趙鵬 劉灃元 李朝陽(yáng) 孟勐

摘 要 本文分析寒冷地區(qū)高層住宅設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，選取高層住宅這個(gè)一大量性建筑類(lèi)型作為研究設(shè)計(jì)對(duì)象，提出對(duì)東北嚴(yán)寒地區(qū)高層住宅建筑節(jié)能具有影響的設(shè)計(jì)因素——形狀、長(zhǎng)度、寬度、高度以及建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，并選取齊齊哈爾已經(jīng)建成的高層住宅進(jìn)行調(diào)研，針對(duì)東北地區(qū)高層住宅存在的高能耗問(wèn)題，以設(shè)計(jì)出高節(jié)能并具有東北高層住宅特色的建筑結(jié)構(gòu)樣式為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。通過(guò)對(duì)黑龍江省高層住宅冬季能耗分析，總結(jié)出目前適應(yīng)性氣候下，東北嚴(yán)寒地區(qū)節(jié)能面臨的主要問(wèn)題以及由于建筑能耗損失主要原因。提出適用于東北嚴(yán)寒地區(qū)高層住宅氣候適應(yīng)性設(shè)計(jì)方案，從建筑設(shè)計(jì)布局、高層建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與新材料運(yùn)用入手。并結(jié)合黑龍江省高層住宅節(jié)能改造工程實(shí)際案例，將圍護(hù)結(jié)構(gòu)低能耗設(shè)計(jì)在東北嚴(yán)寒地區(qū)高層住宅在改造工程中運(yùn)用，驗(yàn)證東北嚴(yán)寒地區(qū)高層住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)低能耗設(shè)計(jì)實(shí)操性，并為東北嚴(yán)寒地區(qū)高層住宅在低能耗設(shè)計(jì)提供的新參考。

關(guān)鍵詞 東北嚴(yán)寒地區(qū);氣候適應(yīng)性;高層住宅;圍護(hù)結(jié)構(gòu)低能耗設(shè)計(jì)

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑設(shè)計(jì)通則》（GB50352-2005）將中國(guó)劃分為 7 個(gè)主氣候區(qū)，20 個(gè)子氣候區(qū)，并對(duì)各個(gè)子氣候區(qū)的建筑設(shè)計(jì)提出了不同的要求，反映出建筑和氣候兩者的科學(xué)關(guān)系[1]。 根據(jù)設(shè)計(jì)通則中細(xì)分的建筑氣候區(qū)劃，嚴(yán)寒地區(qū)是指一月份平均溫度低于零下十?dāng)z氏度，七月份平均溫度高于二十五攝氏度的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域冬季嚴(yán)寒而漫長(zhǎng)，夏季溫暖

而短促，年平均溫差很大。本文中的工程設(shè)計(jì)地區(qū)，黑龍江省黑河市屬于嚴(yán)寒地區(qū)——Ⅶ氣候區(qū)中的ⅦD 氣候區(qū)。此地區(qū)高層住宅建筑設(shè)計(jì)應(yīng)注意到以下因素，黑河地區(qū)冬季漫長(zhǎng)且異常寒冷晝夜平均氣溫在-17.1至-27.2℃之間，高層建筑防寒以及在冬季能源消耗散失情況嚴(yán)重，所以，在高層建筑單體密閉性、高層建筑圍護(hù)應(yīng)充分考慮到，嚴(yán)寒地區(qū)高層住宅設(shè)計(jì)的實(shí)際特點(diǎn)，采用新材料以及新型圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并充分考慮到晝夜大溫差、大風(fēng)、暴雪對(duì)建筑能耗損失的不利影響。從項(xiàng)目所在地的氣候分區(qū)特點(diǎn)嚴(yán)寒地區(qū)熱工設(shè)計(jì)特點(diǎn)，結(jié)合我國(guó)高層住宅建筑能耗情況，研究高層住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)低能耗設(shè)計(jì)方法，給出符合嚴(yán)寒地區(qū)高層住宅氣候適應(yīng)性圍護(hù)設(shè)計(jì)方案。

1受氣候適應(yīng)性影響下的嚴(yán)寒地區(qū)高層建筑能耗影響因素

（1）高層外墻圍護(hù)對(duì)能源的影響。針對(duì)東北地區(qū)冬季漫長(zhǎng)氣候寒冷特點(diǎn)，外墻維護(hù)設(shè)計(jì)從環(huán)境、技術(shù)層面，提出影響嚴(yán)寒地區(qū)高層建筑能耗設(shè)計(jì)因素分析，在影響高層建筑外墻圍護(hù)隔熱性能，外墻圍護(hù)防火、抗裂、防水性、結(jié)構(gòu)上的耐久性上進(jìn)行具有針對(duì)性的設(shè)計(jì)。國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)圍護(hù)墻體設(shè)計(jì)中，外墻圍護(hù)設(shè)計(jì)中多采用土石結(jié)構(gòu)，單純從墻體加厚從而降低能耗損失因素。隨著建筑樣式的不斷變化，傳統(tǒng)土石結(jié)構(gòu)的圍護(hù)墻體結(jié)構(gòu)無(wú)法滿(mǎn)足高層住宅設(shè)計(jì)施工需求。同時(shí)在嚴(yán)寒地區(qū)高層住宅建筑圍護(hù)施工過(guò)程中，應(yīng)充分考慮到地區(qū)氣候適應(yīng)性對(duì)圍護(hù)墻體的影響[2]。

