寒冷地區綠色建筑節能構造解析

趙云帥

（貴州高原明珠建設工程設計有限公司，貴陽 550081）

1 前言

在當前的社會環境下，人們的綠色環保意識也在不斷提升，從而使節能理念在建筑行業內得到了廣泛的普及，很多建筑企業也在這種情況下大力發展綠色節能型建筑，在建筑構造中開始運用綠色節能的施工技術[1]。由于建筑行業屬于高耗能行業，也是影響環境的主要因素，而我國在世界上又是最大的能源消耗國家，為了推動城市化進程，降低能源消耗，建筑行業也要普及綠色建筑，在最大程度上避免資源浪費，做好環境保護措施，為人們創建高效、環保的使用空間。尤其是一些寒冷地區，因為建筑能源消耗比其他溫暖地區更多，因而更需要重點發展綠色建筑，并做好綠色建筑的節能構造設計工作，以此提高綠色建筑的節能效果。

2 我國寒冷地區的低能耗綠色建筑發展現狀

相比于國外的綠色建筑發展歷程，我國的綠色建筑研究起步比較晚，一直到20世紀90年代才有綠色建筑的概念。之后因為考慮到社會發展形勢與行業需求，我國先后制定了一系列綠色建筑的政策法規，為國內綠色建筑的健康有序發展奠定了良好的基礎[2]。而寒冷地區因為當地獨特的氣候條件，對于綠色建筑的技術體系也提出了相應的要求，還需要適應寒冷地區的低能耗綠色建筑發展路徑。一方面是因為寒冷地區氣候特點是冬季嚴寒持續時間較長，夏季時間短，且氣候涼爽。尤其是像東北這樣的寒冷地區，冬季冷凍期很長，積雪后的太陽輻射量相對較大，日照資源比較豐富。因此，寒冷地區的建筑物在總的規劃和單個設計方面，還需要滿足冬季日照、防寒保暖等相關要求，同時要保證建筑物的密閉性，并充分利用太陽能等天然能源的節能措施，建筑物的能耗也要以冬季采暖為主。

但是，隨著城鎮化建設的推進，寒冷地區的建筑項目也在逐年增多，建筑規模也在持續壯大。以當前的節能建筑為視角，其占比仍然較低，尤其是可以降低耗能的節能型綠色建筑占比更低。并且，以綠色住宅建筑的節能設計標準為主，普通的綠色建筑門窗、屋面節能構造的保暖隔熱效果也難以達到住宅建筑的節能設計標準。與相同緯度的發達國家相比，我國的住宅建筑的單位能耗要高發達國家4~5倍，屋頂的能耗量高4倍左右，門窗能耗則2倍左右[3]。因此，我國的寒冷地區綠色建筑項目的主要問題在于建筑圍護結構的節能構造設計不合理，從而導致建筑物熱功性能較差，造成熱能耗與熱損失較多。為了改善寒冷地區綠色建筑的節能效果，還要積極研究適用于寒冷地區的綠色建筑節能構造設計方案。

3 綠色建筑設計理念的應用原則概述

3.1 節能低耗的應用原則

寒冷地區為了減少能源消耗，要加強發展綠色建筑。而在綠色建筑的設計理念下，建筑物的設計還要以保證生態環境的可持續性發展為原則，目的是為了提升人們的生活質量，滿足人們健康環保、低碳高效的生活需求。因此，綠色建筑在設計時還要實現資源利用率的最大化，促進資源循環利用，并在最大程度上利用可再生資源與可降解能源。同時，綠色住宅建筑還要滿足宜居性，提高綠色建筑的節能效率。對于生態宜居住宅的設計，也要考慮當地的經濟、環境、經濟成本與社會長遠發展需求，并重視綠色建筑的后期效益。

3.2 經濟環保的應用原則

現代綠色建筑在建設的過程中，要確保施工期間的各個環節都能達到低污染、低消耗的效果，要減少資源浪費，并充分利用不可再生資源。在當前的綠色建筑節能設計中，還要以達成現代綠色建筑為根本，嚴格控制建筑施工成本，以免導致綠色建筑施工中出現浪費資金的情況。同時，利用現有的資源實現經濟效益最大化，在保證施工質量的情況下，降低成本，從而提升綠色建筑的經濟價值。

