天津地区住宅建筑节能设计研究

成莞莞

天津渤海职业技术学院，天津 300402

1 前言

随着能源危机的不断加深，许多国家在加大力度节约常规能源的同时，开始尝试开发利用新能源。在能源的消耗中，建筑能耗在社会总能耗的所占比重不断增大，建筑节能越来越受到人们的重视。2017年我国建筑的运行能耗9.6亿t，占全社会总能耗的20%［1］。有关调查研究表明，在能源消耗中，建筑能耗在总能耗中约占25%～45%。我国从1986年对建筑节能做出明确规定以来，逐步制定并且实现了建筑节能30%～50%再到65%的要求。天津一直走在建筑节能的前列，居住建筑四步节能标准（在三步节能标准上再降30%，累计节能率为75%）已于2013年7月1日起正式实施。

2 天津地区情况介绍

2.1 地理概况与气候特征

天津位于华北平原北部，经纬度为：东经116°43'～118°04'之间，北纬38°34'～40°15'之间。其东临渤海，北靠燕山，海河流经天津，自古以来便是交通要道。天津作为首批沿海开放的城市，是中国北方最大的沿海开放城市。

在建筑气候分区上，天津属于我国第Ⅱ建筑气候区，为典型的“寒冷地区”，受季风环流的影响，属于温带大陆性季风气候。四季气候特征明显：春季风多，雨少干旱；夏季炎热，雨水较多；秋季凉爽，气温适中；冬季寒冷，少雪干燥。

2.2 建筑现状

天津市既有建筑大都采用的是砖混结构，多建于20世纪80年代，年久失修。建筑材料主要是普通黏土烧结砖和水泥砂浆，还有少量的钢筋混凝土，造成了房屋的保温隔热性能不良，使得天津地区冬季集中供热取暖和夏季空调制冷造成了一定的能源浪费。近些年，天津新建住宅面积处于平稳上升的态势。2017年、2018年和2019年房地产开发企业住宅新开工房屋面积分别为1822.72万m2、1862.93万m2和1973.81m2，一直保持较高水平。天津从1991年出台了第一步建筑节能设计标准，历经发展，2013年7月1日起正式实施居住建筑四步节能标准。截止2015年5月底，天津在建和建成四步节能居住建筑1522万m2，每年节煤能力高达280万t标煤，节约了大量能源［2］。因此，天津新建住宅建筑践行“四步节能”的要求，降低人工采暖能耗，节约能源势在必行。

3 节能改造措施

根据天津地理位置和气候特征，既有住宅建筑和新建住宅建筑可从外墙、门窗、屋面和阳台等方面采取节能措施，提高能源利用率。

3.1 外墙保温节能

外墙作为住宅建筑外围护结构的主构件，所占面积比例也最大，通过建筑外墙损失的热量大约占建筑总耗能的25%。因此，加强外墙保温对建筑节能起着极为重要的作用。外墙保温体系常用的有外墙外保温、外墙内保温、外墙夹芯保温和外墙自保温等。

天津市既有住宅建筑大都地处市六区，生活配套设施比较齐全，房屋拆迁改造成本相对较高，社会效益和环境效益不高；并且，大量的既有住宅建筑仍还有较长的使用价值，有的甚至还有一定的文物保护价值。因此，为了不影响住户的正常生活和不破坏室内原有设施，天津市既有建筑的外墙节能改造可以采用外墙外保温体系，在原来墙体的外侧增设一层或者多层保温层，保温层材料可以选用岩棉板、模塑聚苯板或膨胀聚苯板（EPS板）或者聚苯乙烯挤塑板（XPS板），三种保温材料的主要性能如下表1所示。新建多层或者中高层住宅建筑，在满足承载力的前提下，为了降低造价和施工难度，可以选择外墙自保温体系，采用砌块墙体，比如蒸汽加压混凝土砌块墙体、陶粒混凝土空心砌块墙体、泡沫混凝土砌块墙体等；也可选择外墙夹芯保温体系，比如选用集承重、保温、围护和防火于一体的CS墙板［3］等。新建高层和超高层建筑，考虑结构布置形式和承重的要求，可选用外墙外保温系统，并在保温层外部进行薄抹灰处理，所用保温材料与既有建筑节能改造所用材料相同。需要注意，在薄抹灰保温层的抹面胶浆中要压入复合耐碱网格布，提高其抗裂性能。

