民用住宅建筑的节能设计浅析

　　摘要:近年来,城市住宅的发展趋势,是在数量稳定增长、质量不断提高、设备逐步完善的基础上,逐步发展建设出许多有特色的住宅。住宅是国计民生的主要载体之一,是经济发展、社会进步的重要标志。人们对民用建筑的节能设计必须加以足够重视，满足建筑各部位的节能技术要求，并尽可能延长建筑物的使用寿命。文章通过具体结构的节能设计和主要空间的节能设计及室外装修的节能设计几方面对此进行了阐述。
　　关键词：民用住宅，建筑，节能设计
　　
　　前言
　　发展节能建筑，首先应该解决建筑的高能耗问题。与国外相比,我国的单位建筑能耗是同等气候条件下发达国家的3倍,外墙的传热系数为3.5_4.5倍,外窗传热系数为2_3倍,屋面传热系数为3_6倍,门窗的空气渗透为3_6倍,与北京气候相近的德国,1984年其建筑年消耗为每平方米24.6_30.8kg标准煤,到2001年,降低至每平方米3.7_8.6kg标准煤.而北京的建筑年消耗近年来一直是每平方米225kg标准煤,可见我国的建筑节能潜力巨大.
　　一、建筑具体结构节能设计
　　1墙体结构节能设计
　　在建筑中，外围护结构中墙体占了很大比例，所以建筑墙体节能技术的发展是建筑节能技术的一个最重要的环节，节能保温墙体施工技术主要分为外墙内保温和外墙外保温两大类：
　　1）内保温技术及其特点
　　外墙内保温施工，是在外墙结构的内部加做保温层，内保温施工速度快，操作方便灵活，可以保证施工进度，被大面积推广的内保温技术有，增强石膏复合聚苯保温板，聚合物砂浆复合聚苯保温板，增强水泥复合聚苯保温板，内墙贴聚苯板抹粉刷石膏及抹聚苯颗粒保温料浆加抗裂砂浆压入网格布的做法，但内保温层会多占用房间的使用面积，热桥问题不易解决，容易引起开裂，还会影响施工速度影响居民的二次装修，且内墙悬挂和固定物件也容易破坏内保温结构，内保温在技术上的不合理性决定了其必然要被外保温所替代。
　　
　　2）外保温技术及其特点
　　外保温是目前大力推广的一种建筑保温节能技术，外保温与内保温相比，技术合理，有其明显的优越性，使用同样规格、同样尺寸和性能的保温材料外保温比内保温的效果好，外保温包在主体结构的外侧，能够保护主体结构，延长建筑物的寿命，有效减少了建筑结构的热桥，增加建筑的有效空间，同时消除了冷凝提高了居住的舒适度。
　　比较成熟的做法是外挂的保温材料有岩（矿）、棉、玻璃棉毡、聚苯乙烯泡沫板（简称聚苯板EPS）、陶粒混凝土复合聚苯仿石装饰保温板、钢丝网架夹芯墙板等，有一种做法是用专用的固定件将不易吸水的各种保温板固定在外墙上，然后将铝板、天然石材、彩色玻璃等外挂在预先制作的龙骨上，直接形成装饰面。
　　2、门窗的节能设计
　　外门窗是住宅能耗散失的最薄弱部位，其能耗占住宅总能耗的比例较大，其中传热损失为1/3，冷风渗透为1/3，所以在保证日照、采光、通风、观景要求的条件下，尽量减小住宅外门窗洞口的面积，提高外门窗的气密性，减少冷风渗透，提高外门窗本身的保温性能，减少外门窗本身的传热量。其节能措施有：
　　a、控制住宅窗墙比。住宅窗墙比是指住宅窗户洞口面积与住宅立面单元面积的比值，JGJ26-1995《民用建筑节能设计标准（采暖居住部分）》对不同朝向的住宅窗墙比做了严格的规定，指出“北向、东向和西向、南向的窗墙比分别不应超过20%、30%、35%”。
　　b、提高住宅外窗的气密性，减少冷空气渗透。如设置泡沫塑料密封条，使用新型的、密封性能良好的门窗材料。而门窗框与墙间的缝隙可用弹性松软型材料（如毛毡）、弹性密闭型材料（如聚乙烯泡沫材料）、密封膏以及边框设灰口等密封；框与扇的密封可用橡胶、橡塑或泡沫密封条以及高低缝、回风槽等；扇与扇之间的密封可用密封条、高低缝及缝外压条等；扇与玻璃之间的密封可用各种弹性压条等。
