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1、寒冷地区建筑节能分析冯 巍，李慧敏，徐丽 （山东科技大学土木建筑学院，青岛 山东 266510）图2 传统住宅窗户冬天密封摘 要：根据寒冷地区民居建筑的本土特征，指出建筑外表皮是建筑节能的重要组成部分。从本土特征出发，分析了寒冷地区民居建筑外表皮的构造现状，提出外表皮节能设计优化的构造措施，对民居建筑节能改造具有重要现实意义。关键词： 寒冷地区；建筑；节能设计1 引言在寒冷地区民居建筑中，外围护结构表面传热的热损失占整个建筑物的热损失的70%80%，因此，外围护结构表面的防寒保温设计是节能设计的重点。我国寒冷地区居民对传统民居建筑外表皮的防寒保温措施上积累了很好的经验，当地的人们结合自然气候、
2、因地制宜，以最简洁的设计手法、极低的能耗创造了在寒冷的气候下舒适的室内居住环境，具有明显的热舒适优势和节能优势。2 寒冷地区民居建筑表皮设计节能分析通过调研发现：大部分民居建筑以正南正北布局分布，居室都能够获得较好的日照、通风、保温等，因此形成了较为符合传统生态精神的建筑原型。建筑的形态比较简单，层高相对较低，外墙面积尽量少，减少了外墙的散热面积；建筑材料就地取材，来源于当地的木材、泥土、稻草等，利用泥土作为墙体材料，多数以土坯部分采用夯或垛的施工方式构筑成土墙，墙体厚实，屋顶用稻草铺膳或抹泥巴以便形成保温和防水层，形成了冬暖夏凉的空间环境；北墙不开窗或开小窗以避寒，防止冷风的渗入和热量的散失
3、；南向开较大的窗，以便接受更多的阳光辐射，取暖采用火炕、火墙和地炕，厨房也作为采暖的空间。建筑的形态由于保温的需要形成了朴实，厚重的特色，如图1所示。 图1沈阳传统住宅其节能设计措施主要体现在以下几个方面：表皮开口位置合理布局；窗的保温设计；墙体表皮保温材料；屋顶空气间层的设置。为了在冬季能够获得较舒适的室内热环境，在建筑的结构与建筑构造、建筑的空间组织等方面也形成了较为固定的模式。（1）表皮开口位置合理布局北方传统民居入口一般设在南向最佳的位置，入口设置门斗，在冬季，形成相对大的保温缓冲区，减少了冷风渗透和热量传递。同时，由于夏季相对也有相当长的炎热时间，因此在南北方向的开口平面位置和竖向高
4、度上在一条轴线上，努力营造室内的穿堂风。（2）窗的保温设计北方传统民居朝南方向基本上都是开大窗，这样的做法可以使建筑在冬季白天进入更多的太阳光，充分利用太阳能，提高室内温度，减少采暖和供暖能源的消耗。同时在窗的内侧设置保温窗帘或窗板，白天卷起，晚间放下。更为简单甚至外测用塑料密封，如图2。方法简单原始，需要人工才能完成，但保温效果亦明显。有的窗采用金属铝箔窗帘，经实测窗的热阻值提高2.4倍。在建筑表皮背阳的部位，一般开高侧小窗，仅用于夏季通风，多数背阳的窗口在冬季用草帘封闭，有的地方采用双层木窗，中间在冬季加一层塑料薄膜，减少传热耗能量达20%以上，且可以大量的防止冷风渗透。（3）墙体表皮保温
5、材料北方传统民居拥有独特的建筑表皮保温材料，除了使用木材、土胚以外，还使用大量的与城市建筑表皮材料不同的地方性材料，如火山浮石砌块、稻草板、粘土免烧砖、草泥拉合辫等节能保温材料。这些材料不仅在节省其制作时所耗能量，而且其保温效果均优于实心粘土砖。（4）屋面形态一般来说，南方湿热地区多风和暴雨，屋面表皮多采用坡度屋顶，便利于散水和建筑内部的通风散热；而在北方地区屋顶表皮多呈平屋顶，结构简单，有利于施工。寒冷地区的民居建筑屋面表皮通过调查发现多呈囤屋顶形式，有坡度的屋顶通过内部结构分析发现寒冷地区的民居建筑屋面内部附加了一层屋面吊顶做法，这样的做法可以有如下的优势：屋顶的外表皮呈坡状，由于在寒冷地
6、区冬季漫长，气温低，常日处于零下的状态，多降雪。降雪覆盖表面后很难融化，坡屋面可以通过坡度一方面减轻雪重负荷；另一方面在内部形成具有保温防寒的“空气缓冲区”，有利于提高建筑表皮的热工性能。3 建筑外表皮节能实现途径表1 典型组合窗户类型的传热系数比较窗框材料 玻璃类型 空气厚度 窗户传热系数() W/k铝合金 单层透明玻璃 6.4断热铝合金 单框双层透明玻璃 12 3.2Low-E中空玻璃 12 2.3PVC塑料/木 单层透明玻璃 4.7单框双层透明玻璃 12 2.7Low-E中空玻璃 12 1.83.1寒冷地区建筑表皮防寒问题分析目前在寒冷地区，建筑表皮的设计还存在着相当大的问题，主要有：建
7、筑表皮的外表面温度过低，经常有墙体表皮转角结霜、结冰现象；大面积的玻璃表皮裸露，保暖能耗量大；建筑表皮在主动获取太阳能源方面的措施相对比较少。建筑外表皮设计应该遵循“因地制宜”、“因时制宜”的原则，寒冷地区气候条件的特殊性要求建筑表皮应该从寒冷地区的气候出发，表皮设计应该主要集中在防寒保温层面上做文章，因此，应该在建筑表皮在墙体表皮、窗户表皮、屋面表皮三个关键部分做好其防寒。3.2墙体表皮的外墙外保温其建筑表皮利用复合保温外墙的构造做法节省能源，达到较理想的室内热环境。外保温复合墙体系是将保温材料置于墙体的外侧，对主体结构有保护作用，避免了因室外气候条件的改变而导致内部主体结构产生大的温度应力
8、，从而延长墙体乃至整个建筑的寿命；从热工角度上看，表皮外保温可以消除或减弱热桥的影响；同时，位于室内一侧的主体结构，由于蓄热能力较强，对房间的热稳定性有利，从而避免室温出现较大的波动；此外，外保温还具有不占用室内使用面积，对室内干扰小，便于住户的室内装修和旧房的外保温改造等优点。但是，外保温复合墙体也由其局限性，由于保温材料一侧处于大气环境之中，不断受温度、湿度、太阳辐射和风力等多种气候因素变化的影响，以及保温材料本身的特点与质量等因素，外抹面容易裂缝，从而影响房屋的使用和外观，因此，外保温复合强体系需进一步解决技术问题。3.3窗户表皮的防寒窗户是耗热的薄弱环节，约占总能耗的22，因此，窗户也
