民用建筑中结构节能设计探讨

民用建筑中结构节能设计探讨

(1.十堰市华脉建筑勘察设计有限公司,湖北十堰442000;2.十堰市建筑设计研究院湖北十堰442000)

主要从墙体、门窗、屋顶及其它围护结构等方面,探讨了民用建筑设计的节能技术,以期望对建筑设计师能有所借鉴。

标签：民用建筑;围护结构;节能设计

1民用建筑结构节能的技术原理

建筑物的能耗是由其围护结构的冷风渗透和热传导两方面造成的。民用建筑的围护结构主要指墙体、屋面、窗户(玻璃幕墙)、外遮阳设施等。建筑物围护结构的作用是防热御寒,使室内受到遮护,形成温暖、舒适的环境,以不受室外气候变化的影响。房屋内外的热流方向在冬季和夏季截然不同,但都要求外围护结构具有绝热的性能,使流出或流入的热量减少。为了降低建筑能耗,在减少建筑物冬季空气渗透耗热量和夏季空气渗透得热量的前提下,尽量利用太阳辐射得热和建筑物内部得热。建筑的围护结构直接影响民用建筑的能耗,据调查,围护结构的耗热量占建筑采暖热耗的1/3以上。因此,对于民用建筑物来说,节能的主要途径是:应从墙、门、窗、顶等围护结构着手,通过逐步优化围护结构设计,尽量减少其能量散失,更好地满足保温、隔热、透光、通风等各种需求,达到最佳的节能效果。

2民用建筑规划阶段的节能设计

在民用建筑规划阶段,节能设计应慎重考虑建筑物的朝向、布局、体型、间距、绿化配置等因素对节能的影响。在朝向方面,从节能和热环境两方面考虑,建筑物应选择在向阳、避风的地段,避免东西向,以南北向或接近南北向为好,对争取日照有利。如果不能为南北向,将主要房间设在冬季朝阳和背风的方向,以减少围护结构散热量的影响。在建筑布局方面,应建立气候防护单元,形成优化微气候的良好界面。节能建筑的形态要求体形系数小(即建筑物外表面积与其所包围的面积之比),尽量减少建筑物的外表面积。建筑物平面形式应平整、简洁,外形应选用长条型,避免使用凹凸面过多、体型复杂的塔式建筑。在节能规划中,不宜采用点式住宅和单元式住宅错位拼接,以防止形成较长的外墙临空长度而不利于节能。同时,还应注意建筑间距与节能的关系,间距的确定首先要以能满足日照间距的要求为前提,使建筑南墙的太阳辐射面积在整个采暖季节中不因其他建筑的遮挡而减少。

3民用建筑结构节能的主要措施

3.1墙体节能措施

墙体的主要功能是承重、防水、防潮、隔热、保温,是建筑外围护结构的主体。对于一定体积的建筑物来说,其体形系数越大,越容易散热。从节能角度讲,体形系数应尽可能地小。

我国一直以实心黏土砖为主要墙体材料,用增加砌筑厚度来达到保温目的,这种做法实际上浪费了土地资源。主要作为承重用的单一墙体材料往往无法同时满足保温、隔热的要求,因而在节能的前提下,应推广使用复合墙体技术,即将保温材料与基层墙体复合,构成复合保温墙体。复合墙一般用砖或钢筋混凝土作承重墙,并与绝热材料复合;或用钢、钢筋混凝土框架结构,用薄壁材料夹以绝热材料作墙体。采用墙体复合保温节能措施时,最主要的是保温层不宜过厚,过厚应采取钢丝网加固等相应措施。同时,对保温材料的耐候性,以及保温体系的抗裂、防火、拒水、透气、抗震和抗风压性能等都有较高的要求。

墙体复合保温方式主要包括内保温和外保温两种。内保温是指在外墙内侧增加保温措施,施工简便宜行,目前用得较为广泛。内保温热稳定性差,室内温度调节的速度快,适用于间歇使用的空调房间。内保温容易因室内装修而被破坏,热桥部位多,冬季室内容易结露。外保温即保温材料在墙体的外侧,有利于室内水蒸汽通过墙体向外散发,可避免墙体受潮,对保护建筑结构有利,能够延长建筑物的使用寿命,墙体可以作为蓄热材料且能解决维护结构通常存在的冷桥问题。其特点热稳定性好,室内温度调节的速度慢,适用于连续采暖、空调的房间。相比较而言,推荐外保温作为墙体保温的首选措施。

