寒冷地區(qū)綠色建筑節(jié)能構(gòu)造解析

趙云帥

（貴州高原明珠建設(shè)工程設(shè)計(jì)有限公司，貴陽 550081）

1 前言

在當(dāng)前的社會(huì)環(huán)境下，人們的綠色環(huán)保意識也在不斷提升，從而使節(jié)能理念在建筑行業(yè)內(nèi)得到了廣泛的普及，很多建筑企業(yè)也在這種情況下大力發(fā)展綠色節(jié)能型建筑，在建筑構(gòu)造中開始運(yùn)用綠色節(jié)能的施工技術(shù)[1]。由于建筑行業(yè)屬于高耗能行業(yè)，也是影響環(huán)境的主要因素，而我國在世界上又是最大的能源消耗國家，為了推動(dòng)城市化進(jìn)程，降低能源消耗，建筑行業(yè)也要普及綠色建筑，在最大程度上避免資源浪費(fèi)，做好環(huán)境保護(hù)措施，為人們創(chuàng)建高效、環(huán)保的使用空間。尤其是一些寒冷地區(qū)，因?yàn)榻ㄖ茉聪谋绕渌麥嘏貐^(qū)更多，因而更需要重點(diǎn)發(fā)展綠色建筑，并做好綠色建筑的節(jié)能構(gòu)造設(shè)計(jì)工作，以此提高綠色建筑的節(jié)能效果。

2 我國寒冷地區(qū)的低能耗綠色建筑發(fā)展現(xiàn)狀

相比于國外的綠色建筑發(fā)展歷程，我國的綠色建筑研究起步比較晚，一直到20世紀(jì)90年代才有綠色建筑的概念。之后因?yàn)榭紤]到社會(huì)發(fā)展形勢與行業(yè)需求，我國先后制定了一系列綠色建筑的政策法規(guī)，為國內(nèi)綠色建筑的健康有序發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)[2]。而寒冷地區(qū)因?yàn)楫?dāng)?shù)鬲?dú)特的氣候條件，對于綠色建筑的技術(shù)體系也提出了相應(yīng)的要求，還需要適應(yīng)寒冷地區(qū)的低能耗綠色建筑發(fā)展路徑。一方面是因?yàn)楹涞貐^(qū)氣候特點(diǎn)是冬季嚴(yán)寒持續(xù)時(shí)間較長，夏季時(shí)間短，且氣候涼爽。尤其是像東北這樣的寒冷地區(qū)，冬季冷凍期很長，積雪后的太陽輻射量相對較大，日照資源比較豐富。因此，寒冷地區(qū)的建筑物在總的規(guī)劃和單個(gè)設(shè)計(jì)方面，還需要滿足冬季日照、防寒保暖等相關(guān)要求，同時(shí)要保證建筑物的密閉性，并充分利用太陽能等天然能源的節(jié)能措施，建筑物的能耗也要以冬季采暖為主。

但是，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進(jìn)，寒冷地區(qū)的建筑項(xiàng)目也在逐年增多，建筑規(guī)模也在持續(xù)壯大。以當(dāng)前的節(jié)能建筑為視角，其占比仍然較低，尤其是可以降低耗能的節(jié)能型綠色建筑占比更低。并且，以綠色住宅建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為主，普通的綠色建筑門窗、屋面節(jié)能構(gòu)造的保暖隔熱效果也難以達(dá)到住宅建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。與相同緯度的發(fā)達(dá)國家相比，我國的住宅建筑的單位能耗要高發(fā)達(dá)國家4~5倍，屋頂?shù)哪芎牧扛?倍左右，門窗能耗則2倍左右[3]。因此，我國的寒冷地區(qū)綠色建筑項(xiàng)目的主要問題在于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能構(gòu)造設(shè)計(jì)不合理，從而導(dǎo)致建筑物熱功性能較差，造成熱能耗與熱損失較多。為了改善寒冷地區(qū)綠色建筑的節(jié)能效果，還要積極研究適用于寒冷地區(qū)的綠色建筑節(jié)能構(gòu)造設(shè)計(jì)方案。

