寒冷地区建筑节能设计

寒冷地区建筑节能设计（精选8篇）

寒冷地区建筑节能设计 第1篇

我国是一个发展中大国, 又是一个建筑大国, 每年新建房屋面积高达17亿～18亿平方米, 超过所有发达国家每年建成建筑面积的总和。随着全面建设小康社会的逐步推进, 建设事业迅猛发展, 建筑能耗迅速增长。所谓建筑能耗指建筑使用能耗, 包括采暖、空调、热水供应、照明、炊事、家用电器、电梯等方面的能耗。其中采暖、空调能耗约占60%～70%。我国既有的近400亿平方米建筑, 仅有1%为节能建筑, 其余无论从建筑围护结构还是采暖空调系统来衡量, 均属于高耗能建筑。单位面积采暖所耗能源相当于纬度相近的发达国家的2～3倍。这是由于我国的建筑围护结构保温隔热性能差, 采暖用能的2/3白白跑掉。而每年的新建建筑中真正称得上“节能建筑”的还不足1亿平方米, 建筑耗能总量在我国能源消费总量中的份额已超过27%, 逐渐接近三成。因此为了节约能源, 降低建筑物的使用费, 在建筑设计中合理地选择建筑体形和建筑朝向, 适当地采用绝热材料或考虑材料及构造的热工效能, 妥善地处理建筑内部的房间布局, 将成为未来一个较长时期的建筑节能的主要手段。

南方地区常年温度较高, 对煤炭等能耗的要求相对少于北方, 北方地区一年中近一半时间段处于低温状态, 建筑采暖消耗大量能量, 在建设节能型社会的今天, 这是一个亟待解决的问题。作为建筑工作者, 就北方地区的建筑节能问题谈几点建议。

1建筑节能

1.1 建筑形状大小与节能

建筑物的体形系数是否满足规范要求, 对建筑节能影响较大。从建筑热工上讲, 围护结构的传热量与其传热面积是成正比的, 减小传热面积可以有效的减少传热量, 外墙的传热面积取决于房屋的层高和周边长度。因此, 在满足房屋使用净高度的要求下, 不应随意增加层高。房屋的外露面积与建筑平面布置有着密切关系, 缩短建筑物的周边长度, 避免多变折线的建筑的出现, 在强调美观的同时, 一定要以节能环保为前提, 这样既能满足建筑内部合理布局的需求, 又能对节约能耗起到非常有利的作用。

1.2 建筑朝向与节能

建筑的朝向也影响着建筑节能, 《民用建筑节能设计标准实施细则》说明, 建筑物宜布置在避风和向阳地段, 朝向宜采用南北向或接近南北向。在城市规划布局时, 就应考虑建筑节能问题。对于一个具体建筑物 (单体建筑) 朝向的选择, 一般主朝向南最有利于节能, 在寒冷地区, 北向房间是最不利的朝向。为了避免这种情况, 从日照要求考虑, 在规划居住区时, 宜使街道轴线与子午线成30°～60°的夹角, 这就保证了整个居住区街道两侧所有建筑物都有比较好的日照条件。如果街道网方位已定, 沿街布置的建筑物有的朝向不好, 得不到直射阳光时, 可将建筑物按垂直于街道的方向布置;考虑街景, 可将垂直于街道的建筑物在沿街处用一至二层建筑连接, 一至二层建筑可作为商业、服务行业使用, 避免周边布置住宅造成的通风、朝向等不利因素。同时要根据《城市住宅区规划设计规范》控制建筑密度植被面积和建筑间距, 这样既满足了居住建筑的日照条件, 又美化了街景。

1.3 建筑墙体保温与节能

在建筑中外围护结构的热损耗较大, 外围护结构中墙体又占了很大份额。所以, 建筑墙体改革与墙体节能技术的发展是建筑节能技术的一个最重要的环节, 发展外墙保温技术及节能材料则是建筑节能的主要实现方式。节能保温墙体施工技术主要分为外墙内保温和外墙外保温两大类。外墙内保温施工, 是在外墙结构的内部加做保温层。目前, 被大面积推广的内保温技术有:增强石膏复合聚苯保温板、聚合物砂浆复合聚苯保温板、增强水泥复合聚苯保温板、内墙贴聚苯板抹粉刷石膏及抹聚苯颗粒保温料浆加抗裂砂浆压入网格布的做法。然而, 内保温技术因具有多占用使用面积, “热桥”问题不易解决, 容易引起开裂, 还会影响施工速度, 影响居民的二次装修, 内墙固定物件也容易破坏内保温结构等等缺点, 已逐渐被外保温技术所替代。外保温技术是目前大力推广的一种建筑保温节能技术, 实践中, 比较成熟的外保温技术主要有以下几种。

1.3.1 外挂式外保温

外挂的保温材料有岩 (矿) 棉、玻璃棉毡、聚苯乙烯泡沫板 (简称聚苯板, EPS, XPS) 、陶粒混凝土复合聚苯仿石装饰保温板、钢效网架夹芯墙板等。其中聚苯板因其具有优良的物理性能和廉价的成本, 已经在全世界范围内的外墙保温外挂技术中被广泛应用。

1.3.2 聚苯板与墙体一次浇注成型

该技术是在混凝土框——剪体系中将聚苯板内置建筑模板内, 在即将浇注的墙体外侧浇注混凝土, 混凝土与聚苯板一次浇注成型为复合墙体。该技术解决了外挂式外保温的主要问题, 使工效提高, 工期大大缩短, 施工人员的安全性得到了保证。而且, 冬季施工时, 聚苯板起保温的作用, 可减少外围保温措施。因此, 在实践中具有很大的应用优势。

1.3.3 聚苯颗粒保温料浆外墙保温

将废弃的聚苯乙烯塑料 (简称为EPS) 加工破碎成为0.5mm～4mm的颗粒, 作为轻集料来配制保温砂浆。该技术包含保温层、抗裂防护层和抗渗保护面层 (或是面层防渗抗裂二合一砂浆层) 。该施工技术简便, 可以减少劳动强度, 提高工作效率, 不受结构质量差异的影响, 对有缺陷的墙体施工时墙面不需修补找平, 直接用保温料浆即可, 避免了别的保温施工技术因找平抹灰过厚而脱落的现象。同时解决了外墙保温工程中因使用条件恶劣而造成的面层易脱、空鼓、开裂等问题, 从而实现外墙外保温技术的重要突破。

1.4 房屋内部布局及处理

建筑内部房间进行合理布局。如果居室朝北, 则终年少见阳光, 冬季大风时, 室温要比南向居室低5℃左右, 而且北墙壁容易结露, 有的甚至满窗冰冻不化。在冬季, 对不能到户外活动的老、弱、病、残人员和儿童健康影响很大。为此, 在建筑内部的房间布局中, 应尽可能将居室设在南侧或面向阳面, 使之获得日照, 提高室温, 北侧可作辅助性房间使用。或在建筑过程及设计中对北侧采取加厚保温层的办法, 提高其室内温度, 提高房间的使用价值。

1.5 节能玻璃窗的选择

一般住宅的玻璃窗采用普通玻璃, 虽然造价便宜, 但保温效果较差, 选择高质量的玻璃能让室内温度稳定。目前节能玻璃有双重隔热隔音功能的中空镀膜玻璃, 其中空层厚度达12mm, 这样的玻璃四季坐在窗前不会感觉到明显气温变化, 是较理想的节能玻璃。当然, 还有其他一些质量不错的节能玻璃, 消费者要仔细阅读楼书和实地体验, 以选择真正的节能玻璃。