3.3 健康舒適性應用原則

在設計住宅建筑時，應達到綠色建筑的設計標準，為居民創造宜居的生態化居住環境，提升人們的日常生活質量。同時，為人們提供舒適的居住空間，健康的戶外休閑活動環境，從而使人們在居住環境內感受到舒適和放松。在進行綠色建筑設計時，還要保證溫濕度適宜，采光條件良好。對于寒冷地區，則要充分考慮建筑物的采暖條件，在滿足人們居住舒適度的情況下，還要減少能源消耗。因此，寒冷地區的綠色建筑節能構造設計十分重要，主要是為了保證室內保暖防寒，人們居住環境的健康舒適性。

4 寒冷地區綠色建筑物的能源消耗途徑與保溫材料選擇

4.1 寒冷地區綠色建筑物能源消耗的途徑

根據相關資料的數據顯示可知，我國建筑物在2018年的碳排放總量在全國碳排放中占比51.3%，建筑物在能源消耗方面占社會消耗能源總量的46.7%，采用傳統方式的建筑能源利用率為33.0%，但因建筑耗能產生的碳排放量在全球碳排放中占比則高達25.0%。在這種背景下，加強發展低耗能的建筑已成為建筑行業節能減排，實現綠色環保、低碳排放和可持續發展的關鍵措施[4]。而寒冷地區的建筑物能耗通常是由圍護結構的熱傳導和冷風滲透等因素導致，圍護結構的散熱量在采暖熱耗中占比超過三分之一，如果建筑物的圍護結構保溫隔熱性能良好，不但可以在一定程度上減少冬季室內傳出的熱量，還能減少因室內溫度適宜而需要的采暖和制冷能量。同時，綠色建筑節能構造主要按照圍護結構界面來劃分，除了墻體節能外，還包括門窗和屋面節能。而對綠色建筑圍護結構的保溫隔熱狀態做進一步改善，也可以有效節約資源。結合當前的綠色建筑節能發展趨勢看，綠色建筑節能通過高效的保溫隔熱材料為途徑，對屋面進行保溫，防止室內出現外熱交換的現象，提高建筑節能性，減少能源消耗和控制建筑物體形系數、選擇合適的朝向、采用合理的節能構造措施，以免出現熱橋現象。

4.2 寒冷地區綠色建筑物保溫材料的選擇

一般情況下，寒冷地區的建筑節能主要是在改善建筑圍護結構墻體保溫效果，提升可用設備使用效率，對可再生能源進行合理利用和強化管理用能設備運行等方面著手。而綠色建筑的墻體節能主要指的是外墻保溫措施，外墻在采取保溫方法后，可降低外墻傳熱系數、耗熱量與建筑能耗。同時，保溫材料的選擇與施工也需要考慮建筑物使用要求、建筑結構形式、防水處理措施、環境氣候條件與施工條件等因素，在選擇保溫材料時還要確保其吸收率低、熱導率、表觀密度較小，還有一定強度。除此之外，綠色建筑保溫隔熱材料主要為礦物棉、玻璃棉等，在綠色建筑墻體、屋頂與周邊地面都可以使用這些保溫材料，從而使建筑圍護結構中的各種傳熱系數下降。除此之外，由于保溫層厚度也會影響建筑保溫效果，因此在設計綠色建筑時，還要增加保溫層厚度，提升圍護結構絕熱性能，降低采暖成本，但在此情況下，也會增加圍護結構建筑成本。因此，綠色建筑保溫層厚度的有效選擇對改善建筑節能效果和提高建筑經濟性有積極的影響作用。在對保溫材料做出選擇后，還要以建筑氣候分區和體形系數為準，明確最小傳熱系數，再對保溫層厚度做出合理選擇。

5 寒冷地區綠色建筑的節能構造研究

5.1 外墻節能構造分析

綠色建筑圍護結構在進行設計時，圍護結構的熱工性直接決定了室內外熱量的傳遞效果，進而會影響建筑空調的供暖負荷。以當前的研究結果來看，不同氣候條件下的各種建筑圍護結構熱工性能對建筑能耗的影響也存在明顯差別[5]。而在寒冷地區，綠色建筑的圍護結構以不同地區的氣候、建筑物使用要求為依據，及時對建筑外圍護結構的隔熱保溫問題進行處理。當前，建筑物外墻節能方式主要為建造復合墻，主要是在墻體內各個位置修筑保溫隔熱層，形成外墻夾心保溫、外墻內保溫和外墻外保溫三種類型的復合墻。