3 綠色建筑設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用原則概述

3.1 節(jié)能低耗的應(yīng)用原則

寒冷地區(qū)為了減少能源消耗，要加強(qiáng)發(fā)展綠色建筑。而在綠色建筑的設(shè)計(jì)理念下，建筑物的設(shè)計(jì)還要以保證生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展為原則，目的是為了提升人們的生活質(zhì)量，滿足人們健康環(huán)保、低碳高效的生活需求。因此，綠色建筑在設(shè)計(jì)時(shí)還要實(shí)現(xiàn)資源利用率的最大化，促進(jìn)資源循環(huán)利用，并在最大程度上利用可再生資源與可降解能源。同時(shí)，綠色住宅建筑還要滿足宜居性，提高綠色建筑的節(jié)能效率。對于生態(tài)宜居住宅的設(shè)計(jì)，也要考慮當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)成本與社會(huì)長遠(yuǎn)發(fā)展需求，并重視綠色建筑的后期效益。

3.2 經(jīng)濟(jì)環(huán)保的應(yīng)用原則

現(xiàn)代綠色建筑在建設(shè)的過程中，要確保施工期間的各個(gè)環(huán)節(jié)都能達(dá)到低污染、低消耗的效果，要減少資源浪費(fèi)，并充分利用不可再生資源。在當(dāng)前的綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，還要以達(dá)成現(xiàn)代綠色建筑為根本，嚴(yán)格控制建筑施工成本，以免導(dǎo)致綠色建筑施工中出現(xiàn)浪費(fèi)資金的情況。同時(shí)，利用現(xiàn)有的資源實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，在保證施工質(zhì)量的情況下，降低成本，從而提升綠色建筑的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3.3 健康舒適性應(yīng)用原則

在設(shè)計(jì)住宅建筑時(shí)，應(yīng)達(dá)到綠色建筑的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為居民創(chuàng)造宜居的生態(tài)化居住環(huán)境，提升人們的日常生活質(zhì)量。同時(shí)，為人們提供舒適的居住空間，健康的戶外休閑活動(dòng)環(huán)境，從而使人們在居住環(huán)境內(nèi)感受到舒適和放松。在進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)時(shí)，還要保證溫濕度適宜，采光條件良好。對于寒冷地區(qū)，則要充分考慮建筑物的采暖條件，在滿足人們居住舒適度的情況下，還要減少能源消耗。因此，寒冷地區(qū)的綠色建筑節(jié)能構(gòu)造設(shè)計(jì)十分重要，主要是為了保證室內(nèi)保暖防寒，人們居住環(huán)境的健康舒適性。

4 寒冷地區(qū)綠色建筑物的能源消耗途徑與保溫材料選擇

4.1 寒冷地區(qū)綠色建筑物能源消耗的途徑

根據(jù)相關(guān)資料的數(shù)據(jù)顯示可知，我國建筑物在2018年的碳排放總量在全國碳排放中占比51.3%，建筑物在能源消耗方面占社會(huì)消耗能源總量的46.7%，采用傳統(tǒng)方式的建筑能源利用率為33.0%，但因建筑耗能產(chǎn)生的碳排放量在全球碳排放中占比則高達(dá)25.0%。在這種背景下，加強(qiáng)發(fā)展低耗能的建筑已成為建筑行業(yè)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、低碳排放和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵措施[4]。而寒冷地區(qū)的建筑物能耗通常是由圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)和冷風(fēng)滲透等因素導(dǎo)致，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的散熱量在采暖熱耗中占比超過三分之一，如果建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能良好，不但可以在一定程度上減少冬季室內(nèi)傳出的熱量，還能減少因室內(nèi)溫度適宜而需要的采暖和制冷能量。同時(shí)，綠色建筑節(jié)能構(gòu)造主要按照圍護(hù)結(jié)構(gòu)界面來劃分，除了墻體節(jié)能外，還包括門窗和屋面節(jié)能。而對綠色建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱狀態(tài)做進(jìn)一步改善，也可以有效節(jié)約資源。結(jié)合當(dāng)前的綠色建筑節(jié)能發(fā)展趨勢看，綠色建筑節(jié)能通過高效的保溫隔熱材料為途徑，對屋面進(jìn)行保溫，防止室內(nèi)出現(xiàn)外熱交換的現(xiàn)象，提高建筑節(jié)能性，減少能源消耗和控制建筑物體形系數(shù)、選擇合適的朝向、采用合理的節(jié)能構(gòu)造措施，以免出現(xiàn)熱橋現(xiàn)象。

