魯科言

甘肅省建筑設計研究院有限公司

1 居住建筑節(jié)能設計演進

1.1 建筑節(jié)能及節(jié)能設計發(fā)展概述

隨著人居環(huán)境發(fā)展，人居環(huán)境品質(zhì)不斷演進更新，而建筑作為人居環(huán)境的載體，建筑從空間制約人居條件發(fā)展為空間從屬于功能，建筑品質(zhì)的要求亦不局限功能本身，逐越建筑形象及外部空間的創(chuàng)作到內(nèi)部空間的享受，而建筑節(jié)能也從概念化到標準化。

我國傳統(tǒng)民居在氣候性適應性等方面都有著豐富的傳統(tǒng)構(gòu)造經(jīng)驗和技藝，而我國現(xiàn)代建筑發(fā)展相對建筑較晚，真正意義上的現(xiàn)代建筑節(jié)能理念也是從上世紀九十年代開始，在此之前，對建筑的要求從堅固實用到堅固功能美觀，建筑節(jié)能的理念也是伴隨著建筑更適宜人居的舒適度要求衍生的。建筑自身采暖和制冷等諸多因素均由建筑能耗作為實現(xiàn)途徑，在綠色生態(tài)低碳的全球化要求下，建筑節(jié)能的標準化執(zhí)行亦是必然之路。

1.2 居住建筑節(jié)能設計標準

本文關注的是居住建筑這一典型建筑類型，也是數(shù)量最多建筑節(jié)能最行之有效的建筑類型。表1羅列了從無到有各個時期我國居住建筑節(jié)能標準，從中也能概略我國建筑節(jié)能標準化執(zhí)行的發(fā)展過程。

從表1可以看出，我國第一本民用建筑節(jié)能設計規(guī)范頒布執(zhí)行于1986年，而執(zhí)行對象針對采暖的居住建筑，對于執(zhí)行的氣候區(qū)劃沒有明確的劃分，1995年民用建筑節(jié)能設計標準版本更新，在規(guī)范中明確了適用的范圍為嚴寒和寒冷地區(qū)，2010 版本規(guī)范更新為“嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準”，2001 年和2012年我國又相繼分別出臺了針對夏熱冬冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)居住建筑的節(jié)能規(guī)范，而GJG 26規(guī)范的延續(xù)就明確了我國嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑的節(jié)能標準，現(xiàn)行執(zhí)行的寒居建節(jié)能標準為2018年頒布。

表1 居住建筑節(jié)能設計標準沿襲表

2 西北地區(qū)居住建筑節(jié)能踐行

2.1 老一代居住建筑節(jié)能現(xiàn)狀

1986 年建筑節(jié)能設計標準開始實施，根據(jù)筆者所接觸的走訪觀察及涉及的拆除改造工程做出的辨識性判斷，西北區(qū)地區(qū)由于經(jīng)濟發(fā)展的相對滯后，實際中1980s～90s年代建成的民用建筑所采取的節(jié)能措施極為有限，而上述年代建成的居住建筑在民生中還肩負著大量的使用功能。

這些老一代居住建筑產(chǎn)品，在建筑節(jié)能方面存在著普遍性的優(yōu)劣勢。優(yōu)勢在于與同面積建筑物相對體型系數(shù)較小，體型規(guī)整散熱表面積較小有利于集中節(jié)能；劣勢在于外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱性能幾乎僅依賴于圍護材料自身，實際中幾乎沒有在圍護結(jié)構(gòu)外附加保溫材料，另外門窗的密閉性和自身傳熱性能也是顯著劣勢。

在實際中，部分老舊小區(qū)集中進行了增加外保溫材料的整體改造，而居民自主對住宅的保溫節(jié)能改造大部分采取更換門窗等措施。

返窺1986/1995兩版民用建筑節(jié)能設計標準，其執(zhí)行過程可以說是非軟件時代，建筑體形系數(shù)和窗地比按照公式計算，而維護結(jié)構(gòu)綜合傳熱系數(shù)的在實際中往往不再進行公式推導，取值基本按照材料準值取值，門窗傳熱系數(shù)則是按照材料自身傳熱系數(shù)給出了兩種限制，而正是西北區(qū)住宅在保溫層面對節(jié)能的絕對側(cè)重點使維護結(jié)構(gòu)的傳熱性能和門窗的氣密性改造成為行之有效的構(gòu)造措施，而這兩個重點延續(xù)現(xiàn)行規(guī)范，是西北嚴寒和寒冷地區(qū)建筑節(jié)能的主要指標。

2.2 寒冷氣候居住建筑節(jié)能主要指標

從嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準來看，居建標準主要關注的規(guī)定性檢查指標如下，并對各項指標的性能做出了最低限制，而從嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準2010～2018對最低限值的要求也發(fā)生了變化（見表2）。

由表2可以看出，節(jié)能設計標準的更新總體上對各項指標的最低要求都更加嚴格，這遵循了國家節(jié)能三步走的策略，JGJ 26—2018的施行標志著嚴寒和寒冷地區(qū)建筑節(jié)能全面進入了節(jié)能75%的時代。我國以20 世紀80 年代改革開放初期建造的居住建筑、公共建筑作為比較能耗的基礎，稱為“基準建筑”。計算“基準建筑”全年暖通空調(diào)和照明能耗，將它作為100%。新建建筑結(jié)構(gòu)、暖通空調(diào)、照明參數(shù)均按現(xiàn)行標準規(guī)定設定，計算其全年的暖通空調(diào)和照明能耗，應相當于基準水平上節(jié)能50%、65%、75%。這亦是JGJ 26—95/10/18的節(jié)能指標要求。

