寒冷地区建筑保温结构节能设计研究

鲁瑞荣，高 晴

（1. 烟台凡正建筑设计有限公司，山东 烟台 264000；2.同圆设计集团有限公司烟台分公司 ，山东烟台 264000）

近年来，我国建筑行业得到了全面地快速发展，由早期的粗放式逐渐向集约型发展转变，但总体改变程度不是很高。建筑行业年耗能量高达35%，成为了我国主要的能耗产业，加剧了社会经济与能源供给之间的矛盾，也制约了节约型社会建设的进程。大量社会实践显示，保温结构节能设计具有优越的节能减排优势，对促进我国经济发展、环境保护有着重要的现实意义。我国地域横跨度较大，有温暖如春的江南，也有寒冷缺氧的高原，从北到南，从西到东，气候变化极大。因此，对于寒冷地区的建筑物要求较高，不仅要体现在节能减排方面，还要实现冬季保温、夏季防热的目的[1]。基于此，研究寒冷地区建筑保温结构中的节能设计研究具有重要的现实意义。

1 寒冷地区建筑能耗分析

我国东西跨度较大、南北地形地貌迥异，致使寒冷地区分布范围极为广阔。随着城镇化建设的不断加深，寒冷地区对集中建设房屋的需求也越来越多，导致对建筑物的保温效果提出了较高的要求。基于此，我国政府部门集中策划了适合于寒冷地区建筑物保温效果的研究工作以及危房改建等工作，以此为据，为了更好地解决社会需求，本文分析总结了寒冷地区建筑能耗的主要特征，为设计保温系统提供依据。

在寒冷地区，冬季时间较长，并且昼夜温差变化极大，导致居民对于热能的需求也随之变化。能耗主要表现在以下几个方面：一是建筑采暖而引起的耗能；二是空调制热、地暖地热、暖气片制热等产生的能耗，也是最大的能耗；三是生活过程中使用热水等导致的能耗（表1）。因此，面对日益增加的能耗问题，寻求更为节能、环保的保温系统是当前寒冷地区所亟需解决的主要问题之一。为此，本文立足于寒冷地区保温效果研究，详细地介绍了节能在寒冷地区建筑物保温方面的应用。

表1 我国寒冷地区主要能耗类型及方式

2 寒冷地区建筑保温结构节能设计

2.1 外墙保温结构节能设计

寒冷乡村地区住宅区的基层墙体材料选择应以普适性和经济性为基本原则，常见的基层墙体材料包括蒸压加气混凝土砌块、烧结粉煤灰砖、普通混凝土小型空心砌块和烧结煤矸石多孔砖等4种类型；保温材料一般选用硬质泡沫聚氨酯板（PUR）、岩棉板、聚苯乙烯挤塑板（XPS）和聚苯乙烯泡沫塑料板（EPS）等4种类型。寒冷乡村住宅区的外墙保温方式一般分为内保温和外保温两种。在本次试验过程中采用正交试验方法分析不同基层材料、保温材料和保温方式组合的节能效果，在试验过程中，假设两种为定量，另一种为变量，共进行16次试验，试验结果见表2。从表2可以得出，外墙采用“硬质泡沫聚氨酯板（PUR）+蒸压加气混凝土砌块（外保温）的方式时，节能效果最为明显，节能率可达75%；采用“烧结煤矸石多孔砖+硬质泡沫聚氨酯板（PUR）（内保温）或“普通混凝土小型空心砌块+硬质泡沫聚氨酯板（PUR）（内保温）时，节能效果次之，节能率均为44.5%；采用“烧结煤矸石多孔砖+岩棉板+外保温”时节能效果最差，节能率为34.6%。因此，综合认为外墙保温选用“硬质泡沫聚氨酯板（PUR）+蒸压加气混凝土砌块（外保温）为佳。

表2 正交试验结果统计表

2.2 屋面保温节能设计

屋面是乡村住宅房屋围护结构中的重要组成部分，是除了外墙以外与外部环境接触面积最大的部分。虽然屋面的热耗量小于外墙及外窗的热耗量，但是屋面的单位面积耗热量较大。因此，优化屋面结构提升保温性能对控制室内温度的稳定性具有重要意义。屋面保温节能材料的选用必须满足两个方面的要求：一是一轻质、多孔、导热系数小的保温材料为主；二是选用吸湿性小的憎水材料为主。寒冷乡村住宅区一般以平房、四合院、地层小洋楼为主，因此宜采用块状式保温材料，如泡沫玻璃板、挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板、蒸压混凝土、憎水膨胀珍珠岩板、硬质聚氨酯泡沫塑料板等材料。大量实践表明，板块状保温材料具有保温效果好、施工快、防潮湿的优点，在寒冷乡村住宅区的保温节能设计中应用极为广泛。

2.3 外门窗节能设计

外门窗在住宅建筑中具有采光、通风、联系室内外的多重功能，对美化住宅区具有重要意义。同时外门窗也是耗能散热的主要通道。因此，在寒冷乡村住宅区做好外门窗的保温节能设计是提升住宅房屋整体保温节能性能的关键环节。外门窗的节能设计必须在保证住宅区室内采光条件的基础上进行，应控制不同朝向的墙体与窗口面积的比例，尤其是对寒冷季节主导风向的墙面，尽可能地减少开窗面积。外门窗的保温节能材料可采用单框三层双中空玻璃窗，能够有效地增加门窗结构的传热阻，进而提升门窗结构的保温性能。此外，在住宅区施工过程中要注意墙体与窗框之间的密封性，可以通过安装密封条减少外部冷风进入室内。窗框应以导热系数小、加工方便的塑钢门窗为主。

3 结语

综上所述，节能降耗是寒冷地区建筑保温结构节能设计的主要发展方向，寒冷地区外部环境恶略，加之房屋住宅区较为分散，相对增加屋面等与外部环境的接触面积，使得热能耗散较快。因此，加强寒冷乡村地区住宅保温结构节能设计研究具有重要的现实意义。经研究，认为外墙保温节能采用“硬质泡沫聚氨酯板（PUR）+蒸压加气混凝土砌块（外保温）为佳，节能率可达75%。