目前流行落地窗, 不少新建住宅开窗面积都很大。专家认为, 时尚有时也会违背科学。窗户过大与节能建筑的理念是相悖的。玻璃一般比墙体保温效果差, 家有阳光房的人都有共同感觉, 这里温差变化大, 长时间待着不舒服。从保温性能看, 选择适当开窗的住宅, 比选择房间全部采用大落地窗的要舒适。至于采光好, 其实也有个“度”。房间并不是越亮越好, 过于明亮的阳光房, 对老人和孩子并不适合, 眼睛不舒服, 心理上也会产生不稳定感觉。最重要的是, 大面积开窗会使你多花许多空调和取暖费。

如果一定要选择落地窗, 就要看窗玻璃是不是中空或者是多层的优质玻璃。目前许多住宅窗户采用节能的优质玻璃, 这种玻璃比一般玻璃传热系数低, 因而也会增加室内舒适度。所以窗户并不是越大越好。

2节能建筑的建筑成本

建筑节能达到国家标准的65%, 不会造成建筑造价的大幅度提高。在建筑物围护系统保温方面增加费用的同时, 供热采暖系统方面会减少费用。建筑物提高了围护系统的保温性能, 采暖系统的热源、管路、热交换器的设计能力就可以减少, 有外保温的墙室内温度更容易保存。按试点工程的设计计算, 每平方米建筑面积在围护系统方面造价增加了50元, 是土建造价的5%;在供热采暖系统方面造价减少了40元, 是采暖系统造价的18%。抵消后每平方米建筑面积造价只增加10元, 提高的幅度是1%。所以, 节能建筑在开发成本上不是主要问题, 国家应大力倡导, 并出台相关法律法规, 从而加大节能建筑在国家建筑中的比例。

结束语

总之, 在能源出现危机, 建筑能耗巨大的今天, 发展节能型建筑是可持续发展的重要途径, 我国建筑业利用新的保温材料对墙体和屋面结构保温与节能改造已经取得了明显的效果, 因此, 进一步重视建筑外型、朝向、围护结构的保温节能等建设与改造工作, 是实现国民经济可持续发展的重要问题, 也是建设节约型社会的重要举措, 需要广大建筑工作者继续不断探索和创新。

摘要：在世界各国, 建筑是用能大户, 建筑能耗已占到全球能耗的1/3, 住宅在建筑中又占了很大的比例, 因此, 住宅的节能与环保已经成为关系人类命运的全球性课题。目前我国建筑存在着能源利用效率低下的状况, 加强住宅结构的保温与节能工作具有重要的战略意义和现实意义。

关键词：住宅的朝向,形状,围护结构,保温,节能

参考文献

[1]中国建筑科学研究院.夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准 (JGJ75-2003) [S].北京:中国建筑工业出版社, 2003.

[2]山田雅士.建筑绝热[M].景桂琴, 译.北京:中国建筑工业出版社, 1987.

寒冷地区建筑节能设计 第2篇

2.1墙体节能设计

寒冷地区由于气候影响，农民在冬天许多行动都受到限制，根据农民所需的条件，可以总结出室内温度适合保持在16℃左右。因为是面积较大的墙体，所以一般采用370mm厚度的多孔砖墙，可以将实心粘土砖放在外围，这样虽然能够加强保温但是并不经济实惠。复合墙体逐渐受到欢迎，复合墙体主要是将钢筋混凝土与绝热材料结合在一起，这样就能节省许多费用，也起到了保温作用。复合墙体更加符合未来发展趋势，也对经济有着一定的促进作用，接下来介绍三种最主要的复合墙体。（1）内保温复合外墙。内保温复合墙体采用的材料主要是单一材料，强度也比较低，一般都要在表面附着一层保护层起保护作用。其中利用的膨胀珍珠岩保温砂浆使得这种墙体更加经济且方便施工。保温砂浆的保温作用非常好，但是对墙体整体的保温水平提升还是有限，一般在墙体内侧贴上一层，还要加强保护，虽然起到的保温效果还行，造价低，但是仍旧有提升空间。（2）外保温复合外墙。外保温复合墙体主要是在墙体外侧形成保温层，通常是将聚苯板粘贴挂在外墙，再用玻璃纤维网布覆盖，形成保护。这种做法相比内保温复合墙体有更好的稳定性，也能提供更加舒适的室内环境，而且对墙体有着保护作用，增加了室内温度的恒定性，因此受到欢迎。（3）保温材料夹心复合墙体。保温材料夹心复合墙体就是将保温材料放置在墙体中，这种方法保温效果很好，不能进行修理，维修费用过高。但是本身能够起到很好的保温效果，采取的做法是将保温层聚苯板等填入墙体，施工要注意填补严密，不要形成内部空气对流，这样才能很好的实现保温作用。

2.2门窗节能设计

在寒冷地区，门窗的设计也很大程度影响了室内温度的高低。一般情况下，门窗能够消耗总热能的20%，门窗设计是非常重要的。在节能设计中，需要关注以下几点重要措施。（1）增加门窗的热阻，减少由温差引起的热传递。门窗的热阻有两种，窗框和窗玻璃。寒冷地区所采用的窗户一般是木窗框或者铝合金窗框，窗框与窗户之间的交界处会有不严密现象。在增加门窗的热阻手段上，可通过在交接处添加保温材料来减少由温差引起的热传递。这样可减少热能消耗和洞口的漏风。玻璃可以采取双玻璃窗，这也是最经济的方法，虽然成本增加但是增加较少。（2）控制开窗面积。寒冷地区乡村住宅普遍采用单层，基本上不会有房屋紧凑的现象，污染也不严重，太阳辐射较强，考虑开窗面积也比较重要。为增加开窗的太阳辐射，可将南向的窗户适当增大面积，最大也不能超过百分之四十。在保温效果上，晚上通过拉窗帘进行保暖。（3）提高门窗保温性能。为获得更好的保温性，可提高门窗的保温性能，需对门窗质量要求，无论是制作还是后期安装使用都要求更高的.专注度。尽量减少安装时的缝隙，提高门窗的气密性，改造以前所用的木板门，中间添加保温层等保温材料，以此实现更好的保温性能。

2.3屋面节能设计

目前，在寒冷地区乡村住宅中选取的屋面大多选择传统的保温方法，也就是用干铺炉渣或者塑料薄膜上踩土。这样保温效果并不如新的材料强，可以采用更加保温的材料，改善保温效果。如果是平屋面，可以采用导热系数小的保温材料；如果是坡屋面可以用草泥或者麦秸泥然后再用吊顶。

2.4地面节能设计

农村住宅的地面都比较简单，一般都不会考虑地面保温设计，耗热量也不是很高。但是如果能够考虑地面的保温也是有一定的作用的。比如说可以在地面铺设一些碎砖或者灰土等保温层，这种方法比较简单，也经济实惠。另外，无论是从住宅环境还是住宅结构，都可以通过对室内环境进行改造，提高室内舒适度，这都是可以考虑的方法，以此来达到寒冷地区乡村住宅外围护结构节能设计的根本目的。

3结束语

由于农村住宅与城市住宅有着很大区别，环境因素和人文因素也都有着差别，因此在住房设计时还要考虑保温问题。在寒冷地区乡村住宅外围护结构节能设计上不能只是直接改，而是要结合当地环境和经济适用性综合考虑，最后实现更好的改进。将外墙的材料多样化结合，实现复合外墙，在门窗的设计上多考虑气密性，在地面保温上也需要加入保温元素，这都是实现节能的因素。

参考文献：

[1]董海容.严寒地区农村住宅节能设计的分析[J].低温建筑技术,,(6):101-102.

[2]王振辉.寒冷地区乡村住宅围护结构的节能设计[J].建筑节能,,(6):61-62.

[3]董源红.某地区多层住宅建筑节能设计浅析[J].煤炭工程,,(4):7-8.

[4]陈红.寒冷地区乡村住宅建筑节能探索[J].住宅科技,,(4):90-91.

