房屋建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀分析

王紀(jì)鋒,劉光輝,呂孟浩,王 勤

( 1.廣安市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局，四川 廣安 638099；2.四川省川建勘察設(shè)計(jì)院有限公司，四川 成都 610000)

0 引 言

建筑節(jié)能的含義是建筑物在整個(gè)使用過程中，每一個(gè)環(huán)節(jié)節(jié)能的總和.具體是以建筑節(jié)能規(guī)范中的要求為標(biāo)準(zhǔn)，對建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能采用更合理的設(shè)計(jì)創(chuàng)新，在使用、設(shè)計(jì)、規(guī)劃布局以及地址選取等各個(gè)環(huán)節(jié)中使用新型的建材、節(jié)能機(jī)電設(shè)施與產(chǎn)品，從而使節(jié)能設(shè)備的運(yùn)行管理和機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率得到進(jìn)一步提升.另外，為了更加高效地對能源進(jìn)行利用，在降低建筑與可再生能源方面的能源消耗的同時(shí)，必須確保建筑物使用功能和室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量不發(fā)生較大改變[1].川渝地區(qū)氣候多為冬冷夏熱,在大的氣候背景下如何統(tǒng)籌好當(dāng)前和未來,在兼顧經(jīng)濟(jì)和節(jié)能的前提下,做好建筑節(jié)能推廣工作已成為當(dāng)前必須面對和需要解決的問題[2].

1 房屋建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

房屋建筑是人們生活、生產(chǎn)和工作的必需品,每一個(gè)建筑設(shè)計(jì)中都包含建筑能耗的設(shè)計(jì)[3].目前，我國節(jié)能設(shè)計(jì)與發(fā)達(dá)國家仍具有一定的差距.建筑節(jié)能設(shè)計(jì)一般情況下都是通過建筑設(shè)計(jì)系數(shù)來進(jìn)行衡量的,而建筑設(shè)計(jì)系數(shù)的影響因數(shù)主要包括建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、平面布局以及構(gòu)筑物的外形等.相比于發(fā)達(dá)國家，我國的建筑節(jié)能方面相對比較落后，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一般情況下，我國在建筑節(jié)能中的外窗系數(shù)是發(fā)達(dá)國家的2倍左右，外墻系數(shù)是發(fā)達(dá)國家4倍左右，屋頂系數(shù)則是發(fā)達(dá)國家的3倍左右.二是政策機(jī)制不夠健全，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)不僅是一項(xiàng)系統(tǒng)性工作，同時(shí)也是建筑節(jié)能實(shí)現(xiàn)的保障[4].目前，由于相關(guān)的建設(shè)部門不僅缺乏系統(tǒng)的保障，同時(shí)也缺乏對建筑節(jié)能實(shí)際成果的評判機(jī)制，從而導(dǎo)致了建設(shè)部門對建筑節(jié)能設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的監(jiān)控乏力.三是節(jié)能設(shè)計(jì)與功能設(shè)計(jì)存在矛盾，為了達(dá)到預(yù)計(jì)的節(jié)能效果，首先要對建筑外圍的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，其次要對建筑節(jié)能設(shè)計(jì)階段進(jìn)行加強(qiáng).如果只關(guān)注建筑節(jié)能設(shè)計(jì)是否達(dá)到所需要的標(biāo)準(zhǔn)，其結(jié)果可能會(huì)比預(yù)先設(shè)計(jì)的功能相差很多，使得這些建筑物浪費(fèi)了大量的資源.

2 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的主要措施

2.1 優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)

2.1.1 建筑體型

在建筑設(shè)計(jì)中,為了使建筑在不同條件下(如氣候條件、地理?xiàng)l件等)都能適應(yīng)，應(yīng)該對建筑群體組合和建筑物的體型進(jìn)行合理的設(shè)計(jì).如果基于其他的客觀條件相同,一般體型系數(shù)(即建筑物的外表面與周圍體積的比率)與能源的消耗量、單位面積的散熱量、單位面積均成正比,且隨體型系數(shù)的增加而增加.在對建筑物進(jìn)行體型設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用增加建筑物進(jìn)深或者縮小建筑物的面寬等方法，來對建筑物的體型系數(shù)和外表面積進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化.另外，外觀結(jié)構(gòu)也會(huì)對建筑體型造成影響，比如，在進(jìn)行外觀結(jié)構(gòu)的選擇時(shí)，一般多采用長條形，而非主體過于復(fù)雜和凹凸面較多的塔式外觀.

