天津地區住宅建筑節能設計研究

成莞莞

天津渤海職業技術學院，天津 300402

1 前言

隨著能源危機的不斷加深，許多國家在加大力度節約常規能源的同時，開始嘗試開發利用新能源。在能源的消耗中，建筑能耗在社會總能耗的所占比重不斷增大，建筑節能越來越受到人們的重視。2017年我國建筑的運行能耗9.6億t，占全社會總能耗的20%［1］。有關調查研究表明，在能源消耗中，建筑能耗在總能耗中約占25%～45%。我國從1986年對建筑節能做出明確規定以來，逐步制定并且實現了建筑節能30%～50%再到65%的要求。天津一直走在建筑節能的前列，居住建筑四步節能標準（在三步節能標準上再降30%，累計節能率為75%）已于2013年7月1日起正式實施。

2 天津地區情況介紹

2.1 地理概況與氣候特征

天津位于華北平原北部，經緯度為：東經116°43'～118°04'之間，北緯38°34'～40°15'之間。其東臨渤海，北靠燕山，海河流經天津，自古以來便是交通要道。天津作為首批沿海開放的城市，是中國北方最大的沿海開放城市。

在建筑氣候分區上，天津屬于我國第Ⅱ建筑氣候區，為典型的“寒冷地區”，受季風環流的影響，屬于溫帶大陸性季風氣候。四季氣候特征明顯：春季風多，雨少干旱；夏季炎熱，雨水較多；秋季涼爽，氣溫適中；冬季寒冷，少雪干燥。

2.2 建筑現狀

天津市既有建筑大都采用的是磚混結構，多建于20世紀80年代，年久失修。建筑材料主要是普通黏土燒結磚和水泥砂漿，還有少量的鋼筋混凝土，造成了房屋的保溫隔熱性能不良，使得天津地區冬季集中供熱取暖和夏季空調制冷造成了一定的能源浪費。近些年，天津新建住宅面積處于平穩上升的態勢。2017年、2018年和2019年房地產開發企業住宅新開工房屋面積分別為1822.72萬m2、1862.93萬m2和1973.81m2，一直保持較高水平。天津從1991年出臺了第一步建筑節能設計標準，歷經發展，2013年7月1日起正式實施居住建筑四步節能標準。截止2015年5月底，天津在建和建成四步節能居住建筑1522萬m2，每年節煤能力高達280萬t標煤，節約了大量能源［2］。因此，天津新建住宅建筑踐行“四步節能”的要求，降低人工采暖能耗，節約能源勢在必行。

3 節能改造措施

根據天津地理位置和氣候特征，既有住宅建筑和新建住宅建筑可從外墻、門窗、屋面和陽臺等方面采取節能措施，提高能源利用率。

3.1 外墻保溫節能

外墻作為住宅建筑外圍護結構的主構件，所占面積比例也最大，通過建筑外墻損失的熱量大約占建筑總耗能的25%。因此，加強外墻保溫對建筑節能起著極為重要的作用。外墻保溫體系常用的有外墻外保溫、外墻內保溫、外墻夾芯保溫和外墻自保溫等。

天津市既有住宅建筑大都地處市六區，生活配套設施比較齊全，房屋拆遷改造成本相對較高，社會效益和環境效益不高；并且，大量的既有住宅建筑仍還有較長的使用價值，有的甚至還有一定的文物保護價值。因此，為了不影響住戶的正常生活和不破壞室內原有設施，天津市既有建筑的外墻節能改造可以采用外墻外保溫體系，在原來墻體的外側增設一層或者多層保溫層，保溫層材料可以選用巖棉板、模塑聚苯板或膨脹聚苯板（EPS板）或者聚苯乙烯擠塑板（XPS板），三種保溫材料的主要性能如下表1所示。新建多層或者中高層住宅建筑，在滿足承載力的前提下，為了降低造價和施工難度，可以選擇外墻自保溫體系，采用砌塊墻體，比如蒸汽加壓混凝土砌塊墻體、陶粒混凝土空心砌塊墻體、泡沫混凝土砌塊墻體等；也可選擇外墻夾芯保溫體系，比如選用集承重、保溫、圍護和防火于一體的CS墻板［3］等。新建高層和超高層建筑，考慮結構布置形式和承重的要求，可選用外墻外保溫系統，并在保溫層外部進行薄抹灰處理，所用保溫材料與既有建筑節能改造所用材料相同。需要注意，在薄抹灰保溫層的抹面膠漿中要壓入復合耐堿網格布，提高其抗裂性能。