寒冷地区建筑节能设计 第3篇

1 体形系数

建筑体形系数:建筑物与室外大气接触的外表面积与所包围的体积的比值。外表面积中, 不包括地面和不采暖楼梯间内墙及户门的面积, 属于设计中常用的体型控制指标, 建筑物的外表面积越大, 散热面积就越大。建筑物的耗热量随体形系数的增大而增加。《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》 (JGJ-2010) 里对体型系数要求不应大于表1规定的限值, 因此, 严格控制体型系数对建筑节能尤为重要;如何很好的控制体形系数呢?下面分条说明:

(1) 建筑物平面形状的选择:为了研究体形系数与建筑物节能的关系, 假设将不同的建筑平面形式进行简化、归纳, 以便提高被比较的平面形状与实体建筑的相似度, 在此主要简化出六种不同形状的几何体进行分析评价:正方形、三角形、1:2长方形、六边形、八边形、圆形 (图1) 。简化的体型形态建筑物在日常的建筑设计中经常可以遇到。为满足可比要求, 我们假设各形状的四周表面积相同 (不包括顶面和底部面积) 并使高度 (层高) 一致, 来比较平面形状与室内外热交换的关系。

下面我们来进行比较各平面形状简化后的参数如表2。

经以上数据分析, 圆形F/V最小, 三角形最大;可以看出, 对节能的意思顺序为:圆形、多边形、正方形、1:2长方形、三角形。圆和多边形为推荐利于节能平面形状, 三角形对节能最不利。

(2) 适当增加建筑物的层数, 可以降低体形系数, 建筑物层数的增加, 外围面积的递增量不超过体积的增加量, 所以体积的增率大于面积的增率。高层建筑的体形系数一般在0.10~0.15之间, 普遍偏低, 因此, 在功能使用满足、经济允许的条件下, 增加建筑的层数对控制体形系数是有利的。

(3) 建筑体形系数与建筑单元联排的关系, 以住宅楼为例, 每增加一个联排单元, 建筑物的山墙就减少一面, 外墙面积缩小, 体形系数就相应减少, 所以对节能建筑设计来说, 适当多的住宅单元联排, 对控制体形系数是有利的。

(4) 当标准层面积相同的情况下, 提高建筑物进深, 也就是减少面宽, 可以减小体形系数, 相对方形形状来说, 正方形的体形系数最小。因此, 在满足功能, 技术条件允许的情况下, 建筑物的平面接近正方形对节能是有利的。

2 增加南向获取热量面积

严寒和寒冷地区建筑物在冬季面向南向获得的太阳直接辐射和一天之中获得的辐射总量比其它任何方位都大的多。南偏西和南偏东的角度越大, 接收的太阳辐射量相应就会减少, 建筑物直接朝正东或正西获得的太阳辐射只有正南的1/3, 所以增大建筑物的南向获取热量面积是对建筑物的节能有利的。

3 外门窗对节能的要求

外门窗是建筑物能耗损失最严重的部位, 约占总能耗损失的2/3, 其中传热损失占1/3, 寒冷风渗透占1/3。在保证建筑物通风、采光、日照、景观的条件下, 减少建筑物外门窗洞的安装面积, 这样就可以提高对外门窗的气密性能, 减少寒冷风的渗透, 提高门窗的本身的保温性能, 尽量减少门窗的传热量。是对减少能量损耗的主要措施。

(1) 确定房间窗洞口的安装面积应该根据建筑物所在的当地地理纬度、冬季日照率、房间使用的采光要求及建筑物之间日照互相遮挡情况来确定。在满足以上条件的情况下, 尽量减少门窗洞口面积。《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》 (JGJ-2010) 对不同朝向的窗墙面积比作了严格的限值如表3。

(2) 提高外门窗的气密性, 如设置密封条;使用新型密闭性能良好的门窗材料 (如断桥隔热铝合金门窗, 新型铝塑复合门窗等) ;在门窗安装时与墙体缝隙间填塞密封性能高的轻型材料或弹性密闭性材料等;窗框与窗扇之间加设橡胶、橡塑或泡沫密闭条等;也可设计边框高低缝、回风槽等;另外窗扇与窗扇之间、窗扇与玻璃之间都可加设密闭性能高的材料, 以提高外门窗本身的保温性能。

(3) 窗扇的保温性能可以通过增加窗扇的层数和增加玻璃的层数, 也可以采用特种玻璃来得以提升。如采用双玻中空玻璃、三玻中空玻璃、Low-E (6+12+6) 中空玻璃、反射玻璃、吸热玻璃等, 其它材质窗框也可采用单层窗扇双层玻璃, 双层窗扇双层玻璃等减少热量的流失。

(4) 减少可开启窗扇面积, 增加固定玻璃及固定扇的面积, 对建筑节能都是有利的。

4 多利用新型高效保温节能材料

在建筑物的外围护结构中, 墙体是占外围面积最大的部分, 在冬季通过外墙散失的热量约占总耗能量的22%, 屋顶约占9%, 由此看出做好外墙和屋顶保温设计是十分重要的。采用新型高效保温材料形成多样化的节能围护体系, 可以减少热能的散失, 提高保温性能, 实现节能要求。从墙体节能来说, 目前市面上分为单一和复合外墙材料两类, 单一材料有加气混凝土砌体外墙、空心砖砌体外墙、空心砌块外墙等;复合外墙主要有内保温复合外墙、夹芯复合外墙和外保温复合外墙等。屋顶保温主要两类: (1) 保温材料保温型屋面; (2) 结构与保温合在一起的复合型节能屋面板两类。我们日常设计大多采用外墙粘贴、铺钉, 屋面铺装保温材料的做法, 所以发展高效保温材料是墙体和屋面节能的有利措施。

当然, 建筑节能设计所涉及的面域很广, 除以上所述外, 还包括多方面的因素, 如加强冷桥部位的保温构造设计、设置“温度阻尼区”、适当减少南向阳台的设置, 利用太阳能, 设置新型太阳能集热装置等。而且建筑节能与结构、给排水、暖通、电力等各个专业有密切关系。在当今节约能源, 提倡环保的大趋势下, 建筑节能是一项重大的系统工程, 需要各个部门、各个专业、各个环节相互配合, 共同努力, 取得共识, 才能有效实现节能环保的目标。

参考文献

[1]《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》 (JGJ-2010) .

[2]董靓 (合著者) , 王瑞 (编者) .普通高等院校建筑专业“十一五”规划精品教材.华中科技大学出版社, 2010.

寒冷地区建筑节能设计 第4篇

我国已建成的建筑物能源浪费严重, 其中办公建筑面广量大, 加之在建筑结构、使用功能以及能耗设备等方面具有自身的特点, 导致其能源消耗存在着很大的浪费, 存在在全生命周期中能耗量大、能耗不经济等问题。办公建筑的节能改造具有极大的节能潜力, 成为公共建筑节能改造工作的主要研究对象之一。多数改造主要集中在改善建筑物围护结构的保温隔热性能、提高供暖设备效率、冬季供暖改为分户计量等, 基本处于节约不可再生能源的阶段。其中办公建筑数量多面积大, 在使用周期中采暖、制冷、照明等能耗大, 是公共建筑节能改造的重点, 尤其是在可再生资源的利用上有很大的发展潜力, 例如太阳能的热能、光能的转化, 地热能的利用等。

1 寒冷地区气候条件

我国《民用建筑热工设计规范》中规定, 寒冷地区是指最冷月平均气温在0℃~10℃与之间、日平均气温≤5℃的天数在90~145d之间的地区, 其设计要求应满足冬季保温要求, 部分地区兼顾夏季防热。气候条件较差, 对该地区的办公建筑节能改造具有较大的实际意义。