9、是节能的重点部位。改善建筑物窗户的保温性能和加强窗户的气密性是节能的关键措施。但是，加强窗户的气密性以减少空气渗透的同时，又能够保证室内最低限度的换气。沈阳的冬季有四个月时间窗户不易开启，室内的空气质量达不到基本的卫生要求，所以，窗的设计既要能够开启，又要有良好的密闭性。玻璃窗的优化设计可以在减少太阳光线的眩光程度、减少通过窗户的瞬变传导得热量和日射得热量至最小值的同时，保证建筑内获得最大的日照量。控制眩目光线的技术措施包括限制东西朝向的玻璃窗面积和数量，及遮阳设施和凹陷的窗台等；同样，通过采用热阻大、传热系数小的玻璃可以大大减少冬季所需热负荷及夏季冷负荷，改善人的舒适性程度。通过窗材组合设计
10、达到目的，如表1。综合比较了6种典型的组合窗户类型的传热系数，通过数值的具体对比，在不同的朝向方位，窗口可以采取不同的类型窗户，在进行实际工程的设计中的应用应该考虑实际的可行性。此外，在民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)规定：窗户(包括阳台门上部透明部分)面积不宜过大。不同朝向的窗墙面积比也应控制在：北向25%，东西向30%，南向35%。3.4屋顶天窗的保温绝热措施天窗在冬季晴朗的白天是集热构件，但是夜间若无保温设施，它的损失还是比较大的。白天获得的太阳能将低于夜间散失的热量。所以天窗的保温绝热措施对寒冷地区的建筑来说是十分重要的。下面是保温天窗的几种形式：（1）玻璃本身进行处理，如喷涂
11、镀膜的热镜玻璃,其对短波辐射的透过率，对长波辐射的阻挡率都明显高于普通玻璃，有一种低铁含量的玻璃，对短波辐射的透过率比普通玻璃高91，而对长波辐射的阻挡率也比普通玻璃高的多。（2）采用双层窗及多层窗系统，增强窗的密封性能，可有效地减少因对流和传导而损失地热量，双层玻璃窗比单层玻璃窗减少50的热损失。（3）采用保温窗帘或保温闸板等也都是可选择地办法。这种措施最好能和遮阳效能结合，使一种系统可身兼两种功能。4 结论随着能源的日益不足，建筑节能是可持续社会发展的迫切需要，因此，国家的发展应考虑农村民居建筑的发展要求。寒冷地区民居建筑的改造也是社会主义新农村建设的重点内容，在这方面仍还需要进行深入的认
12、真分析研究，提出有效的技术和实施方案，确保建筑行业的节能要求。参考文献： 1 夏云,夏葵,施燕.生态与可持续建筑M.中国建筑工业出版社,2001:18-192 吕爱民.建筑界面的膜效应. 建筑学报J.2004(2);66-673 金虹，张伶伶.北方传统乡土民居节能精神的延续与发展.新建筑J，2002(2):17-19 4 孙杰.传统民居与现代绿色建筑体系.建筑学J.2001(3):61-62Reference:1 XIA yun,XIA kui,SHI yan.Ecological and sustainable development architecture M. Chinese buil
13、ding industry press,2001:18-192 LV Ai-min. Membrane-effect of buildings spatial interface. Architectural JournalJ,2004(2):66-673 JIN hong,ZHANG Ai-ling. Continuity and developmnet of energy-saving spirit in traditional rural housing. New ArchitectureJ，2002(2):17-194 SUN jie. Traditional dwellings an
14、d Modern green builds system. Architectural JournalJ,2001(3):61-62作者简介：冯巍（1978- ）男，汉族，籍贯：辽宁沈阳，硕士，职称：助教；专业：建筑技术科学专业；从事生态建筑教学工作。联系电话：13854215802，Email: 通讯地址：山东科技大学青岛校区土建学院 冯巍（收） 邮编：266510The analysis of the house energy-saving in cold areasFeng wei，Li Hui-min, Xu li（College of Civil Engineering and Ar
15、chitecture，Shandong University of Science and Technology；Shandong Qingdao；Shandong；266510）Abstract：Acorrding to the local territory characteristic of the folk house in the cold area , pointing out that the building cuticle is the important component of the energy conservation. From the local territo
16、ry characteristic , analyse the current outside cuticle of the folk house situation in the cold area, bring forward the optimization measures of the energy conservation design, that has the important practical significance to the energy conservation reforms of the folk house.Keyword：cold Area；building；energy-saving Design