表1 三种保温材料主要性能比较

3.2 门窗

门窗的热量损失主要是通过外门损失的，约占围护结构总能耗的40%～50%。门窗主要通过传导、对流和辐射损失热量，传导主要是框扇与玻璃的热传递；对流主要表现在中空玻璃间气体层的流动以及窗扇、窗框缝隙中气体的渗漏［4］；辐射主要是窗户玻璃的辐射耗能。目前，市场上常用的节能门窗类型主要有塑钢门窗、铝合金门窗、断桥铝门窗、实木门窗等，随着建筑节能力度的不断加大，断桥铝门窗在建筑工程中得到了广泛的应用。天津地处寒冷地区，昼夜温差较大，新建和既有住宅建筑选择门窗类型时要慎重选择窗户玻璃类型，建议优先选择Low-E镀膜玻璃和中空玻璃；框腔建议多采用两腔或三腔，窗周边用低传导间隔条密封。门主要是入户门，可在门板内加贴岩棉板、玻璃棉等保温材料，门框的缝隙用密封条堵塞，有特殊需求可以安装自动关门器，提高入户门的密闭性和保温性，减少热量的损失。

3.3 屋面

屋面作为建筑物最上部的围护结构，通过建筑屋面损失的热量约占建筑物总耗热量的9%，且屋面的保温处理不当可能会引起建筑顶层墙体开裂。常见的节能屋面有正置式或倒置式保温屋面、种植屋面、蓄水屋面、反射屋面、通风屋面和太阳能屋面等［5］，做法和特点如下表2所示。

天津属于典型的“寒冷地区”，新建住宅建筑建议根据不同需求选择正置式或倒置式保温屋面、种植屋面和太阳能屋面；既有建筑由于建筑服役时间较长，部分屋面防水能力较弱，建议选择正置式、倒置式保温屋面或太阳能屋面对原屋面进行改造。

表2 各种节能屋面做法和特点

3.4 阳台

阳台作为室内与室外环境过渡的桥梁，具有采光、通风、观景等功能。阳台部分降低能耗、节约能源可以通过合理选择阳台进深、分隔方式和平面布置形式。天津地区新建住宅建筑在设计时，对于封闭阳台进深尽量选择1.2～1.5m之间；分隔方式的选择，在保证室内温度、太阳辐射能量和阳台景观功能的前提下，可以选择在居室与阳台之间设置全玻璃推拉门；平面布置形式尽量选择梯形平面形式，既节能又丰富建筑立面［6］。对于既有住宅建筑阳台改造，主要采取保温密封的形式，可以在阳台与居室贯通部分设置推拉门或者全玻璃推拉门，减少阳台部分热量的损失。

此外，对于新建建筑要加大开发和利用新能源的力度，并探索改进供热系统，由原来的的一户一环按面积征收取暖费改成按热计量收费，用多少交多少，提高人们的节能意识。

4 结语

建筑节能是当前全球性的发展大趋势，我国从20世纪80年代以来一直在加快建筑节能的步伐，逐步制定并且实现了“一步节能”、“两步节能”、“三步节能”和“四步节能”，即建筑节能30%到50%到65%再到75%的要求。现在大部分城市已经达到了“三步节能”的标准，部分城市在探索并逐步实现“四步节能”的标准。天津一直走在建筑节能的前列，并已于2013年开始正式实施居住建筑“四步节能”。建筑节能是一项系统工程，有利于建筑行业健康可持续发展，也是我国建设节约型、和谐社会的需求，需要国家、行业、企业与个人共同努力，通过建筑节能减排，提高经济效益的同时，提高人民生活的环境效益。