2 办公建筑现状调查

本研究对邯郸市区的54栋办公建筑进行了现场调研和能耗测试, 调研的办公建筑包含16栋政府办公楼、27栋商务办公楼和11栋综合楼。

调研结果表明, 不同年代建筑的结构形式、节能构造等存在较大差异。

20世纪80年代的办公建筑, 其结构形式以砖混结构为主, 层数在2~6层, 且进深较短, 面积规模较小, 大多在2 500m2以内。没有围护结构的保温措施, 外窗以单层单玻塑钢窗为主。夏季以分体式空调为主, 外墙随意打孔外挂空调机, 冬季采暖以暖气片和地暖为主。

20世纪90年代以后的办公建筑, 结构形式以框架结构为主, 层数大多在6层以上, 进深和面积规模明显加大, 面积大多在25 000m2。外窗以单层双玻玻塑钢窗为主, 2000年以后以双层双玻塑钢窗、铝合金窗为主。夏季空调以中央空调集中控制为主, 冬季采暖以暖气片和地暖为主。

3 太阳能

太阳能是绿色无污染能源, 在很多国家和地区都得到应用和推广。寒冷地区大部分在北纬35°~45°之间, 处于太阳较丰富的二类、三类地区, 冬季晴天天数在一半以上, 太阳能资源比较丰富, 有良好的利用条件。

太阳能的利用主要是光热转换和光伏发电两个方面。光热转换技术因为前期投资较少、维护成本较低, 应用较广, 但是能量转换率较低, 在既有办公建筑的节能改造中可操作性更强一些;光伏发电技术前期投资较多、维护成本较高, 目前应用范围较小, 但是对将来的发展有更深远的影响。

3.1 太阳能光热转换

太阳能光热转换技术比较成熟, 能量转换的媒介主要水和空气, 一般晴天的白天能满足生活热水的供应, 晚上和阴天天气需要辅助电能发热。

以水做媒介, 是利用太阳能集热器加热水作为生活用热水。整个系统利用温差循环进行运作, 当集热器的温度探头测到水温高于预设值时热水开始循环, 将热水输入贮热水箱。当贮热水箱中的温度探头测到水箱与集热器的水温差大于预设值时启动热水循环泵, 使集热器与水箱中的水进行交换循环。太阳能热水器已经广泛使用, 但在寒冷地区, 冬季室外气温低于0℃时水容易结冰, 必须辅助热泵进行加热, 可结合太阳能光伏发电在必要时启用热泵进行补充。

以空气作媒介, 热转换系统主要由压缩器、膨胀阀空气、蒸发器、冷凝器等4部分组成, 将从空气中吸收的低位热能转变为高位热能, 从而用于制取热水。传热介质吸收空气热能后由液态变为气态;气态的介质进入压缩机, 通过输入少量电能, 传热介质转变为高温高压气体;在冷凝器中, 高温高压的气体与冷水进行热交换, 释放大量热能, 变回液态进入下一次循环, 而冷水就可以转换成热水。

目前市面上常见的太阳能热水器具有一定的缺陷: (1) 热水管路长, 使用时需要大量放水。 (2) 舒适性差, 不能保证24小时热水供应, 水温不稳定。 (3) 虽然在太阳能热水器上增加了电加热器, 太阳能不足时主要靠电加热制热水, 但不能恰当实现光电互补, 冬季很难保证有充足的热水。 (4) 市场主流产品还是“落水式”, 其进水、出水只有一根水管, 使用非常不方便。

办公建筑节能改造时, 太阳能光热转换系统可以和地暖结合起来, 地暖需要的热水温度较低, 一般在40℃~50℃之间, 这恰好是太阳能热水系统在冬季能达到的温度。

3.2 太阳能光伏发电

太阳能光伏发电系统一般由发电板、蓄电池、充电控制器、防反冲二极管、逆变器、测量设备等组成。发电板为了方便安装, 一般设置在办公建筑屋顶或墙面上。现有技术条件下, 光伏发电的转化率在5%~20%, 利用率较低, 太阳能光伏发电一般辅助光热转换, 在冬季或阴天时提供电能。根据荷兰鹿特丹市立档案局的改造经验, 15 000m2的办公楼屋顶设置1 840m2的光伏电池, 能满足自身80%的电力需求。所以, 提高我国的太阳能光伏发电转换效率后, 将大大减少一次性能源———煤的使用, 减少环境污染。

4 地热能

地热能是以土壤或水为热源、水为载体在封闭环路中循环进行热交换。地源热的利用通常包括地下埋管、井水抽灌和地表水盘管等系统。地源热泵技术, 利用地球表面浅层 (通常小于400米深) 地热资源作为冷热源进行能量转换。地表浅层收集了47%的太阳能量, 比人类每年利用能量的500倍还多。使用地源热泵, 没有燃烧过程, 对周围环境无污染排放;不向周围环境排热, 没有热岛效应, 没有噪音。

土壤源热泵系统是用土壤作为热源, 由地热换热器和热泵机组形成封闭的环路, 环路根据制冷剂运行方向的不同形成了制冷和制热两种循环。夏季, 循环介质将室内热量释放到地下土壤中;冬季, 循环介质将土壤中的热量提取出来释放给室内空气。从理论上分析, 土壤源热泵的热源温度比较稳定, 每消耗1kw的热量可得到4kw左右的能量, 比燃煤锅炉节约近1/2的能耗, 运行费用是普通中央空调的50%~60%。但是, 北方寒冷地区供热期比供冷期长, 土壤热源系统的供热效率也下降, 所以在使用前, 必须针对不同地区的水文地质条件和工程情况, 分析在使用寿命内地下土壤温度的变化, 保证其不存在土壤温度降低或者在可接受范围内。

传统的空气源热泵在室外温度低于0℃时, 供热效率大幅降低, 水源热泵因为地下水的超采而受到限制, 土壤源热泵在寒冷地区使用, 长期的冷热负荷不均衡容易导致土壤的温度逐年下降。

5 结论

可再生能源的利用和开发对缓解能源危机、减少环境污染具有重要的战略意义, 应用可再生能源是既有办公建筑节能改造发展中跨越式突破: (1) 利用太阳能, 冬季采暖系统结合光热转换, 辅助光伏发电; (2) 利用地热能, 空调系统结合地源热泵。

摘要：我国既有公共建筑普遍能耗过高, 其中办公建筑建造量最大、运行周期内能源浪费严重。根据寒冷地区已建成的办公建筑能耗现状, 研究分析了节能改造中利用可再生能源的主要途径, 主要包括太阳能、地热能等可再生能源。

关键词：节能改造,可再生,太阳能,地热能

参考文献

[1]阮帆.咸宁地区既有办公建筑节能改造技术措施研究[D].沈阳建筑大学硕士学位论文, 2012年.

