiàn)場加工并建設(shè).[3]這樣不僅施工速度慢，而且容易在施工中因為人為因素或者技術(shù)原因造成誤差和偏差.而新型節(jié)能保溫輕型材料普遍能夠?qū)崿F(xiàn)在工廠內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，統(tǒng)一按照預(yù)先設(shè)計的尺寸進行規(guī)范生產(chǎn).將生產(chǎn)好的材料運輸?shù)绞┕すさ剡M行組裝即可，既省時，也能將誤差降到最小.最后是強度高.雖然在重量上不及傳統(tǒng)的房屋建筑材料，但是由于新型材料的高科技含量，房屋強度反而比傳統(tǒng)房屋要高，在防風(fēng)、防火、防震等方面效果突出.

1.3 節(jié)能保溫輕型房屋所解決的問題

在能源方面，節(jié)能保溫輕型房屋所能解決的問題主要貫穿于房屋的建筑過程前后.在房屋建筑中，建筑材料的使用擺脫了過去能源消耗較大的窘境，例如，使用鋼材框架代替使用過去的燒結(jié)磚架構(gòu)，不但可以一次成型，還能增加強度和整體性.在房屋的使用過程中，有利于能源的節(jié)約.例如，在北方，大多數(shù)地方實現(xiàn)了集中供暖.在大部分供熱企業(yè)仍使用燃煤取暖的情況下，如果房屋的保溫效果不良，熱量消耗較大較快，則意味著供熱企業(yè)需要燃燒更多的煤來彌補快速損耗的熱量，以維持供熱溫度的穩(wěn)定.而節(jié)能保溫輕型房屋中熱量的損失過程較慢，從而直接降低燃煤量.在房屋的拆除過程中，傳統(tǒng)的材料大多不能二次使用，造成能源的浪費，而節(jié)能保溫輕型房屋的材料可以重復(fù)使用，節(jié)約了能源，保護了生態(tài)環(huán)境.

2 節(jié)能保溫輕型房屋對能源的重要性分析

在傳統(tǒng)能源面臨枯竭，新能源前景廣闊的當(dāng)下，對于能源的使用，應(yīng)當(dāng)做到重點使用可循環(huán)利用能源，謹(jǐn)慎使用傳統(tǒng)能源，開發(fā)創(chuàng)新新能源.節(jié)能保溫輕型房屋正是綜合利用了這三個方面的作用，才使得對能源的使用做到了節(jié)約和創(chuàng)新.

2.1 對房屋建筑材料的循環(huán)使用

節(jié)能保溫輕型房屋的建筑材料幾乎可以做到全部回收利用，以提高能源的使用效率.例如，大部分的節(jié)能保溫輕型房屋都會使用鋼材作為框架類的材料.而在房屋拆除后，所用的鋼材可以100%回收，除了框架上的變動，其他整體幾乎可以在切割和焊接的作用后直接使用.即使框架等結(jié)構(gòu)需要改動，鋼材在返爐重?zé)捄笠琅f可以鍛造出需要的設(shè)計造型.這一點是傳統(tǒng)的鋼筋混凝土或者普通燒結(jié)磚結(jié)構(gòu)的房屋所無法比擬的.

2.2 對熱能的節(jié)約使用

節(jié)能保溫輕型房屋在節(jié)能保溫方面，需要達到對熱能節(jié)約使用的目的.具體細(xì)分后，就是北方和南方，或者是冬季和夏季的保溫需求.在北方或者冬季，天氣一般比較冷，需要房屋具有良好的保溫效果.而到了南方或者夏季，天氣一般較為炎熱，此時房屋需要具備出眾的隔熱能力或者是保持涼意的能力.無論是哪一種效果，都要求節(jié)能保溫輕型房屋具備良好的密閉性，室內(nèi)與室外的熱交換能力降低.例如，在炎熱的夏季，室外溫度達到33攝氏度，此時需要將室溫控制在23攝氏度.在裝有同樣空調(diào)機型的傳統(tǒng)房屋和節(jié)能保溫輕型房屋內(nèi)對比來看，空調(diào)在制冷后兩者室內(nèi)溫度都達到23攝氏度，空調(diào)停止制冷，進入待機狀態(tài).由于傳統(tǒng)房屋的密閉性不好，不具備保溫性能，因此在外界高溫的熱傳遞作用下，只用了1分鐘便超過23攝氏度，空調(diào)重新啟動并制冷.而節(jié)能保溫輕型房屋由于保溫性能良好，經(jīng)過了3分鐘室內(nèi)溫度才上升超過23攝氏度，空調(diào)重新開始運轉(zhuǎn).在如此一個制冷周期內(nèi)，后者比前者少運轉(zhuǎn)2分鐘，在使用電力能源方面，節(jié)能保溫輕型房屋可以做到比普通房屋省電50%以上.

2.3 對新式能源的開發(fā)使用

節(jié)能保溫輕型房屋并不是單純地靠節(jié)能來壓縮房屋內(nèi)正常能源的消耗，而是節(jié)約傳統(tǒng)能源的使用，用新式能源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源.因此，大多數(shù)的節(jié)能保溫輕型房屋在對新能源的開發(fā)利用方面需要具備一定的條件.例如，在對太陽能的利用方面已經(jīng)相對比較成熟.除了少量的房屋實現(xiàn)了應(yīng)用太陽能電池板來提供電能，大多數(shù)房屋可以利用太陽能實現(xiàn)對水溫、室溫的加熱提高.例如，太陽能熱水器的普及，在節(jié)能保溫輕型房屋設(shè)計中已經(jīng)成為標(biāo)配.通過安裝在房屋頂部的太陽能熱水器，代替電能對水進行加熱，供房屋內(nèi)的人們進行洗浴、供暖等.再例如，房屋屋頂采用導(dǎo)熱性能好的保溫材料建造，利用太陽的照曬作用，在冬季可以通過熱傳遞將熱量傳遞到屋內(nèi)，以減少燃煤供暖或者用電取暖所帶來的能源消耗.