4.2 寒冷地區(qū)綠色建筑物保溫材料的選擇

一般情況下，寒冷地區(qū)的建筑節(jié)能主要是在改善建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體保溫效果，提升可用設(shè)備使用效率，對可再生能源進(jìn)行合理利用和強(qiáng)化管理用能設(shè)備運(yùn)行等方面著手。而綠色建筑的墻體節(jié)能主要指的是外墻保溫措施，外墻在采取保溫方法后，可降低外墻傳熱系數(shù)、耗熱量與建筑能耗。同時(shí)，保溫材料的選擇與施工也需要考慮建筑物使用要求、建筑結(jié)構(gòu)形式、防水處理措施、環(huán)境氣候條件與施工條件等因素，在選擇保溫材料時(shí)還要確保其吸收率低、熱導(dǎo)率、表觀密度較小，還有一定強(qiáng)度。除此之外，綠色建筑保溫隔熱材料主要為礦物棉、玻璃棉等，在綠色建筑墻體、屋頂與周邊地面都可以使用這些保溫材料，從而使建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的各種傳熱系數(shù)下降。除此之外，由于保溫層厚度也會(huì)影響建筑保溫效果，因此在設(shè)計(jì)綠色建筑時(shí)，還要增加保溫層厚度，提升圍護(hù)結(jié)構(gòu)絕熱性能，降低采暖成本，但在此情況下，也會(huì)增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)建筑成本。因此，綠色建筑保溫層厚度的有效選擇對改善建筑節(jié)能效果和提高建筑經(jīng)濟(jì)性有積極的影響作用。在對保溫材料做出選擇后，還要以建筑氣候分區(qū)和體形系數(shù)為準(zhǔn)，明確最小傳熱系數(shù)，再對保溫層厚度做出合理選擇。

5 寒冷地區(qū)綠色建筑的節(jié)能構(gòu)造研究

5.1 外墻節(jié)能構(gòu)造分析

綠色建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性直接決定了室內(nèi)外熱量的傳遞效果，進(jìn)而會(huì)影響建筑空調(diào)的供暖負(fù)荷。以當(dāng)前的研究結(jié)果來看，不同氣候條件下的各種建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能對建筑能耗的影響也存在明顯差別[5]。而在寒冷地區(qū)，綠色建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)以不同地區(qū)的氣候、建筑物使用要求為依據(jù)，及時(shí)對建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱保溫問題進(jìn)行處理。當(dāng)前，建筑物外墻節(jié)能方式主要為建造復(fù)合墻，主要是在墻體內(nèi)各個(gè)位置修筑保溫隔熱層，形成外墻夾心保溫、外墻內(nèi)保溫和外墻外保溫三種類型的復(fù)合墻。

首先，外墻內(nèi)保溫是在外墻內(nèi)側(cè)置入保溫材料，而外墻內(nèi)保溫對飾面和保溫材料防水、耐候性等的要求相對較低，內(nèi)保溫材料被樓板分隔，只在一個(gè)層高范圍內(nèi)施工，無需搭建腳手架。但在長期的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，外墻內(nèi)保溫也存在諸多不足之處。比如很多種類內(nèi)保溫做法因材料、構(gòu)造與施工等因素，飾面層會(huì)開裂，室內(nèi)使用面積用內(nèi)保溫，導(dǎo)致用戶很難對室內(nèi)進(jìn)行二次裝修，也無法在室內(nèi)吊掛飾物；在對已有建筑進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)，會(huì)在很大程度上干擾居民日常生活；因?yàn)闃?gòu)造柱和圈梁等會(huì)引發(fā)熱橋效應(yīng)，導(dǎo)致熱損失加大，而采用內(nèi)保溫，主墻體層度越薄時(shí)，保溫層越厚，熱橋現(xiàn)象越嚴(yán)重。在寒冷地區(qū)的冬季，熱橋不會(huì)導(dǎo)致額外熱損失，但會(huì)導(dǎo)致外墻內(nèi)表面潮濕結(jié)露，甚至造成外墻內(nèi)出現(xiàn)淌水和發(fā)霉的情況。其次，在外墻中間放置保溫材料即為外墻夾心保溫，內(nèi)外側(cè)墻的建筑材料以傳統(tǒng)的磚與混凝土空心砌塊等為主，而傳統(tǒng)材料的防水、耐候性較好，可以保護(hù)內(nèi)側(cè)墻與保溫材料，對保溫材料、施工條件與季節(jié)要求都不高，不會(huì)影響冬季施工。最后，一般情況下外保溫墻適用于有空調(diào)與采暖需求的居民住宅與工業(yè)建筑，既能夠在新建的建筑物中使用，也可以用在以往建筑節(jié)能改造中。而且，外保溫具有防止熱橋產(chǎn)生、能夠使建筑物冬暖夏涼、確保主體墻體使用壽命延長等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于綠色建筑節(jié)能構(gòu)造設(shè)計(jì)中，具有顯著的效益。