寒冷地区建筑节能设计 第5篇

为深入研究寒冷地区既有农村住宅节能改造措施,选取河南省汤阴县1幢建成于2000年的典型农村住宅作为研究对象,在分析既有农村住宅热工现状和可供优化的热工参量基础上,提出切实可行的节能改造方案。根据建筑能耗计算结果评价各个方案的节能效果,并进行节能改造方案的优化设计。

1 典型农村住宅围护结构热工性能

1.1 典型农村住宅的选取

选取河南省汤阴县146户农村住宅为调查对象。汤阴县属于寒冷地区,不同建造年代的既有农村住宅建筑的比例见表1。

2001年以后建成的住宅,可以认为是新建筑,改造的可能性不大。因此,选取所占比例较大、具有代表性的建于1991~2000年的农村住宅为典型住宅。通过节能研究,为汤阴县1991~2000年代建成的既有农村住宅找到切实可行的节能改造优化方案,从而也可以为其它建成年代农村住宅建筑节能改造提供有价值的参考。典型农村住宅1层,层高3.6 m,改造前农村住宅的平面图见图1。

1.2 围护结构热工性能

为方便能耗计算并做出对比,所选取的典型农村住宅围护结构构造见表2。

2 节能改造方案分析

2.1 建筑热工变量分析

2.1.1 建筑热工变量分析

影响建筑采暖能耗的热工变量有多个,优化这些变量可以达到降低能耗,改善室内热环境的目的。为找到切实可行的节能改造方案,针对9个影响建筑采暖能耗的热工变量进行系统分析,结果见表3。

2.1.2 节能改造措施分析

由于农村住宅最初设计和建造时,热工性能考虑不多。如果按照寒冷地区河南省居住建筑节能标准要求,典型农村住宅的热工性能有很大的优化空间。为了提出切实可行的节能改造方案,以便优化典型住宅热工性能,确保其满足节能标准要求。根据热工变量分析结果,选择6个热工变量在节能改造方案中进行优化(见表4)。

2.2 建筑节能改造方案分析

结合既有农村住宅的热工变量和节能改造措施的分析,提出8种合理的节能改造方案,具体如表5所示。典型既有农村住宅增加1层后建筑平面见图2。

3 节能改造方案节能效果分析

3.1 节能效果分析

结合表5的数据,通过能耗分析结果,可以得出如下结论。

(1)比较方案3、4的节能效果发现,外墙保温层选用50mm厚膨胀聚苯板和75 mm厚胶粉聚苯颗粒,可以达到相同的节能效果。但是由于胶粉聚苯颗粒造价低,施工简单[1],既有农村住宅节能改造时可优先选用。

(2)比较方案6、7的节能效果发现,屋顶保温层选用50mm厚挤塑聚苯板和160 mm厚憎水膨胀珍珠岩制品,可以达到相同的节能效果。但由于膨胀珍珠岩造价低,施工简单[2],既有农村住宅节能改造时可优先选用。

(3)通过方案5将单层玻璃铝合金窗更换为普通中空玻璃塑钢窗,节能效果较小,原因在于所选取住宅窗墙面积比较小。当外窗面积较大时,节能效果将较为显著,既有农村住宅节能改造时可以选用。

(4)通过方案1、3或4、6或7,可以取得很显著的节能效果,即在可能条件下,增加建筑层数、屋顶及外墙设置保温层,可以带来很好的节能效果。

3.2 节能改造方案优化设计

任何单独一个节能改造措施的实施,都没法满足标准要求(采暖能耗降低65%)。可以参照节能效果分析结论对节能改造方案进行优化设计,以便满足标准要求。优化方案及能耗降低结果见表6。

由表6可知:

(1)通过优化方案1,可以取得很显著的节能效果,既有农村住宅节能改造,宜优先通过增加建筑层数、屋顶及外墙设置保温层,与改造前相比,可达到节能70%的效果。因此,优化方案1是既有农村住宅节能改造的首选。

(2)进一步比较优化方案1、2的节能效果可以发现,通过将铝合金单层玻璃更换为塑钢中空玻璃,节能效果可以再提高3.4%,经济允许时可选用。

(3)进一步比较优化方案2、3的节能效果,可以发现,通过将外门更换为节能外门,节能效果仅提高0.2%,一般情况下可以不考虑。

4 结语

(1)宜优先通过增加建筑层数、屋顶及外墙设置保温层对既有建筑进行节能改造,与改造前相比可达到节能70%的效果。

(2)经济允许时可以将铝合金单层玻璃更换为塑钢中空玻璃,节能效果可再提高3.4%。

(3)将外门更换为节能外门,节能效果仅提高0.2%,一般情况下可以不考虑。

(4)外墙外保温选用膨胀聚苯板和胶粉聚苯颗粒,屋顶保温选用挤塑聚苯板和憎水膨胀珍珠岩制品,可以达到相同的节能效果。考虑到胶粉聚苯颗粒和膨胀珍珠岩造价低,施工简单,既有农村住宅节能改造时可优先选用。

综上所述,优化后的节能改造方案能耗分析结果表明,通过优化既有农村住宅的热工性能,节能效果明显,有助于改善农村住宅室内热环境和降低能耗。

参考文献

[1]林川.小城镇住宅建筑节能设计与施工[M].北京:中国建材工业出版社,2004:128.

寒冷地区建筑节能设计 第6篇

1 寒地高层、超高层建筑火灾的特点

1.1 火灾蔓延快且扩大迅速

寒地高层建筑火灾蔓延速度之所以非常迅速是由于建筑中用于建筑装修、装饰的可燃物较多, 且建筑中所布置的垂直管道、井筒等在火灾发生时形成了许多的烟筒, 在拔风抽力作用下, 火焰和烟气便会更加猛烈, 且建筑物高度越高, 这种抽力就越大。加之寒冷地区冬季气候多干燥, 进一步加快了火灾蔓延的速度。

1.2 人员密集疏散困难

高层建筑中聚集的人员比较多, 人员疏散的时间会更长且难度加大。且火灾发生后由于室内消防栓、自动喷水灭火装置等消防设施的启用, 地面上会聚集大量的水, 而寒冷地区冬季气温均在零度以下, 地面上的在水短时间内便会结成一层薄冰, 人员疏散时很可能会滑到造成例如踩踏事故等非火灾事故的人员及经济损失。

1.3 消防给水设施及给水管网被冻坏, 火灾扑救困难

高层建筑发生火灾时, 消防灭火面临着建筑周围场地狭小, 登高限度有限的困难, 在这种外部扑救困难的情况下, 自救就尤为重要。而在寒地的冬季, 消防给水设施及给水管网在低温下极易被冻坏, 造成了外部扑救与内部自救的工作受到严重的阻碍, 消防工作难上加难。

2 寒地高层建筑消防给水系统的设计

2.1 室外消火栓给水系统

室外消火栓除了可以对室外消防进行供水外, 还能够通过水泵接合器向室内消防给水系统管网输水增压, 当室内消防设备因故无法正常工作时, 在室外消火栓的作用下, 室内消防给水系统仍然可以进行火灾的扑救工作。

寒冷地区, 高层建筑物一般选用室外地下消火栓。尽管在设置时地下消火栓给水管网已经架设了保温层, 但这种普通的保温层在寒地的低气温下保温的功能降低, 极易造成消火栓和给水管道的破裂, 并出现漏水, 严重影响火灾扑救, 且浪费水资源。因而寒地高层建筑室外地下消火栓的给水管网在设置时要进行合理的深埋, 一般要在冻土层以下, 并在管道周围包裹保温材料。管道要布置成进水管不少于2条的环状, 管径不小于100mm。

此外, 在环形管道的基础上可多设计出一条单独的环状管道, 与供热管道相连。利用市政供热来进行保温。此条管道在设计时, 只需维持消火栓供水管道中水的温度在零上几度左右即可。

室外消火栓要在高层建筑的周围均匀布置, 距层建筑外墙的距离在5.00~40.00m之间, 距路边的距离也不应大于2.00m。消火栓的数量则根据其建筑使用性质、疏散及扑救难度等来进行确定。为了防止消火栓和水泵接合器的冻结, 要在使用完毕后对残留其中的水加以清理, 这样就避免了阀门的冻结。另外, 寒地室外消火栓在设计时, 可以考虑在消火栓的出水口及水泵接合器的入水口处安装智能保温装置, 冬季时保温功能开启, 保证室外消火栓低温环境下长时间使用及灭火使用后的尽快修复。结冰期结束后, 保温功能关闭。有效防止水冻结影响设备使用。

2.2 室内消防给水系统

由于寒地冬季低温会造成外部消防设施的损坏, 因而内部消防给水系统在消防灭火时会起到较温、热带高层建筑更大的作用。因而寒冷地区室内消防供水管网的设计尤为重要。室内消防给水管网主要供水给室内消火栓和自动喷水灭火系统。