具體看各項指標，JGJ 26—2018 對屋面、外墻、挑空樓板以及外窗的傳熱系數(shù)有了更嚴格的限值，而且對天窗、供暖溫差大于5K的隔墻/樓板等部位有了明確的規(guī)定，對體形系數(shù)適則適當放大，這亦是適宜當代建筑更豐富的體型變化，對維護結(jié)構(gòu)的材料性能做出更嚴格的要求，這種要求和建筑材料自身發(fā)展是雙重策動的驅(qū)約關系。

表2 嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標規(guī)定性檢查指標一覽表

2.3 寒冷氣候居住建筑節(jié)能權衡判斷限制

對于各項指標不能滿足最低限值的建筑，JGJ 26 設計標準規(guī)定設計居住建筑的建筑物耗熱量指標與相同體量滿足限值要求的參照建筑進行對比，可權衡判斷設計居住是否滿足節(jié)能要求。規(guī)范同時對居住建筑重點維護結(jié)構(gòu)的熱工性能指標做出了最小要求，滿足要求的設計建筑方能進行權衡判斷。通過下表可觀察設計標準2010到2018對權衡判斷的要求限制變化。

表3 嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計權衡判斷指標一覽表

可以看出嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準2010只是對開間窗墻比做出了權衡限制，而JGJ 26—2018則對外墻、挑空樓板的傳熱系數(shù)做出了最小限制，而從構(gòu)造層面易于實現(xiàn)的屋面、地面、地下室外墻則是要求必須滿足限值，更鮮明的一點是對外窗的傳熱系數(shù)做出了最小要求。

3 居住建筑節(jié)能設計工程實踐

3.1 基于JGJ 26—2010年代的工程設計

西北地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展相對滯后，在工程設計實際中建設方對工程造價的要求是絕對的制約點，而住宅建筑往往是低成本的開發(fā)策略，在滿足居住建筑設計標準的基礎上，建筑工程設計往往采取低成本的構(gòu)造措施。外窗在一定時期內(nèi)隨其傳熱性能造假成本正比例增加，而JGJ 26—2010 在可權衡判斷的要求僅對開間窗墻比做出限定，于是在實際中，選擇相對較低成本的外窗，增加屋面、外墻等其他維護部位保溫材料厚度以提高綜合傳熱系數(shù)，最后通過權衡判斷滿足節(jié)能設計標準成為了較多采用的方式。

這種方式滿足JGJ 26—2010 的標準要求，并能實現(xiàn)相對較低的造價成本。但是在工程實踐中，此方式也存在一定弊端，通過大量實際工程模型計算，在達到一定參數(shù)范圍不短增加保溫材料厚度對建筑物整體耗熱量指標的改善已經(jīng)不太明顯，而為了彌補外窗等薄弱環(huán)節(jié)只能加厚材料厚度，再加上高層建筑對保溫材料防火性能的要求，能選用的外保溫材料自身導熱系數(shù)亦偏大，往往最終的設計結(jié)果是過厚的外墻保溫材料，成為高層住宅施工工藝等的弊端。

3.2 基于JGJ 26—2018實施標準的設計

嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑設計標準2018對權衡判斷做出了變革性的要求，特別是對外窗的傳熱性能做出了最低限定，對于西北地區(qū)外窗建筑材料可以說是劃時代的變化，對于西北地區(qū)的寒冷氣候區(qū)進入了外窗2.5 時代，而嚴寒C 區(qū)進入了外窗2.2時代，嚴寒A 區(qū)進入了外窗2.0 時代。在作者負責的工程設計中，2018年仍能采用的傳熱系數(shù)2.8的外窗已經(jīng)完全排除在住宅設計以外，對不利環(huán)節(jié)的最低限定大大優(yōu)化了節(jié)能設計構(gòu)造，計算模型中外墻保溫材料厚度取值趨于合理，無論是達到限值要求還是通過權衡判斷，材料的構(gòu)造方案都更加合理。

4 西北地區(qū)居住建筑節(jié)能設計工程實踐優(yōu)化策略

嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑設計標準JGJ 26—2018對住宅陽臺的限值做出了限定，陽臺窗傳熱系數(shù)要求在2.0方能滿足節(jié)能標準要求。而在西北地區(qū)住宅節(jié)能窗仍是工程造價主要的控制性指標，特別是現(xiàn)代住宅更加開敞的外立面設計，住宅外窗的面積也是呈上升趨勢?；诖?，住宅用戶在居住使用時絕大多數(shù)自行拆除陽臺門，外維護性熱工要求全部通過陽臺構(gòu)造實現(xiàn)，通過實際工程模型計算總結(jié)，將陽臺窗開間窗墻比按外窗開建窗墻比控制，客廳和陽臺按統(tǒng)一空間計算，此時陽臺窗傳熱系數(shù)限值可以按普通外窗要求，在此基礎上進行限值要求或進行權衡判斷，外維護材料的造價得到相對控制，建筑物整體耗熱量指標達到了住宅節(jié)能設計標準要求。