2.1.2 建筑物的朝向和間距

為了考慮建筑物內(nèi)部的散熱、采光對建筑節(jié)能的影響，在布局時(shí)應(yīng)該對建筑物的間距和朝向進(jìn)行合理的選取.不同季節(jié)要根據(jù)實(shí)際情況來選擇合理的日照時(shí)間，冬季需要抵擋冷風(fēng)的侵入，同時(shí)保證室內(nèi)陽光的充足；夏季則應(yīng)保持室內(nèi)有良好的通風(fēng)，減少太陽直射等.

2.1.3 建筑物的平面布置

優(yōu)秀的平面布局往往能使建筑物的節(jié)能效果上升一個(gè)檔次.當(dāng)將管道井、機(jī)房、電梯、樓梯等布置在建筑物的西側(cè)或者南側(cè)時(shí)，則能對夏季的日射進(jìn)行有效的阻擋.另外，風(fēng)也會(huì)對建筑物的能源消耗產(chǎn)生一定影響，不同季節(jié)的風(fēng)所帶來的影響有所不同，如冬季的北風(fēng)、夏季的穿堂風(fēng).

2.2 優(yōu)化建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能技術(shù)

建筑物的外圍構(gòu)件是建筑物的節(jié)能設(shè)計(jì)中十分重要的環(huán)節(jié)，外圍構(gòu)件是建筑傳熱的介質(zhì),會(huì)影響建筑外墻的熱穩(wěn)定性與保溫性能.為了達(dá)到建筑節(jié)能的目的和國家節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范中的要求，應(yīng)降低屋面、門窗和外圍護(hù)墻體的傳熱系數(shù)，同時(shí)提高外墻的保溫耐熱性.

2.2.1 建筑物的墻體

建筑物中墻體節(jié)能設(shè)計(jì)是通過對墻體在熱能方面的消耗而進(jìn)行控制,對建筑物的墻體進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，可以分別從內(nèi)墻保溫和外墻保溫進(jìn)行.對于建筑物而言,外墻保溫效果往往可以更高效,不僅可以使墻體的使用期限延長，還可以避免熱橋效應(yīng),其缺點(diǎn)是造價(jià)較高.此外，材料的選取對于外墻墻體的保溫設(shè)計(jì)極其重要,采用墻體內(nèi)部依附高效能的節(jié)能材料和對能源消耗較低的新型材料,往往能夠達(dá)到墻體的熱阻目的.目前，外墻材料采用較多的有巖棉板、擠塑聚苯板以及聚合聚苯板等.

2.2.2 建筑物門窗

建筑物窗墻比是指建筑物窗戶洞口面積與其立面單元面積的比值.在建筑設(shè)計(jì)中，合理的窗墻比既能確保建筑物的觀景、通風(fēng)、采光、日照等要求，同時(shí)還能有效地減少門窗的建筑能源消耗.通過國家節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范可知,每個(gè)方向的窗墻比有不同的要求，具體為南向的窗墻比不超過35%，東向窗墻比不超過30%，北向窗墻比不超過20%.隨著時(shí)代的發(fā)展，越來越多的建筑為了追求外觀的美麗，設(shè)計(jì)時(shí)采用了較多的大型落地窗設(shè)計(jì)，這樣的設(shè)計(jì)會(huì)使得窗墻比增大，從而導(dǎo)致能源的消耗也增加.相關(guān)數(shù)據(jù)表明，目前建筑物大約30%的能耗都是由于建筑物的門窗玻璃設(shè)計(jì)的不合理所導(dǎo)致.為了使得建筑物的節(jié)能設(shè)計(jì)更加的合理化，對建筑物中門窗玻璃的使用應(yīng)該更加謹(jǐn)慎，必須從門窗的遮陽系數(shù)、傳熱系數(shù)、氣密性等相關(guān)方面進(jìn)行綜合考慮，或者使用新型的節(jié)能型玻璃.

2.2.3 建筑物屋頂

采用高效保溫材料,通過架空屋面,或采用淺色屋面從而達(dá)到隔離太陽輻射熱和減少陽光直射的效果.在客觀條件允許的情況下,可參考海綿城市的建設(shè)要求,采用屋頂覆土的方式做成植被屋面,屋面上可以種植枝葉茂密的植物,利用植物的枝葉進(jìn)行遮陽,覆土還可以作為隔熱層來加強(qiáng)建筑屋面的隔熱性能，或者通過植物的光合作用對部分能量進(jìn)行消耗和轉(zhuǎn)化,同時(shí)也可以美化環(huán)境.此外還可采用通風(fēng)屋面、蓄水屋面等多種的節(jié)能措施.

