节能保温的角度内蒙古高层建筑节能设计

摘 要：内蒙古属于大陆性气候,不仅气温变化幅度大,而且存在季节性变化的风向,建筑物冬季的采暖通常需要耗费大量高成本的能量.目前内蒙古按照《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ26—2010）进行高层居住建筑的节能设计,在节能率、耗热量、耗煤量等方面都有标准依据.本文将在该标准的基础上,从节能保温的角度出发,对内蒙古的地理和气候特征展开详细研究,分析影响内蒙古高层建筑节能保温的因素,然后探讨具体的节能设计方法.

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一、内蒙古高层建筑节能设计的现状

内蒙古城镇化发展速度越来越快,据不完全统计,自治区房地产开发投资规模高达200多亿元,能耗成为高层建筑设计需要共同面对的难题之一,这将对内蒙古建筑节能设计提出全新的要求.冬季采暖如何节能保温,是高层建筑设计需要重点解决的问题.内蒙古属于中温带季风气候,很多地区每年的冷季长达5-6个月,其中1月份最低气温为32℃,属于严寒地区.这种气候特征,要求建筑物围护结构的热工性能能够满足冬季的采暖需求,并在体型系数、窗墙比、屋顶保温、外墙保温等,都有一定的设计要求.目前内蒙古按照《公共建筑节能设计标准》、《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》等展开高层建筑的节能设计工作,建筑物的耗能指标、采暖耗煤量指标等,都参照这些规范标准进行设计的.设计时需要综合考虑的能耗影响因素,包括建筑体型系数、墙面日辐射、朝向、窗墙比、材料热特性指标、单体平面尺寸等,譬如很多高层建筑物将南面墙面面积设计得比较大,由该墙面吸收热量,补充往外扩散的热量；再如内蒙古赤峰市冬季多为西北风,在保温条件一致的情况下,同一栋高层建筑的西单元住户会感到室内温度低于东单元住户,这表示前者室内的耗热量多.由此可见,内蒙古高层建筑的节能设计,需要综合考虑内蒙古本身的气候特征,然后展开针对性设计.

二、内蒙古高层建筑节能保温设计的建议

为了提高节能保温设计的针对性,笔者将结合内蒙古的气候特征,以及目前高层建筑节能设计的现状,从外墙保温、屋顶保温和其他节能技术应用的角度,对节能采暖设计提出若干建议：

(一)外墙保温技术

外墙将室内与室外的环境隔开,在内蒙古高寒地区,外墙要经过特殊处理,否则室内热量会通过墙体流失.常见的外墙保温技术是外保温技术,笔者也建议在内蒙古推广应用.因为内蒙古高寒采暖区容易产生热桥,会使得内墙和外墙内侧潮湿、结露和渗水,外保温通过利用保温防火材料,将内墙和外墙交接位置的热桥隔断,从而起到节能保温的效果.针对薄抹灰、现浇混凝土、砂浆料三种不同的外墙,可分为三种不同的外墙外保温方法,首先是薄抹灰外墙保温系统,采用保温防火材料作为隔热层,以薄抹灰作为防护层,固定在基层的墙面上,然后在外面涂刷饰料,即可起到保温的效果,这种保温设计方法需要保持基层墙面的平整清洁,而且确保胶粘剂能够满足各层的集中荷载,同时控制好涂胶的面积,提高基层墙体的平整度.其次是现浇混凝土外墙外保温系统,采用岩棉.OPF板等达到保温防火材料作为隔热层,在浇筑混凝土的时候放置在墙体的外侧,在拼装的时候板间邻边要满刷胶,并用电烙铁钻机锚栓定位.再次是胶粉聚苯颗粒外墙保温系统,利用胶粉聚苯颗粒作为隔热保温层,用现场抹灰的方法,控制隔热保温层的厚度和按照立面要求设置分割线,用外涂料或者面砖饰面,形成完整的外墙外保温系统.以上这三种方法都适用于内蒙古高寒地区的高层建筑外墙施工,而且材料成本低,容易施工,可以将整栋建筑物的外墙统一粉刷,扩大了高层建筑施工设计实用价值.

