哈尔滨市围护结构对建筑能耗影响分析

2019-10-14时云鹏

山西建筑 2019年17期

时云鹏谢颖

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨 150040)

0 引言

能源危机问题日益加剧，涵盖全球各个国家。中国正加快城镇化建设脚步，必须将建筑节能高度重视起来。在我国，耗能量巨大的建筑占了所有已建成的400亿m2建筑的90%以上，因此我国实际上面临着严重的能源问题[1]。而哈尔滨市除近年来新建与改造的部分既有建筑外，大部分建筑节能水平低于现行标准要求。目前已知的建筑主要能耗量是由建筑围护结构承担，因此，有必要分析住宅围护结构给建筑能耗带来的影响。

1 围护结构的发展现状

近年来，国内学者研究成果有：张伟强研究了建筑在有遮阳、无遮阳情况下，不同厚度保温层的围护结构、不同节能玻璃对建筑能耗影响情况[2]。于昊发现北方寒冷地区需要采暖的住宅围护结构在冬季采暖期间不方便在线监测耗热量，于是研发了一款无线监测系统[3]。张丽娟等人利用DEST软件，模拟了改良后的围护结构的热工性能给寒冷地区建筑能耗带来的影响，最终提出了理想的热工参数[4]。

2 哈尔滨市地理区域及气候特征

哈尔滨位于中国的最北部，处于纬度最高(东经125°42′～130°10′、北纬44°04′～46°40′之间)的地理位置，气温在全国范围属于最低，是严寒气候地区。在寒冷的冬季，1月份的平均室外气温低至-19 ℃左右；夏季7月平均气温高达23 ℃左右[5]。这里的建筑必须做好冬季保温、防寒、防冻工作，一般可不考虑夏季高温气候给建筑带来的不良影响。

3 围护结构的能耗分布

据统计数据显示，在我国寒冷地区，建筑能耗总量高出全国平均能耗水平的27%左右，占该地区所有能耗总量的30%～40%，建筑能耗以冬季采暖能耗为主，其中73%～77%通过围护系统损失[6]，分布在墙体、屋面、门窗等各个部位，其中，墙体传热热损失约占60%～70%；门窗约20%～30%;屋面约10%[7],如图1所示。因此，提高这些部位的保温性能和传热阻力，可有效减少围护结构造成的热量损耗量，实现建筑节能。

4 围护结构节能技术措施

4.1 外墙节能技术措施

外墙耗能量在建筑总耗能量中占了很大比重，减少外墙能耗量是实现建筑节能的首要任务。

按保温材料组成成分不同，外墙保温系统一般被分为自保温系统和复合墙体保温系统。自保温系统是通过单一的热导率不高的建筑材料形成的，不需要做外保温层，通过建筑材料本身的特性就能实现节能。复合墙体保温系统按保温层设置的位置不同分为外墙内保温系统、外墙夹心保温系统和外墙外保温系统，如表1所示。

表1 不同外墙保温系统的构造及其优缺点

类型构造优点缺点墙体自保温墙体材料为保温隔热性能的建筑砌块,配套轻质砌筑砂浆防火性能好,附着力强,抗冲击性佳,安全可靠,构造简单,施工容易,成本低,建筑质量通病少,经济性好存在“热桥”,且不易处理,整体保温效果不佳外墙内保温保温材料安放在外墙内侧对材料防水性、耐候性要求不高,保温层寿命长,安全性好,对材料要求不高,施工方便,成本低室内空间的占用导致不利于二次装修,悬挂重物困难,建筑物外墙容易出现凝结水析出现象外墙夹心保温保温材料安放在外墙中间绝热性能较好,对材料要求低,成本较低避免“热桥”困难,较厚的墙体减少了建筑有效使用面积外墙外保温保温材料粘贴在墙体外侧保证节能效果同时使主体结构不受外界侵蚀,避免“热桥”,且对室内使用面积影响很小,适用范围广保温层材料耐久性较低,很容易脱落,有安全隐患,对材料要求高,成本高