3 保溫材料

保溫材料的定義是指材料的導(dǎo)熱系數(shù)小于或者等于0.12.為使材料的保溫性能得到進(jìn)一步提升，在滿足GB/T 17369—2014《建筑用絕熱材料性能選定指南》的要求下，需要對保溫材料進(jìn)行創(chuàng)新，降低材料成本,提高材料的保溫性能.目前，保溫隔熱材料正朝著集防水外護(hù)、節(jié)能、隔熱、薄層及高效于一體的方向發(fā)展.材料的選取是影響材料保溫最主要的因素，具體需要考慮材料的強(qiáng)度、燃燒性能、吸水率及導(dǎo)熱系數(shù)等指標(biāo).以前，提高材料保溫隔熱的性能主要是靠加大氣相空隙率,以降低材料本身的導(dǎo)熱系數(shù)與傳導(dǎo)系數(shù)為主.現(xiàn)在的建筑物所使用的保溫隔材料，按材料的成分可以分為有機(jī)類、無機(jī)類、金屬類.這些材料都具有一些缺點(diǎn)，如纖維類保溫材料，其外部覆層需要達(dá)到一定的厚度,才能使得材料的對流傳熱和輻射傳熱性能增加;型材類的無機(jī)保溫材料雖然其保溫隔熱性能較好，但由于其施工繁瑣、接縫多，導(dǎo)致美觀性能與防水性能不足、使用時(shí)所產(chǎn)生的損耗也較大.基于此，相關(guān)學(xué)者正在研究一種隔熱反射性能較好的新型材料[5].

3.1 無機(jī)保溫材料

無機(jī)保溫材料主要包括有水泥基復(fù)合膨脹?；⒅楸貪{料、泡沫玻璃保溫板、水泥基泡沫保溫板、膨脹?；⒅楸匕濉r棉板等，相比于有機(jī)材料，無機(jī)保溫材料都具有較為出色的防火性能，甚至通過特殊的配方，其防火級別能達(dá)到B1級到A級，且具有一定的保溫效果.目前，常用無機(jī)保溫材料及其特殊性如表1所示.

3.2 有機(jī)保溫材料

有機(jī)類保溫材料主要包括EPS保溫板、XPS保溫板、硬泡聚氨酯保溫板、酚醛保溫板、改性聚苯板等.具有致密性高、保溫隔熱性能好、質(zhì)量輕、可加工性等優(yōu)點(diǎn).其缺點(diǎn)包括耐老化性較差、變形系數(shù)大、穩(wěn)定性與安全性差，易燃、對生態(tài)環(huán)保的影響較大、施工難度較高及工程成本較高，同時(shí)，有機(jī)保溫材料在我國市場上的資源有限，且基本不可能再進(jìn)行循環(huán)再利用.傳統(tǒng)的聚苯板、無機(jī)保溫板雖然在保溫性能上相比于其他材料更勝一籌，在市場中流通較廣，但是由于材料本身的易燃性較高，極易發(fā)生火災(zāi)、尤其是傳統(tǒng)的聚苯板在燃燒時(shí)會(huì)散發(fā)毒氣，此類材料在發(fā)達(dá)國家的應(yīng)用范圍很小[6].我國在新型有機(jī)保溫材料方面的技術(shù)還不太成熟，依舊在建筑中大面積采用聚苯板保溫材料，以致于火災(zāi)事故的發(fā)生頻率較高.目前，常用有機(jī)保溫材料及其特性如表2所示.

表2 常用有機(jī)保溫材料及其特性

3.3 金屬保溫材料

金屬類的保溫材料主要包括有鋁和鋁制品,市場上應(yīng)用較廣的有鋁箔、鋁板、鋁箔復(fù)合輕板等，其通過利用材料表面的輻射特性來達(dá)到絕熱保溫效果.具有輻射特性的這類材料,其表面的熱量吸收率較低,向外輻射熱量的能力往往也較小.這類材料在市場上比較稀缺,價(jià)格昂貴.

3.4 性能評價(jià)

綜合上述有機(jī)保溫材料、無機(jī)保溫材料及金屬保溫材料特性分析結(jié)果，得到常用保溫材料性能評價(jià)如表3所示.

