南方高層住宅建筑節(jié)能設(shè)計(jì)

吳定春

摘要：隨著建筑耗能的增加，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)引起了廣泛關(guān)注。南方沿海城市的一個(gè)重要?dú)夂蛱攸c(diǎn)是冬暖夏熱，其住宅建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)是針對(duì)這個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行的，本文結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)例，探討南方高層住宅節(jié)能設(shè)計(jì)，包括了外墻、外窗、屋面等方面，效益非常明顯，適合推廣。

關(guān)鍵詞：住宅；外墻；外窗；屋面；節(jié)能設(shè)計(jì)；經(jīng)濟(jì)分析

可持續(xù)發(fā)展成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的主旋律?，F(xiàn)階段我國(guó)大力推進(jìn)建筑節(jié)能，建筑節(jié)能處在關(guān)鍵時(shí)期。為貫徹落實(shí)國(guó)家建筑節(jié)能政策，積極推廣建筑節(jié)能技術(shù)，對(duì)住宅建筑進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)是非常必要。而不同地區(qū)的節(jié)能設(shè)計(jì)方法是不同的，南方沿海城市是冬暖夏熱的氣候特點(diǎn)，主要應(yīng)重點(diǎn)解決夏季隔熱、通風(fēng)、外圍護(hù)構(gòu)造的抗風(fēng)壓、防雨水以及外窗采光和遮陽(yáng)的平衡。本文結(jié)合南方住宅建筑實(shí)例，探討建筑節(jié)能設(shè)計(jì)問題。

1 工程概括

某高層住宅建筑工程，位于廣東湛江沿海地區(qū),是夏熱冬暖的典型地區(qū),四周環(huán)海,共五棟高層住宅,樓高近100m,建筑面積近20萬(wàn)m2。外墻大部分為剪力墻。

2 設(shè)計(jì)思路

本工程圍護(hù)構(gòu)造節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)夏熱冬暖地區(qū)沿海城市氣候和周邊環(huán)境特點(diǎn),其中外墻構(gòu)造應(yīng)注重適當(dāng)?shù)臒峁ば阅?、安全性和防雨水滲透性能；外窗應(yīng)注重遮陽(yáng)、通風(fēng)和隔聲性能；屋面構(gòu)造應(yīng)注重?zé)峁ば阅芎头烙晁疂B透性能。下面重點(diǎn)講述圍護(hù)構(gòu)造方面的設(shè)計(jì)思路。

2.1 外墻

該工程外墻大部分為剪力墻(大部分200mm厚),熱工性能極差[K值約3.5W/(m2.K)],基本風(fēng)壓大(0.8kPa),而且建設(shè)單位要求外貼面磚。為提高外墻的熱工性能以及房間的舒適度,需要對(duì)外墻構(gòu)造進(jìn)行改善,目前剪力墻改善熱工性能的方法有兩種:內(nèi)保溫和外保溫方式,表1為內(nèi)外保溫措施的特點(diǎn)分析。

表1內(nèi)外保溫優(yōu)缺點(diǎn)

應(yīng)建設(shè)方要求,在初步設(shè)計(jì)設(shè)想中,外墻提供五種設(shè)計(jì)方案,三種為為外保溫系統(tǒng)(方案一～三),二種為內(nèi)保溫系統(tǒng)(方案四～五),詳見表2。

表2外墻保溫構(gòu)造設(shè)計(jì)方案對(duì)比表

據(jù)考察,目前該地區(qū)還沒有相關(guān)類似工程的外保溫施工經(jīng)驗(yàn),國(guó)內(nèi)外雖然有眾多外保溫產(chǎn)品可以提供選用,但廠家難提供超過本工程難度的實(shí)例,而內(nèi)保溫在解決該類工程也有一定優(yōu)勢(shì)。綜合考慮工程實(shí)際及現(xiàn)有的保溫構(gòu)造優(yōu)缺點(diǎn),干掛外保溫和內(nèi)保溫措施(方案三～五)都是較適合的選擇。

2.2 外窗

外窗是建筑圍護(hù)構(gòu)造的重要組成部分,也是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。外窗的熱工性能主要由四個(gè)方面決定:傳熱系數(shù)、遮陽(yáng)系數(shù)(包括建筑外遮陽(yáng))、氣密性和可開啟面積。由于本工程位于夏熱冬暖地區(qū)的南區(qū),用節(jié)能軟件計(jì)算可以知道,外窗的傳熱系數(shù)對(duì)建筑節(jié)能效果影響不大,主要應(yīng)控制外窗系統(tǒng)遮陽(yáng)系數(shù)和氣密性。