常用外墙保温材料有：EPS板薄抹灰、酚醛板、挤塑聚苯板、岩棉板、玻璃棉板、聚氨酯发泡材料等，如表2所示。

4.2 外窗节能技术措施

外窗属于建筑外围护结构中的薄弱环节，由于窗户气密性不好导致的渗透通风使窗户的保温性能达不到节能要求。在建筑能耗中外窗能耗所占比重最大，因此，需要研究外窗性能对建筑荷载产生的影响。

判断外窗保温性能如何可以从传热系数和遮阳系数两个指标着手。通常我们可以不考虑外窗玻璃在寒冷地区冬季的遮阳效果。为了达到降低窗户的传热系数目的，常常采用不同形式窗户，其中属单层玻璃、中空玻璃、双层玻璃和镀膜玻璃最为常用。但是单层玻璃很难达到节能要求。

1)热反射镀膜玻璃。

肉眼可见光可以较好地透过热反射镀膜玻璃，而不可见的红外线则被其反射回去，保证了玻璃良好的隔热性能，同时兼具良好的节能和装饰效果，广泛应用于受太阳辐射热作用和需要安装空调的建筑中。因为它只能降低遮阳系数，不能降低传热系数，所以它并不适用于冬天。因为本身的反射作用阻碍阳光射入，导致室内阴冷，住宅达不到取暖效果。另外该玻璃在夏天夜晚不能达到隔热效果，导致室内闷热，热量出不去。

表2 不同外墙保温材料分析对比表

2)低辐射镀膜玻璃(Low-E)。

低辐射镀膜玻璃(Low-E)将波长4.5 μm～25 μm之间的红外线反射回外界环境。由Low-E玻璃形成的产品，能将肉眼可见光直接反射回去，可见光不能穿过玻璃，保证了室内明亮，防止了室内热负荷过高造成的影响。

在闷热的夏天，遮阳型Low-E玻璃除了能满足热反射镀膜玻璃所起到的功能外，通过自己本身具有的散热性能，使节能效果达到最佳。在寒冷的冬天，高头型Low-E玻璃对太阳光的阻碍作用减弱，可以吸收太阳光，起到室内取暖的作用。同时进入建筑物的太阳能辐射接触到物体后会形成远红外线，并通过玻璃反射回室内，使室内温度升高，减少了冬季供暖压力。

3)中空玻璃。

中空玻璃作为一种目前广泛使用的建筑材料，自身拥有独特的隔热、防噪声、美化建筑、减轻建筑物自重等性能。中空玻璃各种性能都较普通双层玻璃性能优越，与单层玻璃比较，它可明显使窗户传热系数降低，热能损失量通过温差传热也比使用单层玻璃时减少了一半。冬季室内暖气产生的阻挡效果得以改善，夏季太阳光热辐射透射效果得到降低。如今中空玻璃多采用上述两种玻璃相结合的组合形式，一般用“5+9A+5”表示，这种组合节能效果较好。

4.3 屋面节能技术措施

屋面直接受太阳辐射的影响,是建筑主要遮风挡雨的结构，屋面节能在整个建筑节能中起着重要作用。其中，属蓄水屋面、绿化屋面和通风屋面在目前最具有发展前景。

1)蓄水屋面。

当太阳光照射到蓄水屋面时，它的短波部分穿过水层到达屋面而被屋面所吸收，而长波部分会被水直接吸收掉。另外,水蒸发吸热会导致屋顶温度下降。水吸收的热量会在外界环境温度下降后，会以长波辐射形式重新回到太空实现冷却，而屋面吸收的热量会进入室内，形成“热延迟现象”。这不利于夏季夜间降温。但可缩小昼夜温差，在冬季，有利于夜间提高室内温度。

2)绿化屋面。

绿化屋顶是指在屋顶防水层上种植大量的植被，达到美化城市，减少沙尘污染，隔热降温的目的。

3)通风屋面。

在屋顶中间设置间层，通过间层空气循环流动带走热量，实现隔热降温。通风屋面外层可以阻止阳光直接照射到围护结构，同时利用产生的风压和热压作用带走间层内存在的大量热量，减少室外热效应对内表面造成的不良影响。