尽管室内消防给水管网安置在建筑内, 但随着电气功能的进一步提高, 寒冷地区的许多高层建筑并不安置暖气管道, 而主要是以空调、电暖气等设备来进行采暖。这一方面提高了火灾发生的几率, 一方面又造成了室内消防给水管网局部的低温甚至可能发生冻结, 从而影响了整条管道水流的通畅。且这种采暖方式会造成昼夜温差骤然加大, 室内的空气遇冷液化甚至凝华, 深夜冻结, 第二日融化再冻结, 室内消火栓的阀门在这种反复冻结下将会很难再打开。因而在消火栓的阀门处应设置加热保温装置, 防止这种反复的冻结。同时由于液化或凝华现象反复发生, 消防供水管道极易被腐蚀, 漏出的水沿着管壁流淌进而冻坏其他消防设施。因而在管道安装时钢管焊口处必须采用二次镀锌的方法进行连接, 而不能仅刷一层防护漆。

室内消火栓给水系统与自动喷水灭火系统应分开设置, 而二者之间要设水泵接合器, 每个水泵的流量按10~15L/s计算。自动喷水系统则可根据其保护的对象和所处场所选择设置为喷水、雨林或喷雾等系统。

2.3 消防水池与泵房

寒冷地区的高层建筑的消防水池多利用地下箱式基础做为贮水池。且水池始终为储水状态, 一旦发生火灾, 水池将以最快的速度进行给水。一般情况下这类贮水池的深度都在冻土层下, 不易结冰。但由于冻土层被挖开, 因而这种保温效果会有所下降, 因而消防水池也要做保温层, 防止消防水池表层的水结冰或冻实造成给水困难。并且要在池内安装破冰装置, 一旦发现结冰可及时进行清理。对于极冷地区的高层建筑其消防水池周围还应安装取暖设备, 温度控制在零上几度左右即可, 保证水池内水不冻结。

寒地高层建筑消防水池的有效容积应考虑建筑内所有消防供水设施的水量供给和火灾延续时间内的补水量。

一般情况下, 消防水泵房与消防水池设在同一层。水泵的出水口位置要加设智能保温装置, 在冬季时开启加热功能, 从而避免低温下水结成冰将出水口堵塞造成水流不通畅甚至堵死。

摘要：寒冷地区的冬季, 低气温会造成消防设施及给水管网的冻结和损坏, 高层建筑冬季一旦失火, 其消防灭火工作受到严重的影响。本文结合寒冷地区高气候的实际情况对高层建筑消防工作的影响, 提出寒冷地区高层建筑消防给水系统的设计和抗寒保温措施。

关键词：消防给水,高层建筑,寒冷地区,室外消火栓

参考文献

[1]何英.高层建筑消防给水系统的优化与应用[J].质量安全, 2011.

[2]陶鹏, 张杰.寒冷地区消防给水防冻结问题研究[J].风险管理, 2012.

[3]杨国宏.严寒地区城市消防给水栓配置间距初探[J].消防科技, 1997.

[4]李越明, 韩瑞华.高层建筑消防水池储水量设计的探讨[J].陕西建筑, 2007.

寒冷地区供暖节能问题与对策 第7篇

1 供暖设计

1.1 在设计锅炉时, 选取的功率往往富裕

量太大, 形成“大马拉小车”的现象, 锅炉低负荷运行, 每0.7MW只带3000~4000m2, 热效率低, 煤耗量大。实践证明, 集中锅炉房每0.7MW带10000m2, 分散锅炉房每0.7MW带8000m2, 没有什么问题。

1.2 在选择循环水泵时, 选型偏大, 形成流量不经济运行。

1.3 在建筑物热负荷设计方面, 往往计算

偏大, 导致在选择锅炉、水泵、散热器及管道等方面都偏大, 既增大了占地面积又增加了建设初投资, 因而加大了供暖运行成本, 造成能源的浪费。

1.4 设计中没有选择具有调节功能的阀

门, 而用普通的闸阀和截止阀, 这难以起到调节作用, 造成水利失调。

1.5 设计中没有考虑分时供暖这一因素。

根据不同使用性质的建筑, 若在网点中将其分开, 实现分时供暖, 节能工作将大有潜力可挖, 像办公、教学等性质的建筑, 夜间供暖温度可降至值班温度, 节约能源是显而易见的。

1.6 在有条件的集中锅炉房可以上微机监护和变频调速装置。实践证明, 这对节能十分有利。

2 运行管理

2.1 供暖运行时, 热媒参数太低。

集中锅炉房高温水供暖, 往往只烧到95℃~75℃运行, 这大大影响了锅炉的出力和换热器的传热效率。而分散锅炉房则应烧到95℃~75℃, 实际上都达不到这一温度。

2.2 很多分散锅炉房的供暖, 仍是间歇运行, 每昼夜供暖时间不足8h或2h。

这不能保证供暖质量, 也不利于节能。

2.3 集中锅炉房大流量不经济运行。

供暖系统中因热网水利失调而造成用户冷热不均匀现象普遍存在。而因无调节作用的流量计和调节阀, 只能用闸阀和截止进行调节, 在效果甚微的情况下, 运行管理人员只得借助大流量运行来解决这一矛盾, 因此造成能源的巨大浪费。

2.4 供暖系统丢水严重。

由于供暖系统的跑、冒、滴、漏和个别用户私自放取系统用水, 系统丢水情况相当严重, 影响了采暖系统的正常运行, 造成了严重的能源浪费。

3 集中供暖工况

目前, 许多城市集中供暖普遍存在供热工况不好, 水力失调严重, 用户室温达不到设计标准甚至冻坏散热器, 用户拒交供暖费等问题, 要摆脱这一困境, 必须采取如下对策。

3.1 上水力平衡技术。

水力平衡是指热网系统运行时, 所有热用户都能获得按设计要求的水流量, 否则便出现水力失调。如何调节这些变化就是水力平衡技术。因此, 即在热用户进户处设置定量调节装置非常必要, 这也是建筑节能的需要。

3.2 实行计量收费。

供暖计量收费不仅能解决收费不合理的问题, 又能解决收费困难的问题, 还能提高用户自觉节能意识。因此, 计量收费势在必行, 也是市场经济的必然产物。各热力公司应将计量收费纳入节能规划。从现在起, 做好实行计量收费的前期准备, 比如要求新建的建筑物在供暖设计上, 考虑到将来安装热表这一因素。

3.3 改善水质。

供暖水质太差太脏, 经常发生用户管道堵塞现象。以往的对策是清掏暖气片, 但这难以解决管道杂质沉积变细甚至堵塞问题。因此, 解决这一问题的根本对策是在热源处增设除铁装置及过滤设备。

4 锅炉连续运行机制

4.1 锅炉功率没有得到有效利用。

目前运行的小型锅炉, 一般都是“大马拉小车”, 每0.7MW只带3000~4000m2供暖面积。若实行锅炉连续运行机制, 每0.7MW完全可以提高到带8000~10000m2供暖面积, 而且供暖温度可以提高一些, 节能效果是不言而喻的。

4.2 锅炉效率。

锅炉间歇运行时, 用煤压火, 每次压火所用的煤, 是在无效的情况下消耗掉的, 每次压火后炉膛温度明显下降, 而在下次起火3h后方能恢复正常。在炉膛温度较低阶段, 炉内未能达到理想的燃烧条件, 从而降低了锅炉的热效率。在连续运行的条件下, 避免了炉膛的降低, 保持了良好的燃烧条件, 达到了理想的热效率。所以实行连续运行机制, 才能使锅炉充分发挥自己的热效率。