表3 常用保溫材料性能評價(jià)

4 存在的問題

4.1 激勵(lì)政策有待完善

目前，建筑節(jié)能的實(shí)施主要靠規(guī)范文件的強(qiáng)制性約束,激勵(lì)機(jī)制尚未建立健全,建設(shè)單位主動(dòng)投入的積極性普遍不高.節(jié)能所產(chǎn)生的效果具有較強(qiáng)經(jīng)濟(jì)外部性,由于將節(jié)能完全交給市場進(jìn)行自發(fā)調(diào)節(jié),往往很難有效發(fā)揮作用.建筑單位在節(jié)能設(shè)計(jì)方面不積極的原因主要有以下幾個(gè)方面：第一，初始投資大，經(jīng)濟(jì)效益的波動(dòng)過大，無法計(jì)算；第二，技術(shù)研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)性過大；第三，國內(nèi)市場還未完全打開，產(chǎn)品競爭力低，量小價(jià)高.同時(shí)，受多種因素影響,消費(fèi)者在選購產(chǎn)品時(shí)往往對產(chǎn)品的能效重視不夠等.要克服節(jié)能領(lǐng)域存在的諸多障礙,需要政府采取一系列經(jīng)濟(jì)、法律以及必要的行政手段來對市場主體的用能行為進(jìn)行引導(dǎo)和調(diào)節(jié)，而合理的財(cái)政、稅收、政府采購、信貸、價(jià)格等政策措施,也可以有效地規(guī)范、引導(dǎo)和調(diào)節(jié)市場主體的經(jīng)濟(jì)行為,可以激發(fā)企業(yè)節(jié)能降耗的內(nèi)在動(dòng)力和消費(fèi)者選購節(jié)能產(chǎn)品的積極性.

4.2 新型材料的使用有待進(jìn)一步規(guī)范

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新型建筑節(jié)能材料的出現(xiàn)給建筑物的節(jié)能保溫材料的使用帶來了新的選擇.其中，節(jié)能涂料種類繁多，根據(jù)節(jié)能原理分有阻隔型、輻射型、反射型.其中，建筑反射隔熱涂料，具有施工工藝簡單、不易脫落、施工周期短、成本低及防火性能好等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際操作中缺少設(shè)計(jì)規(guī)范和施工技術(shù)規(guī)程的支撐，住建部科技司2016年12月28日通過鑒定評審，認(rèn)定該類型涂料只能用作南方建筑太陽輻射作用下的反射隔熱，并無保溫功能；中國建筑西南設(shè)計(jì)研究院也以該類產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)所依據(jù)的白皮書無批號、無備案、無出版號為由，禁止本單位在設(shè)計(jì)中采用保溫隔熱涂料作為外墻保溫系統(tǒng)使用.

4.3 統(tǒng)一的節(jié)能設(shè)計(jì)與群眾的差異化需求存在矛盾，資源浪費(fèi)嚴(yán)重

統(tǒng)一的節(jié)能設(shè)計(jì)與群眾的差異化需求存在矛盾，這一問題在住宅建筑中表現(xiàn)尤為突出，建筑物由建設(shè)單位統(tǒng)一設(shè)計(jì)、建設(shè)，最終的產(chǎn)權(quán)人是每一名業(yè)主，而業(yè)主的需求是多樣的、有差異的.如住宅建筑內(nèi)陽臺(tái)與客廳之間的推拉門，建設(shè)單位在設(shè)計(jì)和施工中都嚴(yán)格落實(shí)了節(jié)能保溫相關(guān)要求，而在后期的裝修中，大部分落地窗因地平問題、或業(yè)主喜好被改造或拆除，不僅導(dǎo)致保溫措施被破壞，還產(chǎn)生大量的建筑垃圾.

4.4 外墻保溫板保溫系統(tǒng)安全問題突顯

隨著居民對房屋功能要求越來越高以及建筑節(jié)能要求,外墻保溫已成為建筑必不可少的一部分,外墻的外保溫相比于內(nèi)墻要更多一點(diǎn),根據(jù)JGJ144—004《外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程》規(guī)定,外墻外保溫工程在正常合理的養(yǎng)護(hù)和使用時(shí)，其使用壽命不能低于5年[7].實(shí)際上，近年來建筑物外墻保溫脫落成為小區(qū)居民生活中的一大安全隱患，而究其原因,一是保溫板自身容易變形,容易產(chǎn)生滲漏脫落現(xiàn)象；二是施工質(zhì)量不高,如基層表面平整度處理不當(dāng)、黏結(jié)面積不符合規(guī)范要求等導(dǎo)致；三是保溫板的表面溫度相較于傳統(tǒng)水泥高10℃～15℃，具有較好的熱阻性能,但溫差大會(huì)加大保溫板變形，保溫板的抗裂砂漿防護(hù)層熱量不易傳導(dǎo)擴(kuò)散.