原建筑設(shè)計(jì)采用斷熱鋁合金型材,由于斷熱鋁材主要是改善鋁合金型材的熱橋效應(yīng),降低窗戶傳熱系數(shù)。而傳熱系數(shù)的大小對(duì)本工程(夏熱冬暖地區(qū)的南區(qū))的節(jié)能效果影響不大,而且斷熱鋁材的價(jià)位高(每平方米窗增加100元左右),把資金投入這方面,意義不大。粉末噴涂鋁材價(jià)位較合適,同樣斷面抗風(fēng)壓強(qiáng)度比PVC塑料型材高,能滿足節(jié)能設(shè)計(jì)需要,而且表面顏色可根據(jù)建筑外觀設(shè)計(jì)要求進(jìn)行訂貨。

遮陽(yáng)系數(shù)在節(jié)能設(shè)計(jì)中有兩部份組成:窗本身遮陽(yáng)系數(shù)SC和建筑外遮陽(yáng)系數(shù)SD。因此建筑設(shè)計(jì)時(shí)建筑師應(yīng)盡可能結(jié)合建筑立面特點(diǎn)設(shè)計(jì)固定外遮陽(yáng)或活動(dòng)外遮陽(yáng)；而窗本身遮陽(yáng)系數(shù)主要通過選擇合適的玻璃來(lái)實(shí)現(xiàn),考慮到住宅建筑和南方居家的心理特點(diǎn),玻璃的選擇應(yīng)兼顧可見光透過率(>0.5)和可見光反射率(<0.2),目前針對(duì)南方地區(qū)開發(fā)的遮陽(yáng)性的低輻射鍍膜玻璃(即Low-E玻璃)是較好的選擇。Low-E玻璃根據(jù)生產(chǎn)工藝分在線和離線兩種。在線Low-E玻璃產(chǎn)品可單片使用,但同樣的可見光透過率遮陽(yáng)系數(shù)大；離線Low-E玻璃產(chǎn)品長(zhǎng)期暴露于空氣中會(huì)氧化,應(yīng)組合成中空玻璃使用,增加成本。本工程四周都有公路,隔聲方面應(yīng)加強(qiáng)處理。由于中空玻璃、平開窗隔聲較好,約比鋁合金單玻推拉窗提高10分貝,通過經(jīng)濟(jì)分析,采用LOW-E中空玻璃應(yīng)是較合理的選擇。

外窗氣密性能對(duì)節(jié)能效果影響較大。室外空氣通過滲透作用影響室內(nèi)熱環(huán)境。外窗的氣密性能與開啟型式、型材斷面、密封材料性能和組裝廠的加工工藝有關(guān)。因此,具體施工時(shí),材料質(zhì)量和組裝企業(yè)資質(zhì)應(yīng)加以考核。

外窗可開啟面積的控制對(duì)于南方地區(qū)的節(jié)能有重要的影響。由于節(jié)能率是通過計(jì)算設(shè)定的條件下(圍護(hù)構(gòu)造密閉、一定的室內(nèi)外溫度)空調(diào)采暖設(shè)備運(yùn)行的能耗大小得出的,外窗可開啟面積對(duì)節(jié)能率沒有影響,但南方地區(qū)建筑實(shí)際使用過程中,夏季早晚通過引入室外溫度較低的空氣來(lái)改善室內(nèi)熱環(huán)境,減少空調(diào)設(shè)備使用時(shí)間,是一個(gè)很好的節(jié)能方式,因此節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)外窗可開啟面積有一個(gè)強(qiáng)制性規(guī)定。

2.3屋面

屋面構(gòu)造的熱工性能對(duì)于整棟建筑的節(jié)能率影響不大,但對(duì)于頂層建筑室內(nèi)的熱環(huán)境影響巨大。夏熱冬暖地區(qū)屋面構(gòu)造現(xiàn)階段主要通過兩種方式來(lái)改善頂層室內(nèi)環(huán)境熱工性能:提高熱阻和降低外表面溫度。

提高熱阻———就是在構(gòu)造中增加保溫材料,提高熱阻,降低傳熱系數(shù)的目的?，F(xiàn)階段最常用保溫材料是擠塑板(即XPS),它導(dǎo)熱系數(shù)較低、吸水率低、抗壓強(qiáng)度高,很適合用于屋面保溫隔熱,而且目前擠塑板市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈,價(jià)位很低,但產(chǎn)品質(zhì)量也參差不齊,差別很大,價(jià)位區(qū)間較大(400～900多元/m3)。建議應(yīng)選用品牌廠家,并應(yīng)抽樣檢測(cè)來(lái)保證質(zhì)量。