5.2 門窗的節(jié)能構(gòu)造分析

在寒冷地區(qū)，建筑物冬季采暖能耗占比較高，為了提高綠色建筑的節(jié)能效果，要降低非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽的熱系數(shù)[6]。在建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，天窗、窗戶與陽臺門等均屬于透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)，絕熱性較差，導(dǎo)致室內(nèi)熱環(huán)境、建筑節(jié)能效果會(huì)受到一定影響。有相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，在冬季供暖的情況下，單玻璃窗損失的熱量在供熱負(fù)荷中占比高達(dá)30%以上，由此可知，門窗是房屋熱量散失的重要影響因素。門窗低傳熱性與高密封性也在很大程度上影響了建筑節(jié)能的效果。因此，在進(jìn)行門窗節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，要最大限度縮小門窗面積，對門窗與墻體的比例進(jìn)行合理控制，提升門窗氣密性，以免冷氣進(jìn)入室內(nèi)，造成傳熱損失。此外，門外要設(shè)置門斗，以免出入時(shí)室內(nèi)損失大量熱量，并用雙玻璃單框復(fù)合窗，以便使綠色建筑物達(dá)到防寒保暖的效果。

5.3 屋面的節(jié)能構(gòu)造分析

以保溫的角度來看，冷熱氣流分別是向下和向上運(yùn)動(dòng)的，屋頂能夠截住熱氣流，防止熱量散出室外。因此屋頂作為主要的建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)，能起到相應(yīng)的隔熱保溫作用，也是建筑節(jié)能的主要影響因素。根據(jù)相關(guān)的建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范要求，寒冷地區(qū)還需要滿足冬季保溫采暖的要求，部分地區(qū)還需要兼具夏季隔熱的要求。但在當(dāng)前的寒冷地區(qū)綠色建筑節(jié)能構(gòu)造設(shè)計(jì)中，由于寒冷地區(qū)的屋面存在保溫層，冬季可以起到保溫效果，夏季也可以發(fā)揮其隔熱作用，通常不需要再做隔熱處理。為了防止出現(xiàn)熱橋的情況，屋面和女兒墻處還需要做好相應(yīng)的節(jié)能構(gòu)造措施。

6 結(jié)論

在當(dāng)今大力發(fā)展綠色環(huán)保節(jié)能建筑的環(huán)境下，開發(fā)新能源和節(jié)約能耗在建筑行業(yè)內(nèi)都需引起重視，而是否能夠有效利用資源，減少能源消耗也關(guān)系到全球的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。在寒冷地區(qū)，綠色建筑為了實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能，通常會(huì)選擇高效保溫隔熱材料，并優(yōu)化綠色建筑的構(gòu)造，以免出現(xiàn)熱橋。因此，在進(jìn)行寒冷地區(qū)的綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，要保證綠色建筑的美觀性，及其功能性和生態(tài)環(huán)境相統(tǒng)一，借助自然環(huán)境下的風(fēng)霜雨雪、綠化和太陽能等資源，在改善空氣質(zhì)量的情況下，也為人們創(chuàng)造了舒適的居住環(huán)境，減少對機(jī)械系統(tǒng)的依賴，降低對不可再生資源的消耗和浪費(fèi)。