4.3 建筑节能和供暖质量。

在供暖设计时, 间歇供暖的计算热负荷大于连续供暖的热负荷。因为间歇供暖时, 散热器放出的热量不仅要补充房间的耗热量, 而且还要加热房间内所有已经全部冷却了的围护结构, 而连续供暖只补充房间的耗热量就可以了。

连续供暖使室温稳定, 人们居住感到舒适, 供暖质量好;而间歇供暖, 使室温波动, 变化幅度大, 日平均气温低, 供暖质量差。因此, 锅炉连续运行机制能提高人们居住舒适感。

5 热泵技术的应用

目前我国的能源消耗量大约95%是煤炭, 石油和天然气。其中90%以上作为燃料烧掉了, 这是非常可惜的。我国是一个能源并不富裕的国家, 但能源利用却很低, 尚存在着大量可利用的低温热源。各行各业的余热资源占燃烧消耗总量的比重很大, 因而可利用的余热资源非常可观。这些余热资源通过热泵技术的回收和利用, 用于供暖空调工程中的前景十分广阔。比如, 供暖方面的低温辐射供暖、传统的热水供暖系统、风机盘管供暖系统等;空调方面的热泵式房间空调器、集中式热泵空调系统、热泵用于建筑中热回收等。

所谓热泵技术, 就是靠高位能拖动, 迫使热量从低位热源流向高位热源的装置。它像泵一样, 可以不能直接利用的低品位热能 (如空气、土壤、水、太阳能、工业废能等) 转换为可利用的高位能 (煤、石油、天然气、电能等) , 从而达到节约高位能的目的。因此, 在矿物能源逐渐短缺的今天, 利用低位热源的热泵技术引起了人们的广泛关注。这是一条极其重要节能途径。另外, 热泵技术在采暖空调中的应用又不会对环境造成污染。因此, 热泵技术的应用可实现节约能源和保护环境的双盈目标。

热泵的工作原理与制冷机相同, 都是按热机逆循环工作的, 所不同的是工作温度范围不同, 使用的目的也不同。制冷机利用吸收热量而使对象变冷, 达到制冷的目的;而热泵则是利用排放热量, 向对象供暖, 达到制热的目的。热泵系统的组成主要包括三个部分:a.热泵的驱动能源和驱动装置;b.热泵的工作机。一般来说, 制冷机可作为热泵系统的工作机, 制冷机冷凝器中释放的热量不是简单的向大气排放, 而要加以利用, 通过供暖系统向热用户供暖;c.低位热源。热泵从低位热源吸收热量, 使其温度品位升高, 转为可利用的热能, 即所谓的“热量放大器”。

热泵作为供暖空调热源的能源利用系数要比传统的热源方式高。热泵系统合理地利用了高位能。热泵热源是解决传统热源中矿物燃烧过程对生态环境污染的有效途径之一。因此, 采用热泵技术节能是建筑节能发展的必然趋向。

结束语

寒冷地区建筑节能设计 第8篇

随着我国能源形势的日益严峻,北京、天津等一些经济发达的城市已开始实施节能65%的标准。北京市规定第三步节能完全由建筑物围护结构承担,以降低冬季采暖能耗为主,兼顾降低夏季降温能耗,外墙传热系数[W/(m2·K)]从0.8~1.16降低到0.45~0.6。围护结构热工性能的提高对墙体材料的热工性能提出了更高的要求[1]。山西省规定自2005年7月1日起,新建民用建筑(指居住建筑和公共建筑)要全面执行民用建筑节能设计标准,实现节能50%的目标,有条件的地方可率先实施节能65%的设计标准。截止2010年,全省城镇新建建筑已实现节能50%,既有建筑节能改造完成30%;到2020年全省城镇新建建筑实现节能65%,既有建筑节能改造完成80%。

1 寒冷地区节能现状

我国地域广阔,南北气候条件差异很大,即使同为严寒地区,其寒冷的时间与严寒程度也有很大的差别,建筑物采暖与供冷的需求各不相同。炎热地区需要隔热、通风、遮阳,以防止室内过热;寒冷地区需要保温、采暖以达到人体所需的适宜温度与湿度。因此,建筑节能的设计需要有针对性。我国《民用建筑热工设计规范》从建筑热工设计的角度,把我国划分为五个气候区,即严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区及温和地区。

目前,寒冷地区居住建筑执行的是JGJ26-2010《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》。对于外墙的节能设计主要应用两种指标来控制:一是规定性指标,如果建筑设计符合标准中对窗墙比、体形系数等参数的设计要求,则外墙平均传热系数只需满足要求即可,表1是寒冷地区外墙传热系数限值;二是性能性指标,如果建筑设计不能满足上述规定的设计参数,需要进行建筑的采暖空调能耗计算,直至符合标准中的能耗限值。

W/(m2·K)

在建筑工程具体实施65%节能标准时,目前多采用外墙外保温体系,即在主体墙(钢筋混凝土墙或砌块墙)外面粘挂模塑板或挤塑板、纸面石膏板、喷涂聚氨酯等保温材料,来实现降低传热系数的目的。但由于外墙外保温体系受材料的限制,其设计寿命一般不超过25年,难以实现与建筑物同寿命,外墙装饰也具有一定的局限性,并且需定期维护和维修。另外,近年来外保温工程由于大量使用聚苯板、挤塑板、聚氨酯硬泡等有机保温材料,火灾层出不穷,央视新楼大火、上海“11.15”特大火灾……,让人们不得不重新审视外墙外保温技术,把目光聚焦到墙体自保温体系上。

墙体自保温体系是把结构墙体与保温隔热体系融为一体。通常是选择一种砌块,通过一些有效措施来提高砌块的保温隔热性能,即用该砌块所砌筑的单一墙体自身具有保温隔热作用,无需为了保温目的,再在建筑物内外铺设绝热材料。由于其具有施工方便、成本低,建筑物主体与保温材料一体化,既可以起到保温隔热又可起到墙体结构围护的作用,所以近期发展较快。

2 居住建筑外墙节能评价指标

对于匀质材料的传热性能通常用导热系数来表征,导热系数越大材料传热的能力就越强,其保温隔热能力越差;对于一定尺寸、非均质材料的构件,通常用热阻或传热系数来表征其传热性能,热阻越大构件传热的能力越小,即保温隔热能力越强。

2.1 外墙的传热阻

式中,Ri—内表面换热阻,m2·K/W(一般取0.11);

Re—外表面换热阻,m2·K/W(一般取0.04);

R—围护结构热阻,m2·K/W。

(1)单一材料层的围护结构热阻按下式计算

式中,R—材料层的热阻,m2·K/W;

δ—材料层的厚度,m;

λ—材料的导热系数,W/(m·K)。

(2)多层围护结构的热阻按下式计算

式中,R1+R2+…Rn—各层材料的热阻,m2·K/W。

(3)由两种以上材料组成的、两向非均质围护结构如各种形式的空心砌块,填充保温材料的墙体等,如图1所示,其平均热阻按下式计算。

式中,—平均热阻;

F0—与热流方向垂直的总热阻面积;

F1、F2…Fn—按平行于热流方向划分的各个传热面积;

R0.1、R0.2…R0.n—各个传热部位的传热阻。

2.2 外墙的传热系数

外墙的传热系数等于外墙传热阻的倒数,即:

式中,R0—围护结构传热阻,m2·K/W。

3 自保温砌块组成材料分析

由式(4)可以看出影响砌块热阻的主要因素是砌块的基材、砌块间空气层或者孔洞之间的夹芯材料。

3.1 封闭空气间层的热阻

静止、密闭的空气导热系数很小,因此,在砌块的设计中常利用封闭的空气间层作为降低砌块传热系数是主要措施。空气间层的传热过程与固体材料层不同。对于固体材料层,当材料导热系数一定后,材料层的热阻与厚度成正比;而对于空气间层,其热阻与间层的厚度、间层的位置、形状、间层的密闭性等因素有关。从表2中可以看出,间层厚度在20mm以下时,随着间层厚度的增加,热阻有较大的提高;但当间层厚度超过20mm后,随着封闭空气层厚度的增加,空气间层热阻的增量越来越小;当间层厚度超过50mm以上时,间层热阻值趋于常数。

