冬冷夏熱地區住宅建筑外圍護結構節能技術研究

郝慧敏 趙宇飛 籍存德 陳 雄

(廣東石油化工學院 建筑工程學院，廣東 茂名 525000)

1 冬冷夏熱地區住宅建筑能耗研究

1.1 建筑能耗現狀

根據中國建筑協會能耗統計專業委員會2018年11月發布的《中國建筑能耗研究報告》，指出：建筑能耗占全國能源消耗比重的20.6%，建筑碳排放占全國能源碳排放的19.4%，并且住宅建筑碳排放量占比達到了41%，還尚有增加趨勢。經統計，電力仍是建筑碳排放的主要來源，并且全國建筑碳排放總量整體呈現出持續增長趨勢，2016年達到19.61億t，較2000年6.68億t增長了約6.68億t，增長了約3倍，年均增長6.96%。針對住宅建筑，冬冷夏熱地區的節能改造是建筑節能的重點工作。隨著城鎮化水平的提高，住宅建筑比例將進一步擴大，而冬冷夏熱地區是我國主要采暖特征之一，因此本文以冬冷夏熱地區住宅建筑為例，分析外圍護結構的節能技術。

1.2 冬冷夏熱地區的采暖特征與住宅建筑特征分析

嚴格意義上講，冬冷夏熱地區由于地理特殊，并不是傳統意義上的采暖區劃，并且，根據我國歷史等原因，冬冷夏熱地區住宅建筑的集中供暖未施行，僅秦嶺淮河以北區域進行了集中供暖，因此針對未集中供暖區域，節能設計材料方式等多樣化，導致冬冷夏熱地區住宅建筑外圍護結構形勢各異，熱工性能較差。由于冬冷夏熱地區供暖期短，很難實現全空間集中供暖[1]。然而，冬冷夏熱地區在我國分布較廣，夏季悶熱多雨，冬季濕冷，年降水量大，從氣候特點和歷史情況看，該地區應加強建筑外圍護結構的節能技術應用，以解決建筑能耗問題。

住宅建筑，顧名思義是指供家庭居住使用的建筑。是人們休息和日常活動的主要場所，因此，住宅建筑構造的熱工性能直接影響到人們的生產生活。

本文以住宅建筑為對象，分析外圍護結構與節能的關系，探討門窗、外墻以及屋面的熱工性能與構造對建筑能耗的影響，為冬冷夏熱地區住宅建筑的節能設計提供借鑒。

2 住宅建筑外圍護結構節能構造設計

根據《冬冷夏熱地區居住建筑節能設計標準》(JGJ134-2010)，對住宅建筑和圍護結構的熱工設計提出了要求，本文將從門窗、外墻以及屋面構造設計方面進行研究。

2.1 外窗構造節能設計

眾所周知，門窗是住宅建筑外圍護構件中熱工性能最差的構造之一，降低了建筑室內的熱舒適性，增加住宅能耗[2]。考慮門的占比很少，因此本節以外窗為例，外窗是房間通風采光必不可少的構造，夏冬季傳熱方向不同，門窗的節能主要從傳熱系數，遮蔽系數，空氣滲透性以及可見光透過率等指標考慮[3]，材料參數不同，熱工性能就不同，因此可通過材料調整達到外窗節能需要。而建筑節能設計主要從以下方面控制。

(1)控制窗墻比。窗墻比主要由建筑朝向確定，外窗是建筑節能的軟肋和短板，因此從節能角度出發，應限制窗墻比，窗墻比越大，建筑的能耗也就越多，在滿足采光需要的前提下，應控制窗墻比。

(2)提高窗戶氣密性能。窗戶是否密封，直接決定了室內外冷熱交換的途徑與速度的不同，窗戶的氣密性能是影響能耗的重要方面，氣密性并不是絕對的密不透風，達到要求標準即可，從節能角度看，可通過改善外窗與窗框的接觸方式與密閉方式實現。

(3)提高外窗保溫性能。主要通過材質和構造形式實現，材質不同，保溫性能不同，因此可選用保溫隔熱指標較好的材料。但構造形式的不同，能顯著提高外窗的保溫性能，例如可將薄壁實腹型構造替換為空心型構造，特殊條件下可采用多層中空構造。

當然，也可從外穿遮陽方面入手，通過內遮陽和外遮陽或結合的手段，在炎熱天氣時，吸收入射的太陽熱能，避免太陽輻射直接射入室內，有利于減弱對室內溫度的影響，達到節能目的。

2.2 外墻構造節能設計

外墻是住宅建筑的主要構件之一，占比很大，是建筑內外環境進行能量交換的主要媒介，外墻的節能構造設計除墻體材料性能外，主要通過在不同位置設置保溫層，常見的主要包括外墻外保溫，外墻內保溫和夾心保溫形式[4]。

(1)外墻外保溫 是適用范圍最廣的保溫形式，可以較好的保護建筑主體結構，延長結構使用壽命，基本消除熱橋效應影響，有利于保持室溫穩定，提高建筑的防水和氣密性能。但由于外墻外保溫的保溫材料位于建筑外側，因此對保溫材料的耐久性、穩定性和施工的可操作性等方面提出了更高的要求[5]。

(2)外墻內保溫 在建筑外墻內側增設保溫層，施工操作簡便，材料要求較低，造價也相對較低。然而容易產生熱橋效應，墻體內表面易產生潮濕結露發霉等狀況，防水和氣密性均較差，易產生裂縫，不利于建筑圍護結構的保護。

(3)夾心保溫 將材料密封在外墻中，更好的發揮墻體對內外環境的隔絕作用，對材料要求不高。然而易產生熱橋效應，形成對流，施工可操作性不強，質量較難把控。

綜上，外墻外保溫適用性強，效果較好，應盡量推廣使用，該做法主要從控制外保溫材料的性能入手，同時采用保護保溫層的新技術新工藝，可實現外墻的節能設計。

2.3 屋面構造節能設計

屋面不同于門窗和外墻，它是住宅建筑的結構較為復雜的構件之一，包括屋面實體，找平層，保溫隔熱層，防水層，保護層等。保溫層位置的不同，形成了不同的組合形式，保溫隔熱形式也不同[6]。此外，保溫隔熱屋面還包括采用其他物理形式隔熱的形式，例如種植屋面，通風屋面和蓄水屋面等，均能較好的達到節能目的。

3 結 語

通過對冬冷夏熱地區復雜氣候的描述，說明該區域住宅建筑外圍護結構的熱工性能差的原因，分析門窗、外墻與屋面的節能構造設計，滿足住宅建筑室內熱環境的需求，減少建筑能耗，基于節能視角下的住宅建筑設計，是實現減少能耗的重要方面，通過以上研究，為住宅建筑節能技術設計提供借鑒與參考。