5 思考和建議

5.1 加大宣傳要力度，提升公眾的建筑節(jié)能意識(shí)

由于建筑節(jié)能概念在我國社會(huì)宣傳不夠，導(dǎo)致人民群眾對其了解不深，所以我們需要通過多媒體和多渠道的方式來對建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行廣泛的宣傳,促使國家的相關(guān)政策深入人心,讓大家對建筑節(jié)能方面的知識(shí)有一個(gè)更為深刻的理解,明白節(jié)能設(shè)計(jì)的意義所在,為經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展作出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)

5.2 嚴(yán)格落實(shí)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)和節(jié)能審查機(jī)制

嚴(yán)格執(zhí)行《綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》和《建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求,保證在對建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，其施工圖和相關(guān)的設(shè)計(jì)文件必須滿足相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家政策[8].按照綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，按照星級目標(biāo)填寫綠色建筑自評報(bào)告及相關(guān)支持材料[9].施工圖設(shè)計(jì)文件應(yīng)有專門的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)和綠色建筑設(shè)計(jì)章節(jié)(或綠色建筑設(shè)計(jì)說明).嚴(yán)格審核施工圖設(shè)計(jì)文件，出具建筑節(jié)能、綠色建筑審核意見，施工圖設(shè)計(jì)文件經(jīng)會(huì)審合格后原則上不得擅自更改，確需變更且涉及建筑節(jié)能環(huán)節(jié)的，不得降低節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和綠色建筑星級標(biāo)準(zhǔn)，否則需重新辦理施工圖設(shè)計(jì)文件審查手續(xù).

5.3 加大清潔能源的使用

嚴(yán)格執(zhí)行《建筑節(jié)能與可再生資源利用通用規(guī)范》,在新建建筑設(shè)計(jì)中落實(shí)太陽能建筑應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[10].采用清潔能源中的太陽能，通過將太陽能轉(zhuǎn)化為可以直接進(jìn)行利用的能源.自然光也屬于清潔能源的一種，對人們視覺的適應(yīng)度非常高，所以在建筑物設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該最大限度地利用自然光線，包括自然光的反射、折射原理等.

5.4 合理設(shè)計(jì)，兼顧節(jié)能要求和功能使用

在建筑物設(shè)計(jì)階段應(yīng)盡可能多地兼顧建筑節(jié)能與使用功能的統(tǒng)一，避免二次裝修對節(jié)能保溫系統(tǒng)的影響.首先要優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)，減少建筑物平面布置的改造空間，明確陽臺(tái)等位置的空間屬性，為后期的施工圖設(shè)計(jì)提供更準(zhǔn)確的規(guī)劃依據(jù)；其次要減少保溫系統(tǒng)對建筑使用功能的影響，盡可能選擇外墻外保溫系統(tǒng)，降低保溫系統(tǒng)因二次裝修被破壞的可能性.

5.5 創(chuàng)新監(jiān)管方式，加強(qiáng)建筑保溫系統(tǒng)使用過程的監(jiān)管

改變以往重許可輕監(jiān)管的管理模式，探索竣工驗(yàn)收和日常監(jiān)管相結(jié)合的方式，一方面加強(qiáng)施工質(zhì)量監(jiān)管力度，確保竣工驗(yàn)收階段保溫措施落實(shí)到位；另一方面，科學(xué)地做好建筑保溫竣工驗(yàn)收工作和日常監(jiān)管工作的有效銜接，允許“容缺”驗(yàn)收，如住宅建筑陽臺(tái)和客廳之間的推拉門及外墻保溫，在建筑工程施工階段可暫不統(tǒng)一實(shí)施，改為在二次改造過程中充分考慮業(yè)主個(gè)人需求后，由建筑單位、業(yè)主按照約定做好改造工作，這樣既確保了綜合驗(yàn)收工作順利進(jìn)行，節(jié)能措施落實(shí)落地，開發(fā)商按時(shí)交房，又避免了大量建筑垃圾的產(chǎn)生.