因此,对一定规格的自保温砌块,在孔洞率相同的情况下,可以通过增加砌块的空气层数来提高砌块的热阻。田斌守等[2]通过十种规格相同,但孔型不同的空心型块进行研究,得出如下结论:对于同体积的砌块来说,二排孔的热阻比单排孔的热阻能提高80%~110%,三排孔的热阻又比二排孔的热阻能够提高40%~47%,砌块基材的导热系数越大,提高的幅度越大。

m2·K/W

3.2 自保温砌块基材

为了提高自保温砌块的传热阻,自保温砌块基材的选择非常重要。砌块基材可选择普通混凝土材料,也可选择的加气混凝土以及由各种陶粒、膨胀珍珠岩等制作的轻骨料混凝土。作为自保温砌块,无论选择哪种基材,首先应保证砌块结构承重的要求。已有研究结果表明[2],以规格为390mm×290mm×190mm的普通混凝土作为砌块基材,即使选取最理想的孔型和孔洞数,其传热系数仅为1.39 W/(m2·K),无法满足寒冷地区外墙传热系数的要求。

3.3 夹芯材料

为了提高夹芯混凝土砌块的热工性能,目前常用的夹芯材料有聚苯板、泡沫混凝土、膨胀珍珠岩等措施等。由表3可以看出:相对于聚苯板和膨胀珍珠岩,泡沫混凝土的热工性能虽较差,但其物理性能稳定,与结构体所用材料混凝土相近,并且所形成的细孔多为封闭孔,因此稳定性能好。本文将重点探讨利用泡沫混凝土与轻骨料混凝土形成复合砌块的传热性能。

综上所述,选择泡沫混凝土作为混凝土空心砌块中填充的保温材料较为合理。泡沫混凝土与混凝土砌块、砂浆等属于同一材质,因此,砌块的保温层与结构层是同寿命的,并且都属于无机材料,具有良好的耐久性及防火性,可以有效避免采用有机保温材料带来的问题。

4 自保温砌块及砌体墙传热系数计算和分析

自保温砌块墙既要满足力学性能要求,同时还要满足墙体热工性能的要求。自保温砌块基材选择山西省某新型墙体材料生产厂生产的符合JGJ 51-2002《轻骨料混凝土技术规程》要求的密度等级为900,强度等级为LC10的承重兼保温的陶粒混凝土空心砌块,砌块规格为390mm×290mm×190mm。砌块芯材由52.5R普通硅酸盐水泥、发泡剂、减水剂、水等原料,按一定配合比混合搅拌而成的泡沫混凝土,浇注在混凝土小型空心砌块的空腔内,经自然养护后与制成。

4.1 空心砌块和夹芯砌块传热阻计算

轻骨料空心砌块是非均质材料,没有一个严格意义上的导热系数,只能针对该砌块按照公式(4)计算平均热阻。砌块的具体尺寸如图2所示。

承重砌块最外壁厚为30 mm,肋厚为26 mm,查JGJ51-2002《轻骨料混凝土技术规程》对于密度级别为900的轻骨料混凝土其导热系数为0.26W/m·K。空心砌块按热流的传递方向被划分为5个部分,首先应计算各层材料的传热阻R0.1 R0.2 R0.3 R0.4R0.5如下式:

夹芯砌块按照同样方法计算出各材料层的传热阻,计算结果如表4所示。

(1)空心砌块传热阻计算:

查附录表GB50176-93附录λ2/λ1=0.80,取ψ=0.96

(2)夹芯砌块的传热阻计算:

查附录表GB50176-93附录λ2/λ1=0.80,取ψ=0.98

4.2 空心砌块与夹芯砌块热阻分析

由上面计算可以看出,同样规格的空心砌块热阻远低于夹芯砌块热阻,其主要原因是当空气间层厚度增大时,空气间层中的对流换热和辐射换热增大,导致热阻降低。对于夹芯砌块,其外壁和中肋的热阻分别为1.27m2·K/W和1.59m2·K/W,相差较小,很好地避免了砌块由于自身各部分热阻相差较大而导致的砌块自身热桥问题。

4.3 自保温砌块墙体传热系数计算

(1)计算思路

图3是夹芯砌块墙体排列示意图,墙体两侧各抹20mm厚的抹面砂浆。从图中可以看出砌体是由砌块与灰缝两部分组成,分别将砌块和灰缝都作为匀质材料来考虑,按加权平均法计算墙体的传热阻,最后再加上两面抹面的热阻,得出砌体传热阻。

(2)计算过程

以1×1=1m2的砌块墙为计算单元。

(1)灰缝热阻R1及灰缝面积F1

查常用材料的热工参数,砌筑砂浆的导热系数为0.93W/(m·K)

则R1=0.29/0.93=0.312(m2·K/W)

灰缝面积包括水平缝和竖直缝两部分,设灰缝厚为10mm,则灰缝面积F1=(1×5+0.19×12)×0.01=0.0728 m2。

(2)砌块热阻R2及砌块面积F2

砌块热阻按上面计算值为:R2=1.30(m2·K/W)

(3)砌体平均热阻R3

(4)抹面砂浆热阻R4

抹面砂浆的导热系数也取0.93[W/(m·K)]

(5)砌体总热阻R

(6)砌体传热系数K

由以上计算可以看出,自保温砌块墙的传热系数为0.404W/(m·K),远低于寒冷地区多层建筑外墙传热系数要求。

4.4 自保温砌块墙热桥处理

对于自保温砌块墙,相当于将保温层提前放入墙体中,不再在墙的外侧或内侧加做保温层,这样不可避免会在梁、板、柱位置形成热桥。对其处理方法是在相应热桥部位进行外保温处理。需要注意的是,在墙体砌筑时要留置外保温层的厚度,保证砌块墙和做了外保温的热桥部位相平齐。

4.5 自保温砌块墙传热系数实测值与计算值的相关性

浙江大学申绘芳采用热流计法对填500kg/m3泡沫混凝土的单排孔砌块砌筑的墙体实测热阻值与理论计算的热阻值进行分析,实测值略低于理论计算值,为其96%,两者有较好的一致性。这说明了内填低密度泡沫混凝土的复合自保温砌块的传热系数的计算,仍然可采用《民用建筑热工设计规范》中对围护结构的传热系数的计算公式进行计算[3]。

5 结论

(1)390mm×290mm×190mm的单排孔空心砌块与同规格的内填导热系数为0.19W/(m·K)的泡沫混凝土相比,夹芯砌块的热阻可达到1.30m2·K/W。

(2)以承重兼保温的陶粒混凝土空心砌块为基材,砌块内填充干密度为500kg/m3的泡沫混凝土砌筑的自保温砌块墙,其传热系数低于寒冷地区4~8层建筑传热系数要求,并且有较大的富裕,完全可以满足寒冷地区节能65%的要求。

摘要：论述了寒冷地区节能现状和居住建筑外墙节能指标,通过对自保温砌块组成材料计算分析,提出自保温砌块墙的选材方法。结果表明,以承重兼保温的陶粒混凝土空心砌块内填泡沫混凝土制成的自保温砌块用于寒冷地区居住建筑外墙,完全能实现建筑节能65%的目标。

关键词：寒冷地区,节能65%,自保温砌块

参考文献

[1]王世昌,等.节能65%条件下烧结空心制品的发展[J].新型墙材,2006(2).

[2]田斌守,等.节能65%目标与自保温混凝土砌块[J].混凝土与水泥制品,2008(1).