3 節(jié)能保溫輕型房屋的整體設(shè)計

節(jié)能保溫輕型房屋功能的完美實現(xiàn)，需要房屋設(shè)計階段將節(jié)能保溫系統(tǒng)和輕型材料建筑體系實現(xiàn)整體設(shè)計、一次設(shè)計，同時呈現(xiàn)兩大系統(tǒng)的功能.

3.1 節(jié)能保溫系統(tǒng)設(shè)計

房屋的節(jié)能保溫系統(tǒng)主要包括屋頂和墻體等外圍結(jié)構(gòu).而由于墻體占據(jù)了絕大多數(shù)面積，因此這里僅以墻體的節(jié)能保溫功能提出探討.由外向內(nèi)，可以分別對房屋墻體進行設(shè)計.在墻體的外部保溫設(shè)計中，多使用導(dǎo)熱性較差的特殊材料施工，以達到保溫的效果.常見的材料諸如巖棉板和復(fù)合材料的板紙品等.墻體外部的保溫系統(tǒng)設(shè)計雖然不復(fù)雜，但是在施工中需要格外注意.由于是直接附著在墻體外層，存在著因施工不牢靠而長時間風(fēng)吹雨淋后脫落的風(fēng)險，尤其是高層建筑，存在著重大安全隱患.墻體中間的保溫系統(tǒng)設(shè)計則主要是靠夾層來實現(xiàn)，在內(nèi)外葉墻的中間夾層里，添加泡沫塑料等板材，實現(xiàn)隔熱保溫的功能.在墻體內(nèi)側(cè)的保溫設(shè)計中，與墻體外側(cè)的設(shè)計原理類似，但是附著的保溫材料有所區(qū)別，主要是需要額外具備吸潮等功能.圖1和圖2展示了常見的墻體設(shè)計形式.

圖1 墻體外側(cè)保溫系統(tǒng)

圖2 墻體內(nèi)側(cè)保溫系統(tǒng)

3.2 輕型房屋建筑材料的選擇與構(gòu)建

目前在房屋建筑材料領(lǐng)域，普遍是砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu).在輔助材料的作用下，三者在保溫性能方面可以做到基本相同的水平，但是在效率、能源利用率和強度要求等方面差距較大.砌體結(jié)構(gòu)在矮體建筑中較多使用，除了自身較重，施工周期較長的缺點以外，在強度上完全不能和后兩者相比.混凝土結(jié)構(gòu)的建筑材料符合了強度要求，但是在能源的利用上效率底下，材料不能完全循環(huán)利用，施工周期也較長.鋼結(jié)構(gòu)的材料符合輕型房屋建筑要求.其在材料強度、施工周期和能源的利用效率上都優(yōu)于前兩者，成為節(jié)能保溫輕型房屋的主要使用材料之一.

3.3 整體設(shè)計使用與安全技術(shù)

在滿足了節(jié)能保溫輕型房屋節(jié)能保溫和輕型的基本要求之后，房屋的設(shè)計需要回歸到一般房屋建筑的要求上來，即符合相關(guān)的安全設(shè)計規(guī)則.房屋整體需要滿足最基本的載荷要求.常見的樓面結(jié)構(gòu)和屋面結(jié)構(gòu)見圖3、圖4.對于墻體和屋頂，要綜合考慮恒定載荷和活動載荷，以及風(fēng)、雪等常見的載荷壓力值.除了對抗壓能力的抵抗，房屋的結(jié)構(gòu)需要綜合考慮抗震能力.一般情況下，節(jié)能保溫輕型房屋由于其自身重力較輕，并且呈整體結(jié)構(gòu)，抗震能力普遍較傳統(tǒng)房屋更強.除此之外，在房屋保溫材料的選擇使用中，應(yīng)當(dāng)加強對耐火材料和防火材料的設(shè)計使用頻率.

圖3 樓面結(jié)構(gòu)

圖4 屋面結(jié)構(gòu)

4 結(jié)論

節(jié)能保溫輕型房屋的概念一經(jīng)提出，符合當(dāng)前傳統(tǒng)能源消耗緊張，新能源開發(fā)潛力廣闊的現(xiàn)實，成為房屋建設(shè)的趨勢和發(fā)展方向.節(jié)能保溫輕型房屋具有節(jié)能、施工周期短和強度高等特點，可以解決在施工過程中和使用過程中能源消耗較大的突出問題.節(jié)能保溫輕型房屋對能源的重要貢獻，體現(xiàn)在其材料可以循環(huán)使用，對熱能可以節(jié)約利用，以及對新能源的開發(fā).在具體的設(shè)計建造中，需要將其作為一個整體，將節(jié)能保溫和輕型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計，增加強度和安全系數(shù).

〔1〕趙盼坤.建筑節(jié)能保溫材料技術(shù)進展[J].黑龍江科技信息,2013(21):265-265.

〔2〕覃文清.新型節(jié)能保溫材料現(xiàn)狀及阻燃技術(shù)的研究[J].新型建筑材料,2011,38(8):72-75.

〔3〕鄭志勝.節(jié)能保溫輕型墻板輕集料混凝土的最佳配合比設(shè)計與應(yīng)用[J].四川建材，2014，40(6): 11-14.

TU241

A

1673-260X（2017）04-0025-03

2017-01-20