寒冷地区居住建筑外表面的节能

【摘 要】我国寒冷地区居民在对传统民居建筑外表皮的防寒保温措施上多年来积累了很好的经验,当地的人们结合自然气候、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.

【关 键 词】寒冷；地区；居住；建筑；外表面；节能

在北方寒冷地区居住建筑工程中,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,护结构表面的防寒保温设计是节能设计的重点.我国寒冷地区居民在对传统民居建筑外表皮的防寒保温措施上多年来积累了很好的经验,当地的人们结合自然气候、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.

1建筑表面节能分析

调研和习惯发现：大部分居住建筑以正南正北朝向布局分布,居室都能够获得较好的日照、通风、保温等需求,因此形成了较为符合传统生态精神的建筑原形.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；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.

1.1表面开口位置合理布局

北方传统民居出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向外传递.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度上在一条轴线上,努力营造室内的穿堂风.使炎热季节室内凉爽.

1.2窗的保温设施

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的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帘板,白天卷起,晚间放下.更为简单甚至外侧用塑料密封.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,经实测窗的热阻值能提高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,且可以有效地防止冷风渗透.

1.3墙体表面的保温结构

北方传统民居拥有独特的建筑表面保温材料,除了使用木材、土坯以外,还使用大量的与城市建筑表面材料不同的地方性材料,如火山浮石砌块、稻草板、黏土免烧砖、草泥拌合辫等节能保温材料.这些材料不仅在节省其制作时损耗能量,而且其保温效果均优于普通砖.

1.4屋面结构处理

一般来说,南方湿热地区多风和暴雨,屋面表层多采用坡度屋顶,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许多呈平屋顶,结构相对简单,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,这样的作法可以有如下的优势：屋顶的外层呈坡状,由于在寒冷地区冬季漫长,气温低,经常处于零负温的状态,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”,有利于提高建筑表面的热工性能.

2建筑外表面节能的考虑

2.1寒冷地区建筑表面防寒分析

目前在寒冷地区,建筑表面的设计还存在着相当多的具体问题,主要有：建筑表面的外表面温度过低,经常有墙体表面转角结霜、结冰现象；大面积的玻璃表面裸露,保暖能耗量大；建筑表面在主动获取太阳能源方面的措施相对比较少.

建筑外表面设计应该遵循“因地制宜”、“因时制宜”的原则,在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气候的实际出发,建筑表皮设计应该主要集中在防寒保温层面上做文章.因此,应该在建筑表面在墙体表皮、窗户表面、屋面表层三个关键部位做好其防寒保温材料及措施处理.

2.2墙体表面的外墙外保温

其建筑外表层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,从而延长墙体乃至整个建筑的寿命；从热工角度上看,表面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地波动.因此,外保温复合墙体系需进一步解决容易产生质量问题和技术问题.

2.3窗户外表层的防寒构造

窗户是耗热的最薄弱环节,约占总能耗的35％～40％,因此,窗户也是节能的重点部位.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所在,也是节能成败的重点.但是,在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.西北冬季有5个月时间窗户不宜开启,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.

通过窗材组合设计达到目的.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,窗户可以采取不同的类型窗户,在进行实际工程的设计时的应用中必须考虑实际的可行性.

2.4天窗的保温绝热措施

天窗在民居建筑中较少设置,但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,它的热损失还是比较大的.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.

3结语

随着世界性能源的日益短缺,建筑节能是可持续发展的迫切需要.因此,国家的发展必须考虑到广大农村民居建筑的要求.寒冷地区民居建筑的改造是社会主义新农村建设的重点内容,在这方面仍需要进行深入的认真分析研究,提出有效的技术和实施方案,确保居住建筑必须达到整体节能的要求,村镇建筑节能是不容忽视的大课题.