　　c、改善住宅门窗的保温性能。户门与阳台门应结合防火、防盗要求，在门的空腹内填充聚苯乙烯板或岩棉板，以增加其绝热性能；窗户最好采用钢塑复合窗和塑料窗，这样可避免金属窗产生的冷桥，可设置双玻璃或三玻璃，并积极采用中空玻璃、镀膜玻璃，有条件的住宅可采用低辐射玻璃；缩短窗扇的缝隙长度，采用大窗扇，减少小窗扇，扩大单块玻璃的面积，减少窗芯，合理地减少可开启的窗扇面积，适当增加固定玻璃及固定窗扇的面积。
　　d、设置“温度阻尼区”。所谓温度阻尼区就是在室内与室外之间设有一中间层次，这一中间层次象热闸一样可阻止室外冷风的直接渗透，减少外墙、外窗的热耗损。在住宅中，将北阳台的外门、窗全部用密封阳台封闭起来，外门设防风门斗，防止冷风倒灌，楼梯间设计成封闭式的，对屋顶上人孔进行封闭处理等措施均能收到良好的节能效果。
　　3、屋顶结构节能设计
　　保温层不宜选用容重较大，导热系数较高的保温材料，以防止屋面重量，厚度过大，屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料，以防止屋面保温作业时，保温层大量吸水，降低保温效果。现在，一些建筑的屋面保温，采用岩棉板保温层代替常规的沥青珍珠岩或水泥沫聚苯板，上铺防水层的正铺法为多，有的单位研究采用倒铺法，使防水层不直接接受日光暴晒以延缓老化，但聚苯板应采用挤出法生产的闭孔型不与屋面粘结，上用压块(卵石或混凝土薄板)固定近年来坡顶屋面发展较快，这种屋面较便于设置保温层，可顺坡顶内铺钉玻璃棉毡或岩棉花毡，也可在天棚上铺设上述绝热材料，还可喷、吹或直接铺设玻璃棉、岩棉、膨胀珍珠岩等松散材料作为屋面保温层。
　　二.夏热冬冷地区节能建筑案例分析:
　　这里以北京当代万国城一期北区塔楼为例进行分析.该建筑设计是在2002年进行的,依据国家节能标准<<民用建筑热工设计规范>><<GB50176_1993>>,北京属寒冷地区,其冬季采暖能耗标准为20.6W/m2，主要围护结构的平均传热系数K(W/m2K)限值分别为屋顶0.6_0.8,外墙0.82_1.16,外窗4.00.
　　1. 围护结构的热工性能
　　该建筑的实际围护结构的热工性能设置均可满足<<民用建筑热工设计规范>><<GB50176_1993)要求,其具体围护结构材料及其传热系数如表所示.
　　类别 构件名称 传热系数
　　K值 传热系数限值
　　外墙 200混凝土墙+100空气层+50聚苯乙稀外保温 0.81 0.82_1.16
　　内墙 200加气混凝土空心砌块 1.40 1.83
　　屋顶 100混凝土+100憎水珍珠岩 0.67 0.6_0.8
　　楼地 240MM砖楼地 0.29 0.52
　　楼板80mm 钢筋混凝土楼板 1.78 ¬_____
　　外门 双层实体木制外门 2.33 _____
　　外窗 塑钢中空窗 2.68 4.00
　　
　　此外,对于外墙,屋顶,门窗等惰性指标及气密性要求也均符合国家相关的节能设计标准.
　　2. 模型参数设置
　　1).室内设计参数:夏季室内设计温度为26°C，湿度小于80%。冬季室内设计温度为18°C，湿度大于30%。
　　2）热扰：平均4.3w/m2.
　　3)通风模式:冬季0.5次/h;夏季:1_5次/h,(均充分考虑室外可利用新风)
　　4)建筑模型
　　由于建筑中间各层平面设计基本相同,为简化计算,模型中将中间的标准层简化为3层(二,三,四层),顶层保留,整个建筑单体模型共5层.
