基于低碳理念的东北严寒地区高层住宅围护结构低能耗设计

赵鹏 刘沣元 李朝阳 孟勐

摘 要 本文分析寒冷地区高层住宅设计的特点，选取高层住宅这个一大量性建筑类型作为研究设计对象，提出对东北严寒地区高层住宅建筑节能具有影响的设计因素——形状、长度、宽度、高度以及建筑围护结构，并选取齐齐哈尔已经建成的高层住宅进行调研，针对东北地区高层住宅存在的高能耗问题，以设计出高节能并具有东北高层住宅特色的建筑结构样式为目标进行设计研究。通过对黑龙江省高层住宅冬季能耗分析，总结出目前适应性气候下，东北严寒地区节能面临的主要问题以及由于建筑能耗损失主要原因。提出适用于东北严寒地区高层住宅气候适应性设计方案，从建筑设计布局、高层建筑围护结构设计与新材料运用入手。并结合黑龙江省高层住宅节能改造工程实际案例，将围护结构低能耗设计在东北严寒地区高层住宅在改造工程中运用，验证东北严寒地区高层住宅围护结构低能耗设计实操性，并为东北严寒地区高层住宅在低能耗设计提供的新参考。

关键词 东北严寒地区;气候适应性;高层住宅;围护结构低能耗设计

国家标准《民用建筑设计通则》（GB50352-2005）将中国划分为 7 个主气候区，20 个子气候区，并对各个子气候区的建筑设计提出了不同的要求，反映出建筑和气候两者的科学关系[1]。 根据设计通则中细分的建筑气候区划，严寒地区是指一月份平均温度低于零下十摄氏度，七月份平均温度高于二十五摄氏度的区域，这个区域冬季严寒而漫长，夏季温暖

而短促，年平均温差很大。本文中的工程设计地区，黑龙江省黑河市属于严寒地区——Ⅶ气候区中的ⅦD 气候区。此地区高层住宅建筑设计应注意到以下因素，黑河地区冬季漫长且异常寒冷昼夜平均气温在-17.1至-27.2℃之间，高层建筑防寒以及在冬季能源消耗散失情况严重，所以，在高层建筑单体密闭性、高层建筑围护应充分考虑到，严寒地区高层住宅设计的实际特点，采用新材料以及新型围护结构设计，并充分考虑到昼夜大温差、大风、暴雪对建筑能耗损失的不利影响。从项目所在地的气候分区特点严寒地区热工设计特点，结合我国高层住宅建筑能耗情况，研究高层住宅围护结构设计低能耗设计方法，给出符合严寒地区高层住宅气候适应性围护设计方案。

1受气候适应性影响下的严寒地区高层建筑能耗影响因素

（1）高层外墙围护对能源的影响。针对东北地区冬季漫长气候寒冷特点，外墙维护设计从环境、技术层面，提出影响严寒地区高层建筑能耗设计因素分析，在影响高层建筑外墙围护隔热性能，外墙围护防火、抗裂、防水性、结构上的耐久性上进行具有针对性的设计。国内传统围护墙体设计中，外墙围护设计中多采用土石结构，单纯从墙体加厚从而降低能耗损失因素。随着建筑样式的不断变化，传统土石结构的围护墙体结构无法满足高层住宅设计施工需求。同时在严寒地区高层住宅建筑围护施工过程中，应充分考虑到地区气候适应性对围护墙体的影响[2]。

（2）高层外墙围护低能耗设计应用。针对严寒地区环境气候特点，围护外墙对于保温系统应用来讲，保温层材料芯材选择多以高密度基苯板类、硬质地挤塑材质与决燃石棉材质为主，底材多以防潮防腐铝箔或铝锌板为主。对于新材料的不断开发使用，极大减弱了建筑中的“热桥”的影响，对于围护墙体中的能源损耗集中部位，如墙角、伸缩缝等出进行处理，极大缓解了“热桥”现象的产生。良好的围护保温层有利降低高层住宅墙体开裂概率，而这种围护设计是对高层住宅墙体低能耗设计一条省时省力的有效途径。

（3）影响高层住宅围护设计因素。东北严寒地区高层住宅围护设计应充分考虑到，极端天气情况影响下使高层围护设计面临短时间内的温度剧烈波动。同时，剧烈的天气变化会对保温层产生破坏，从而影响建筑主体保温系统。为避免极端天气对建筑围护保温层的影响，在设计之初应重温考虑地区提后因素，设置合理宽度伸缩缝，避免围护墙体产生开裂破损。

2东北严寒地区高层住宅低能耗建筑围护设计

2.1 外墙保温技术解决热桥现象降低能耗损失

高层住宅围护墙体成为建筑能耗损失的主要环节，为了降低能耗损失建筑围护设计，对于墙体保温可以选择形式分为：外墙外保温、外墙内保温、夹芯保温。根据这三种前提保温技术的特性，外墙外保温技术通过在围护外墙表面设置保温层，通过对外墙保温技术的应用，保护了建筑围护墙体结构，并减少了外界严寒气候对建筑围护墙体的侵蚀，外墙保温不但保证了建筑室内的能源损耗的降低，更增加了建筑使用周期年限。外墙保温保证了高层建筑低能耗围护设计目的，消除热桥现象室内不会因温差产生结露，常见的外墙保温材料有石墨聚苯板。

2.2 门窗户低能耗设计

门窗是东北严寒地区高层住宅热交换最为活跃关键部位，高层门窗能源损失是围护墙体的 4～6 倍，东北严寒地区高层住宅窗户低能耗设计通过控制创墙比例、窗子开启方式、隔温玻璃的三方面能够得到控制。《民用建筑低能耗设计标准》规定北向、东西向和南向窗墙面积比分别不应超过 25%、30%和 35%。选择合适的窗墙比既满足了室内采光通風的需求，更多的是减少窗子开启方向带来的能源损耗，并选择适合的节能玻璃，常见的节能玻璃有中空或真空玻璃、热反射玻璃、Low- E 玻璃、贴膜玻璃[3]。

2.3 体形系数控制降低东北严寒地区高层住宅能耗损失

建筑围护面积与能耗损失成正比，通过对建筑外感的整体规划减少不必要的建筑外表面，达到降低建筑能好的目的。

以围护结构低能耗设计式标准要求，结合东北严寒地区气候情况特点，探索围护结构低能耗设计保温隔热的做法，解决东北严寒地区高层住能耗过高的现状。通过对高层住在外墙围护保温设计、窗户构造、体形系数等方面分析研究，实现东北严寒地区高层住宅低能耗的目标，为改善东北严寒地区居住环境提出解决方案。

参考文献

[1] 民用建筑设计通则（GB50352-2005）[S].中国建筑工业出版社，2005.

[2] 刘加平.绿色建筑概论[M].北京：中国建筑工业出版社，2012（11）.

[3] 住房城乡建设部.《被动式超低能耗绿色建筑技术导则（试行）（居住建筑）》印发[J].建设科技，2015（23）：17.