(二)屋顶保温技术

内蒙古高寒地区的高层建筑物通常都装备了空调设备,其屋顶要设计成保温的屋面.屋面保温技术要求材料具备良好的隔热保温性能和抗冻性能,譬如矿棉、膨胀蛭石、玻璃棉等.保温屋面有正置式和倒置式两种,其中前者属于封闭式的保温层,热工性能优越,其设置原理是将保温隔热的材料层设置在钢筋混凝土屋面之上,然后再设置防水层等；后者有利于避免内部结露,采用吸湿性比较小的憎水材料,在结构层上面设置防水层的基础上,再设置聚苯乙烯泡沫塑料板等保温层,并用混凝土板压住保温层材料.内蒙古地区从屋顶传入室内的热量,要多于从墙体传入室内的热量,可以结合建筑物本身屋顶的结构特点,利用通风、种植、蓄水、反射降温等方法隔热.首先是通风隔热,即在屋顶设置架空的通风层,用于阻挡阳光辐射和减少室内热量的损失,一般架空层的高度为200nn左右,否则会影响架空层里面的风速,内蒙古很多地区设置了阁楼空间,这些阁楼的楼板要保温处理,并提高通风口开启和关闭的灵活性,提高阁楼的气密性水平.其次是种植隔热,利用土壤和水分蒸发的作用,减少室内的温度向室外扩散.再次是蓄水隔热,但比较适合天气炎热的南方地区,内蒙古地区适用性水平不高.最后是反射降温隔热,这种隔热的原理是利用屋顶材料吸收辐射热量,将有效热量传递到室内.

(三)建筑节能技术的采用

高层建筑采暖节能主要针对墙体、门窗、屋面三个方面,墙体节能技术和屋面节能技术上面已述,另外通风模式节能玻璃幕墙、断热节能铝合金门窗、Low-E玻璃等,也是围护结构隔热的常用技术.譬如断热铝合金门窗,用导热系数低的非金属材料连接内侧和外侧的型材,形成减少热量传导的断热桥.在采暖系统方面,太阳能、地源热泵、水源热泵等,都是采暖系统的新能源技术,空调热水系统对太阳能的利用,其原理是利用太阳能集热器产生热水,有节能和环保的优点,而地源热泵和水源热泵,通过收集、输送、流量稳定、温度稳定等流程,冷却后供以洗浴、桑拿等,可为建筑冬季采暖节约一大笔费用.譬如在冬天的时候,地源热泵可以储蓄冷能量以备夏天使用,又能提高大地中的低位热能向建筑释放热量供暖；夏天的时候,地源热泵可以利用冬天储蓄的冷能量进行降温,又可以将热量储蓄起来以备冬天使用,地源热泵系统中的热换器是埋在地里的,它可以吸收热量,也可以释放热量,不像空调系统那样会产生热及噪音污染,也不会排放任何废气,废水,废渣,非常符合环保理念的要求.再如太阳能的使用,通过在屋顶装置太阳能板,高效率的采集太阳能,并储存起来,根据房内的需求,可以通过自身的太阳能自动控制系统自动地向室内热冷风和热水的供应.太阳能装置还可以接入电力网,在用电低峰的时候可用太阳能供水、供暖；在用电高峰的时候,则可切换到电力网中进行供电,这样太阳能的利用效率就得了大大的提高.

三、结束语

综上所述,内蒙古属于严寒地区.这种气候特征,要求建筑物围护结构的热工性能能够满足冬季的采暖需求,并在体型系数、窗墙比、屋顶保温、外墙保温等,都有一定的设计要求.因此,为了提高节能保温设计的针对性,我们需要结合内蒙古的气候特征,以及目前高层建筑节能设计的现状,从外墙保温、屋顶保温和其他节能技术应用的角度,对节能采暖设计提出一系列的建议.