首先，外墻內保溫是在外墻內側置入保溫材料，而外墻內保溫對飾面和保溫材料防水、耐候性等的要求相對較低，內保溫材料被樓板分隔，只在一個層高范圍內施工，無需搭建腳手架。但在長期的實踐中發現，外墻內保溫也存在諸多不足之處。比如很多種類內保溫做法因材料、構造與施工等因素，飾面層會開裂，室內使用面積用內保溫，導致用戶很難對室內進行二次裝修，也無法在室內吊掛飾物；在對已有建筑進行節能改造時，會在很大程度上干擾居民日常生活；因為構造柱和圈梁等會引發熱橋效應，導致熱損失加大，而采用內保溫，主墻體層度越薄時，保溫層越厚，熱橋現象越嚴重。在寒冷地區的冬季，熱橋不會導致額外熱損失，但會導致外墻內表面潮濕結露，甚至造成外墻內出現淌水和發霉的情況。其次，在外墻中間放置保溫材料即為外墻夾心保溫，內外側墻的建筑材料以傳統的磚與混凝土空心砌塊等為主，而傳統材料的防水、耐候性較好，可以保護內側墻與保溫材料，對保溫材料、施工條件與季節要求都不高，不會影響冬季施工。最后，一般情況下外保溫墻適用于有空調與采暖需求的居民住宅與工業建筑，既能夠在新建的建筑物中使用，也可以用在以往建筑節能改造中。而且，外保溫具有防止熱橋產生、能夠使建筑物冬暖夏涼、確保主體墻體使用壽命延長等優點，被廣泛用于綠色建筑節能構造設計中，具有顯著的效益。

5.2 門窗的節能構造分析

在寒冷地區，建筑物冬季采暖能耗占比較高，為了提高綠色建筑的節能效果，要降低非透明圍護結構的太陽的熱系數[6]。在建筑物圍護結構中，天窗、窗戶與陽臺門等均屬于透明圍護結構，絕熱性較差，導致室內熱環境、建筑節能效果會受到一定影響。有相關數據統計表明，在冬季供暖的情況下，單玻璃窗損失的熱量在供熱負荷中占比高達30%以上，由此可知，門窗是房屋熱量散失的重要影響因素。門窗低傳熱性與高密封性也在很大程度上影響了建筑節能的效果。因此，在進行門窗節能設計時，要最大限度縮小門窗面積，對門窗與墻體的比例進行合理控制，提升門窗氣密性，以免冷氣進入室內，造成傳熱損失。此外，門外要設置門斗，以免出入時室內損失大量熱量，并用雙玻璃單框復合窗，以便使綠色建筑物達到防寒保暖的效果。

5.3 屋面的節能構造分析

以保溫的角度來看，冷熱氣流分別是向下和向上運動的，屋頂能夠截住熱氣流，防止熱量散出室外。因此屋頂作為主要的建筑物圍護結構，能起到相應的隔熱保溫作用，也是建筑節能的主要影響因素。根據相關的建筑熱工設計規范要求，寒冷地區還需要滿足冬季保溫采暖的要求，部分地區還需要兼具夏季隔熱的要求。但在當前的寒冷地區綠色建筑節能構造設計中，由于寒冷地區的屋面存在保溫層，冬季可以起到保溫效果，夏季也可以發揮其隔熱作用，通常不需要再做隔熱處理。為了防止出現熱橋的情況，屋面和女兒墻處還需要做好相應的節能構造措施。

6 結論

在當今大力發展綠色環保節能建筑的環境下，開發新能源和節約能耗在建筑行業內都需引起重視，而是否能夠有效利用資源，減少能源消耗也關系到全球的經濟發展。在寒冷地區，綠色建筑為了實現有效節能，通常會選擇高效保溫隔熱材料，并優化綠色建筑的構造，以免出現熱橋。因此，在進行寒冷地區的綠色建筑節能設計時，要保證綠色建筑的美觀性，及其功能性和生態環境相統一，借助自然環境下的風霜雨雪、綠化和太陽能等資源，在改善空氣質量的情況下，也為人們創造了舒適的居住環境，減少對機械系統的依賴，降低對不可再生資源的消耗和浪費。