（2）高層外墻圍護(hù)低能耗設(shè)計(jì)應(yīng)用。針對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)環(huán)境氣候特點(diǎn)，圍護(hù)外墻對(duì)于保溫系統(tǒng)應(yīng)用來(lái)講，保溫層材料芯材選擇多以高密度基苯板類(lèi)、硬質(zhì)地?cái)D塑材質(zhì)與決燃石棉材質(zhì)為主，底材多以防潮防腐鋁箔或鋁鋅板為主。對(duì)于新材料的不斷開(kāi)發(fā)使用，極大減弱了建筑中的“熱橋”的影響，對(duì)于圍護(hù)墻體中的能源損耗集中部位，如墻角、伸縮縫等出進(jìn)行處理，極大緩解了“熱橋”現(xiàn)象的產(chǎn)生。良好的圍護(hù)保溫層有利降低高層住宅墻體開(kāi)裂概率，而這種圍護(hù)設(shè)計(jì)是對(duì)高層住宅墻體低能耗設(shè)計(jì)一條省時(shí)省力的有效途徑。

（3）影響高層住宅圍護(hù)設(shè)計(jì)因素。東北嚴(yán)寒地區(qū)高層住宅圍護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮到，極端天氣情況影響下使高層圍護(hù)設(shè)計(jì)面臨短時(shí)間內(nèi)的溫度劇烈波動(dòng)。同時(shí)，劇烈的天氣變化會(huì)對(duì)保溫層產(chǎn)生破壞，從而影響建筑主體保溫系統(tǒng)。為避免極端天氣對(duì)建筑圍護(hù)保溫層的影響，在設(shè)計(jì)之初應(yīng)重溫考慮地區(qū)提后因素，設(shè)置合理寬度伸縮縫，避免圍護(hù)墻體產(chǎn)生開(kāi)裂破損。

2東北嚴(yán)寒地區(qū)高層住宅低能耗建筑圍護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 外墻保溫技術(shù)解決熱橋現(xiàn)象降低能耗損失

高層住宅圍護(hù)墻體成為建筑能耗損失的主要環(huán)節(jié)，為了降低能耗損失建筑圍護(hù)設(shè)計(jì)，對(duì)于墻體保溫可以選擇形式分為：外墻外保溫、外墻內(nèi)保溫、夾芯保溫。根據(jù)這三種前提保溫技術(shù)的特性，外墻外保溫技術(shù)通過(guò)在圍護(hù)外墻表面設(shè)置保溫層，通過(guò)對(duì)外墻保溫技術(shù)的應(yīng)用，保護(hù)了建筑圍護(hù)墻體結(jié)構(gòu)，并減少了外界嚴(yán)寒氣候?qū)ㄖo(hù)墻體的侵蝕，外墻保溫不但保證了建筑室內(nèi)的能源損耗的降低，更增加了建筑使用周期年限。外墻保溫保證了高層建筑低能耗圍護(hù)設(shè)計(jì)目的，消除熱橋現(xiàn)象室內(nèi)不會(huì)因溫差產(chǎn)生結(jié)露，常見(jiàn)的外墻保溫材料有石墨聚苯板。

2.2 門(mén)窗戶(hù)低能耗設(shè)計(jì)

門(mén)窗是東北嚴(yán)寒地區(qū)高層住宅熱交換最為活躍關(guān)鍵部位，高層門(mén)窗能源損失是圍護(hù)墻體的 4～6 倍，東北嚴(yán)寒地區(qū)高層住宅窗戶(hù)低能耗設(shè)計(jì)通過(guò)控制創(chuàng)墻比例、窗子開(kāi)啟方式、隔溫玻璃的三方面能夠得到控制?！睹裼媒ㄖ湍芎脑O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定北向、東西向和南向窗墻面積比分別不應(yīng)超過(guò) 25%、30%和 35%。選擇合適的窗墻比既滿(mǎn)足了室內(nèi)采光通風(fēng)的需求，更多的是減少窗子開(kāi)啟方向帶來(lái)的能源損耗，并選擇適合的節(jié)能玻璃，常見(jiàn)的節(jié)能玻璃有中空或真空玻璃、熱反射玻璃、Low- E 玻璃、貼膜玻璃[3]。

2.3 體形系數(shù)控制降低東北嚴(yán)寒地區(qū)高層住宅能耗損失

建筑圍護(hù)面積與能耗損失成正比，通過(guò)對(duì)建筑外感的整體規(guī)劃減少不必要的建筑外表面，達(dá)到降低建筑能好的目的。

以圍護(hù)結(jié)構(gòu)低能耗設(shè)計(jì)式標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合東北嚴(yán)寒地區(qū)氣候情況特點(diǎn)，探索圍護(hù)結(jié)構(gòu)低能耗設(shè)計(jì)保溫隔熱的做法，解決東北嚴(yán)寒地區(qū)高層住能耗過(guò)高的現(xiàn)狀。通過(guò)對(duì)高層住在外墻圍護(hù)保溫設(shè)計(jì)、窗戶(hù)構(gòu)造、體形系數(shù)等方面分析研究，實(shí)現(xiàn)東北嚴(yán)寒地區(qū)高層住宅低能耗的目標(biāo)，為改善東北嚴(yán)寒地區(qū)居住環(huán)境提出解決方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 民用建筑設(shè)計(jì)通則（GB50352-2005）[S].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

[2] 劉加平.綠色建筑概論[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012（11）.

[3] 住房城鄉(xiāng)建設(shè)部.《被動(dòng)式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）（居住建筑）》印發(fā)[J].建設(shè)科技，2015（23）：17.