3.2门窗节能措施

门、窗是薄壁的轻质构体,由玻璃、型材组成,是耗热的薄弱环节,相对墙体而言,门、窗的保温隔热性能很差,大量的热量通过窗户是双向流动的。普通单层玻璃窗的能量损失约占建筑物夏季降温及冬季保温能耗的50%以上,所以改善其绝热性能是节能的重点。门窗缝隙是冷风渗透的主要通道,为了减少能耗,可选用气密窗、中空玻璃、塑钢门窗、密闭保温性能好的防盗门、新型外墙保温材料来达到节能效果。

在选用玻璃品种时,应根据采暖费用、空调设备的价格和制冷的比较来选择合适的玻璃品种,并从各种玻璃的太阳能阻隔特性和导热性、等方面去比较其节能效果,选择热反射玻璃、吸热玻璃、中空玻璃和低辐射玻璃等,以提高玻璃的气密水平。窗框材料对中空玻璃的性能影响较大,近年来,单框双玻彩板钢窗、聚氯乙烯塑料门窗和铝合金窗,以其良好的保温性和气密性,得到了较为广泛的应用。另外,窗户上加贴透明聚酯膜,也是节能措施之一。

鉴于提高门、窗的热工性能成本高,在围护结构的节能设计中不能单纯依靠提高门、窗的热工性能指标,还必须区别不同朝向,尽量避免东西向开大窗,以提高窗户的遮阳性能。控制窗、墙的比例,更好地满足保温、隔热、透光、通风等各种需求,协调好外观美化和节能之间的关系,通过加大外窗面积,改善自然采光等优化围护结构设计,使得冷风渗透减小,将能量散失减少到最小。通过逐步优化围

护结构设计,可达到最佳节能效果。

3.3屋顶节能措施

近年来,在城市建设和居住小区开发中,坡面屋顶发展较快。运用各种不同色彩、不同坡度的屋顶形成了建筑风格多样化,一方面,不仅满足了人们不断提高的审美情趣需求,另一方面,坡面屋顶有良好的保温隔热性能,又能避免因温度变化过大,导致屋面结构产生较大变形引起的顶层墙体开裂,提高了建筑物的抗震能力,从而保证了墙身的整体性。据调查,坡屋顶与平屋顶的顶层房间,室内温度可相差5℃左右。这就表明在室内热环境相同时,坡屋顶建筑的使用能耗比平屋顶节省。因而,在节能建筑中,应提倡采用坡面屋顶。

目前,用于屋顶保温的各种材料的开发和应用发展较快,保温材料有或整体的、块状的或松散的。屋顶保温层不宜选用密度较大、导热系数较高的保温材料,以避免屋顶的重量、厚度过大。也不适宜选用吸水率高的保温材料以以防保温层大量吸水,降低保温效果。如选用了吸水率较高的材料,屋面上应设置排气孔排除保温层内不易排出的水分。

3.4其他节能措施

(1)与室外接触的楼板。常见的与室外接触的楼板有挑板、过街楼等,进行保温节能设计时应注意:与室外接触的楼板通常有梁,如不对其作保温,则需对其会否造成冷桥进行计算;立面设计的凸窗的窗顶、窗台板板应作保温。

(2)玻璃幕墙。玻璃幕墙是建筑外观设计重要的创作手段。它有高耗能的缺点。节能设计规范对玻璃幕墙高隔热节能性能有严格规定,会大大增加玻璃幕墙的造价,应淘汰低档产品,避免玻璃幕墙的滥用。玻璃幕墙分为不透明和透明两种,对不透明部分,可以在幕墙和建筑构件之间设保温材料,类似于外保温。对透明部分,节能措施可以采用Low-E玻璃、中空玻璃、断热金属型材等。

(3)遮阳设施。遮阳设施是窗、玻璃幕墙的配套设施,这对于调节日照、节省能源具有十分重要的作用,开窗面积越大,遮阳要求越高。遮阳方式分玻璃外遮阳和自遮阳两种。外遮阳包括遮阳百页窗、遮阳构件(挑板)等。与窗配套的百页窗技术简单,在欧洲被广泛使用。玻璃自遮阳就是降低玻璃的透射率,例如镀膜玻璃、着色玻璃。

参考文献

[1]梁保钢.浅议建筑节能[J].山西建筑,2006,32(17).

[2]龙惟定.建筑节能与建筑能效管理[M].北京:中国建筑工业出版社.