降低外表面溫度主要通過外遮陽(yáng)、反射或水分蒸發(fā)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。比如屋頂表面增加一層遮陽(yáng)設(shè)施、隔熱涂料、蓄水屋面、種植屋面等等。這種具有南方地區(qū)特色的屋面構(gòu)造是值得我們探索和倡導(dǎo)的。

3設(shè)計(jì)結(jié)果

本工程建筑設(shè)計(jì)時(shí),迎合目前該地區(qū)用戶的消費(fèi)心理,各朝向開大面積外窗,而且大部分外墻為剪力墻構(gòu)造,致使窗墻面積比和外墻熱工指標(biāo)均超過規(guī)定性指標(biāo)要求,可用對(duì)比評(píng)定法對(duì)它進(jìn)行節(jié)能綜合評(píng)價(jià)。

屋頂、外墻、外窗達(dá)到相同節(jié)能效果,外墻的投資比例較大。但考慮東西住戶、屋頂住戶的室內(nèi)熱環(huán)境,從節(jié)能和用戶舒適性角度,應(yīng)優(yōu)先改善屋頂、東西外墻和外窗的隔熱性能,中間住戶應(yīng)優(yōu)先改善外窗的熱工性能。這樣可最大限度的提高性價(jià)比。首先對(duì)東西外墻、屋面、外窗按上述設(shè)計(jì)思路進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì),對(duì)圍護(hù)構(gòu)造各熱工性能進(jìn)行調(diào)整,用對(duì)比評(píng)定法初步核算,直到設(shè)計(jì)建筑能耗不大于參照建筑能耗,即完成一次節(jié)能構(gòu)造的調(diào)整。結(jié)果如表3(核算結(jié)果一),可以看出,在東西外墻、屋面參數(shù)設(shè)置相對(duì)合理的基礎(chǔ)上,需要把玻璃的遮蔽系數(shù)Se降低至0.32,設(shè)計(jì)建筑空調(diào)采暖耗電指數(shù)才小于參照建筑,而Low-E中空玻璃在該參數(shù)條件下,可見光透過率小于0.4,無(wú)法滿足建設(shè)方和用戶最大限度的通、透、亮要求。因此,必須對(duì)南北外墻也進(jìn)行保溫處理,經(jīng)對(duì)比評(píng)定法再次核算。其中玻璃的遮蔽系數(shù)Se調(diào)至0.5?？梢姽馔高^率也可達(dá)到0.6左右,可滿足建設(shè)方和用戶的需求。

本工程節(jié)能設(shè)計(jì)的圍護(hù)構(gòu)造最后選用的結(jié)果:屋頂、各朝向外墻和外窗都選用較好的節(jié)能材料,它不一定是最佳結(jié)果,但是在綜合考慮到現(xiàn)有的技術(shù)條件、建設(shè)方的定位、資金的投入、管理部門的政策等方方面面的影響得出的較為均衡、穩(wěn)妥的方案。

4 經(jīng)濟(jì)分析

為了全面了解建筑節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)建造成本影響,以本工程其中一棟建筑為例,選用構(gòu)造(核算結(jié)果二)與常規(guī)建筑進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。

表3節(jié)能建筑增加費(fèi)用(建筑面積:29569m2)

注：圍護(hù)構(gòu)造常規(guī)措施: 屋面(水泥板架空),外墻(無(wú)內(nèi)外保溫措施),外窗(鋁合金單玻窗或PVC塑料單玻窗)。

從表3經(jīng)濟(jì)分析可以看出,項(xiàng)目各方面都使用較好的節(jié)能措施,每平方米建筑面積基本可以控制在100元左右,并給項(xiàng)目增加不少的賣點(diǎn),就算把該成本分?jǐn)偟接脩纛^上,每戶僅增加幾千元的費(fèi)用,應(yīng)該也是樂意接受的。

5 總結(jié)

總之，住宅建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)將是我國(guó)建筑業(yè)的發(fā)展方向，建筑節(jié)能有利于從根本上促進(jìn)能源資源節(jié)約和合理利用，緩解我國(guó)能源資源供應(yīng)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的矛盾。我們建筑設(shè)計(jì)人員一定要認(rèn)識(shí)到節(jié)能設(shè)計(jì)的重要性，根據(jù)建筑所處氣候區(qū)的特點(diǎn)、建筑的結(jié)構(gòu)型式，運(yùn)用科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，改善建筑的節(jié)能效果，創(chuàng)造出更多的節(jié)能環(huán)保的建筑精品。

參考文獻(xiàn)

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