　　5)冬季采暖能耗分析
　　由模拟输出结果可以看出,整个建筑的平均采暖负荷为17.20w/m2.小于20.6/m2的标准值,而顶层户型的热工性能较差,较标准层户型大8w/m2左右,朝北户型与其它朝向户型的负荷差异较小.
　　原因分析:朝北户型北墙面积大,屋顶保温效果一般.
　　改进措施:加厚屋顶保温平均传热系数K=0.35w/m2.加厚北墙保温至平均传热系数K=0.41w/m2.
　　5.夏季基础室温分析
　　户型基础室温大于29°C的最大小时数为1297,超过中国生态住宅技术评估手册>>的要求,所有户型大于29°C的基础室温小时数平均为950。
　　原因分析:东、西外窗面积过大,屋顶隔热效果一般。
　　改进措施:(结合冬季改进措施)增加遮阳措施(外遮阳或百叶内遮阳),屋顶加隔热层,使其总传热系数降至0.35左右。
　　三、住宅的主要空间与节能设计：
　　在早期的城市住宅设计中，多以卧室为中心，卧室是住宅中的主要居住空间。当时的住宅，卧室是住宅中唯一的主要空间。在住宅的空间设计中，显然要将所有的卧室置于日照通风条件最佳的住置，置于南向，为住户提供最好的享用自然能源的环境。近年来，随着国家经济的发展，人们生活水平提高，住房条件不断地改善。设计人员经过多年的推敲、探讨，住宅内部的休息区，起居活动区及厨卫服务区三大功能，分区更趋向明确合理。住宅中的卧室不再是多功能的，已被更合理地理解为休息区，主要功能是供睡眠、休息兼存放衣物，要求轻松宁静，有一定的私密性的空间。白天人们工作、学习、外出，即使在家各种起居活动也不在卧室中。因此以夜间睡眠用为主，白天多是空关着的卧室，向南还是向北，有无直接日照，对于建筑节能而言差别不大。在满足通风采光，保证窗户的气密性和隔热性的要求下，卧室不向南不影响建筑节能。因此，一套住宅中，卧室已经不是争取占据南向的唯一主要空间。“厅”在现代住宅中，已成为居住者各种起居活动的主要空间。白天的日照、阳光对于起居活动中心的“厅“来讲，更有直接的节能意义。对于上班族来讲，由于实行双休日制度后，白天在家的天数增多了，约占全年总天数的四分之一,对于老年人、婴幼儿来讲，则多数时间是呆在厅里的，即便学生，寒暑假、星期天在家，主要活动空间也是在厅里，所以现在住宅中，厅的面积远比一个卧室大。白天，厅的使用频率比卧室高得多，起居厅已是住宅中的活动中心，是现代住宅中的主要空间。所以如果起居厅向南，白天的阳光照着在起居厅活动的人们，其节能效应是不言而喻的。如果是南向起居厅，室内的自然热环境较好，可以大大地节约采暖和空调的耗能。
　　四．室外装修节能改造
　　在住宅体型设计时，依据民用建筑节能设计标准，进行节能住宅设计时，在满足一定体型系数限制条件下，节能建筑本体围护结构应达到规定的热工指标要求。注意用最少的围护结构面积形成满足功能要求的室内空间体积，其意义在于减少不必要的墙体外表面积，避免热损失。
　　民用建筑在进行装饰装修工程时，必须与节能改造同步进行，以确保改造后达到建筑节能标准要求。外墙表面涂刷白色或浅色涂料，减少壁面传热，以提高外墙保温隔热性能。大大降低了空调的使用率，节约能耗。对于多层住宅或底层墙壁，进行垂直绿化。这样，就能缓解骤雨及曝晒造成建筑物表面的温差变化，从而改善生态和室内环境。
　　参考文献：
　　[1]王立雄.建筑节能[M].北京:中国建筑工业出版社，2004.
　　[2]朱盈豹.保温材料在建筑墙体节能的应用[M].北京：中国建材工业出版

《民用住宅建筑的节能设计浅析》

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