摘要:基于認識到能源問題的重要性,進行了國內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀分析,并結(jié)合哈爾濱市地理區(qū)域及氣候特征,詳細闡述了圍護結(jié)構(gòu)對建筑能耗影響和采取的相應(yīng)的技術(shù)措施,為后續(xù)圍護結(jié)構(gòu)選型的決策提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞:建筑節(jié)能,圍護結(jié)構(gòu),建筑能耗,技術(shù)措施

能源危機問題日益加劇,涵蓋全球各個國家。中國正加快城鎮(zhèn)化建設(shè)腳步,必須將建筑節(jié)能高度重視起來。在我國,耗能量巨大的建筑占了所有已建成的400億m2建筑的90%以上,因此我國實際上面臨著嚴重的能源問題[1]。而哈爾濱市除近年來新建與改造的部分既有建筑外,大部分建筑節(jié)能水平低于現(xiàn)行標準要求。目前已知的建筑主要能耗量是由建筑圍護結(jié)構(gòu)承擔(dān),因此,有必要分析住宅圍護結(jié)構(gòu)給建筑能耗帶來的影響。

1圍護結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來,國內(nèi)學(xué)者研究成果有:張偉強研究了建筑在有遮陽、無遮陽情況下,不同厚度保溫層的圍護結(jié)構(gòu)、不同節(jié)能玻璃對建筑能耗影響情況[2]。于昊發(fā)現(xiàn)北方寒冷地區(qū)需要采暖的住宅圍護結(jié)構(gòu)在冬季采暖期間不方便在線監(jiān)測耗熱量,于是研發(fā)了一款無線監(jiān)測系統(tǒng)[3]。張麗娟等人利用DEST軟件,模擬了改良后的圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能給寒冷地區(qū)建筑能耗帶來的影響,最終提出了理想的熱工參數(shù)[4]。

2哈爾濱市地理區(qū)域及氣候特征

哈爾濱位于中國的最北部,處于緯度最高(東經(jīng)125°42'~130°10'、北緯44°04'~46°40'之間)的地理位置,氣溫在全國范圍屬于最低,是嚴寒氣候地區(qū)。在寒冷的冬季,1月份的平均室外氣溫低至-19℃左右;夏季7月平均氣溫高達23℃左右[5]。這里的建筑必須做好冬季保溫、防寒、防凍工作,一般可不考慮夏季高溫氣候給建筑帶來的不良影響。

3圍護結(jié)構(gòu)的能耗分布

據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,在我國寒冷地區(qū),建筑能耗總量高出全國平均能耗水平的27%左右,占該地區(qū)所有能耗總量的30%~40%,建筑能耗以冬季采暖能耗為主,其中73%~77%通過圍護系統(tǒng)損失[6],分布在墻體、屋面、門窗等各個部位,其中,墻體傳熱熱損失約占60%~70%;門窗約20%~30%;屋面約10%[7],如圖1所示。因此,提高這些部位的保溫性能和傳熱阻力,可有效減少圍護結(jié)構(gòu)造成的熱量損耗量,實現(xiàn)建筑節(jié)能。

4圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)措施

4.1外墻節(jié)能技術(shù)措施。外墻耗能量在建筑總耗能量中占了很大比重,減少外墻能耗量是實現(xiàn)建筑節(jié)能的首要任務(wù)。按保溫材料組成成分不同,外墻保溫系統(tǒng)一般被分為自保溫系統(tǒng)和復(fù)合墻體保溫系統(tǒng)。自保溫系統(tǒng)是通過單一的熱導(dǎo)率不高的建筑材料形成的,不需要做外保溫層,通過建筑材料本身的特性就能實現(xiàn)節(jié)能。復(fù)合墻體保溫系統(tǒng)按保溫層設(shè)置的位置不同分為外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)、外墻夾心保溫系統(tǒng)和外墻外保溫系統(tǒng),如表1所示。常用外墻保溫材料有:EPS板薄抹灰、酚醛板、擠塑聚苯板、巖棉板、玻璃棉板、聚氨酯發(fā)泡材料等,如表2所示。4.2外窗節(jié)能技術(shù)措施。外窗屬于建筑外圍護結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié),由于窗戶氣密性不好導(dǎo)致的滲透通風(fēng)使窗戶的保溫性能達不到節(jié)能要求。在建筑能耗中外窗能耗所占比重最大,因此,需要研究外窗性能對建筑荷載產(chǎn)生的影響。判斷外窗保溫性能如何可以從傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)兩個指標著手。通常我們可以不考慮外窗玻璃在寒冷地區(qū)冬季的遮陽效果。為了達到降低窗戶的傳熱系數(shù)目的,常常采用不同形式窗戶,其中屬單層玻璃、中空玻璃、雙層玻璃和鍍膜玻璃最為常用。但是單層玻璃很難達到節(jié)能要求。1)熱反射鍍膜玻璃。肉眼可見光可以較好地透過熱反射鍍膜玻璃,而不可見的紅外線則被其反射回去,保證了玻璃良好的隔熱性能,同時兼具良好的節(jié)能和裝飾效果,廣泛應(yīng)用于受太陽輻射熱作用和需要安裝空調(diào)的建筑中。因為它只能降低遮陽系數(shù),不能降低傳熱系數(shù),所以它并不適用于冬天。因為本身的反射作用阻礙陽光射入,導(dǎo)致室內(nèi)陰冷,住宅達不到取暖效果。另外該玻璃在夏天夜晚不能達到隔熱效果,導(dǎo)致室內(nèi)悶熱,熱量出不去。2)低輻射鍍膜玻璃(Low-E)。低輻射鍍膜玻璃(Low-E)將波長4.5μm~25μm之間的紅外線反射回外界環(huán)境。由Low-E玻璃形成的產(chǎn)品,能將肉眼可見光直接反射回去,可見光不能穿過玻璃,保證了室內(nèi)明亮,防止了室內(nèi)熱負荷過高造成的影響。在悶熱的夏天,遮陽型Low-E玻璃除了能滿足熱反射鍍膜玻璃所起到的功能外,通過自己本身具有的散熱性能,使節(jié)能效果達到最佳。在寒冷的冬天,高頭型Low-E玻璃對太陽光的阻礙作用減弱,可以吸收太陽光,起到室內(nèi)取暖的作用。同時進入建筑物的太陽能輻射接觸到物體后會形成遠紅外線,并通過玻璃反射回室內(nèi),使室內(nèi)溫度升高,減少了冬季供暖壓力。3)中空玻璃。中空玻璃作為一種目前廣泛使用的建筑材料,自身擁有獨特的隔熱、防噪聲、美化建筑、減輕建筑物自重等性能。中空玻璃各種性能都較普通雙層玻璃性能優(yōu)越,與單層玻璃比較,它可明顯使窗戶傳熱系數(shù)降低,熱能損失量通過溫差傳熱也比使用單層玻璃時減少了一半。冬季室內(nèi)暖氣產(chǎn)生的阻擋效果得以改善,夏季太陽光熱輻射透射效果得到降低。如今中空玻璃多采用上述兩種玻璃相結(jié)合的組合形式,一般用“5+9A+5”表示,這種組合節(jié)能效果較好。4.3屋面節(jié)能技術(shù)措施。屋面直接受太陽輻射的影響,是建筑主要遮風(fēng)擋雨的結(jié)構(gòu),屋面節(jié)能在整個建筑節(jié)能中起著重要作用。其中,屬蓄水屋面、綠化屋面和通風(fēng)屋面在目前最具有發(fā)展前景。1)蓄水屋面。當太陽光照射到蓄水屋面時,它的短波部分穿過水層到達屋面而被屋面所吸收,而長波部分會被水直接吸收掉。另外,水蒸發(fā)吸熱會導(dǎo)致屋頂溫度下降。水吸收的熱量會在外界環(huán)境溫度下降后,會以長波輻射形式重新回到太空實現(xiàn)冷卻,而屋面吸收的熱量會進入室內(nèi),形成“熱延遲現(xiàn)象”。這不利于夏季夜間降溫。但可縮小晝夜溫差,在冬季,有利于夜間提高室內(nèi)溫度。2)綠化屋面。綠化屋頂是指在屋頂防水層上種植大量的植被,達到美化城市,減少沙塵污染,隔熱降溫的目的。3)通風(fēng)屋面。在屋頂中間設(shè)置間層,通過間層空氣循環(huán)流動帶走熱量,實現(xiàn)隔熱降溫。通風(fēng)屋面外層可以阻止陽光直接照射到圍護結(jié)構(gòu),同時利用產(chǎn)生的風(fēng)壓和熱壓作用帶走間層內(nèi)存在的大量熱量,減少室外熱效應(yīng)對內(nèi)表面造成的不良影響。

5結(jié)語

現(xiàn)階段進行圍護結(jié)構(gòu)對建筑能耗的影響研究仍然處于初級階段,我們應(yīng)該將各種各樣先進的技術(shù)和節(jié)能材料用于圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計當中,抓緊落實好這些節(jié)能技術(shù)措施,不斷通過實踐總結(jié)經(jīng)驗,并結(jié)合嚴寒地區(qū)的氣候特征,有效合理利用資源。