表1 三種保溫材料主要性能比較

3.2 門窗

門窗的熱量損失主要是通過外門損失的，約占圍護結構總能耗的40%～50%。門窗主要通過傳導、對流和輻射損失熱量，傳導主要是框扇與玻璃的熱傳遞；對流主要表現在中空玻璃間氣體層的流動以及窗扇、窗框縫隙中氣體的滲漏［4］；輻射主要是窗戶玻璃的輻射耗能。目前，市場上常用的節能門窗類型主要有塑鋼門窗、鋁合金門窗、斷橋鋁門窗、實木門窗等，隨著建筑節能力度的不斷加大，斷橋鋁門窗在建筑工程中得到了廣泛的應用。天津地處寒冷地區，晝夜溫差較大，新建和既有住宅建筑選擇門窗類型時要慎重選擇窗戶玻璃類型，建議優先選擇Low-E鍍膜玻璃和中空玻璃；框腔建議多采用兩腔或三腔，窗周邊用低傳導間隔條密封。門主要是入戶門，可在門板內加貼巖棉板、玻璃棉等保溫材料，門框的縫隙用密封條堵塞，有特殊需求可以安裝自動關門器，提高入戶門的密閉性和保溫性，減少熱量的損失。

3.3 屋面

屋面作為建筑物最上部的圍護結構，通過建筑屋面損失的熱量約占建筑物總耗熱量的9%，且屋面的保溫處理不當可能會引起建筑頂層墻體開裂。常見的節能屋面有正置式或倒置式保溫屋面、種植屋面、蓄水屋面、反射屋面、通風屋面和太陽能屋面等［5］，做法和特點如下表2所示。

天津屬于典型的“寒冷地區”，新建住宅建筑建議根據不同需求選擇正置式或倒置式保溫屋面、種植屋面和太陽能屋面；既有建筑由于建筑服役時間較長，部分屋面防水能力較弱，建議選擇正置式、倒置式保溫屋面或太陽能屋面對原屋面進行改造。

表2 各種節能屋面做法和特點

3.4 陽臺

陽臺作為室內與室外環境過渡的橋梁，具有采光、通風、觀景等功能。陽臺部分降低能耗、節約能源可以通過合理選擇陽臺進深、分隔方式和平面布置形式。天津地區新建住宅建筑在設計時，對于封閉陽臺進深盡量選擇1.2～1.5m之間；分隔方式的選擇，在保證室內溫度、太陽輻射能量和陽臺景觀功能的前提下，可以選擇在居室與陽臺之間設置全玻璃推拉門；平面布置形式盡量選擇梯形平面形式，既節能又豐富建筑立面［6］。對于既有住宅建筑陽臺改造，主要采取保溫密封的形式，可以在陽臺與居室貫通部分設置推拉門或者全玻璃推拉門，減少陽臺部分熱量的損失。

此外，對于新建建筑要加大開發和利用新能源的力度，并探索改進供熱系統，由原來的的一戶一環按面積征收取暖費改成按熱計量收費，用多少交多少，提高人們的節能意識。

4 結語

建筑節能是當前全球性的發展大趨勢，我國從20世紀80年代以來一直在加快建筑節能的步伐，逐步制定并且實現了“一步節能”、“兩步節能”、“三步節能”和“四步節能”，即建筑節能30%到50%到65%再到75%的要求。現在大部分城市已經達到了“三步節能”的標準，部分城市在探索并逐步實現“四步節能”的標準。天津一直走在建筑節能的前列，并已于2013年開始正式實施居住建筑“四步節能”。建筑節能是一項系統工程，有利于建筑行業健康可持續發展，也是我國建設節約型、和諧社會的需求，需要國家、行業、企業與個人共同努力，通過建筑節能減排，提高經濟效益的同時，提高人民生活的環境效益。