寒冷地區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)

1、 寒冷地區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計(jì) -以西安外國語大學(xué)長安校區(qū)南區(qū)6#教師公寓為例學(xué) 院：長安大學(xué)建筑學(xué)院專 業(yè)：建筑學(xué)姓 名：王洋學(xué) 號(hào)：2021141014課 程：生態(tài)建筑理論二一三年七月寒冷地區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計(jì) -以西安外國語大學(xué)長安校區(qū)南區(qū)6#教師公寓為例姓名：王洋 指導(dǎo)教師：張陽【摘要】：隨著世界不可再生能源的日益匱乏，節(jié)能建筑設(shè)計(jì)已得到了越來越多人的關(guān)注與認(rèn)可。節(jié)能建筑設(shè)計(jì)作為一種技術(shù)性的建筑設(shè)計(jì)，其形制受氣候因素影響頗大，而本文僅以寒冷地區(qū)西安外國語大學(xué)長安校區(qū)南區(qū)6#教師公寓為例，通過圖表分析模式，得出在寒冷地區(qū)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)注意的原那么與方法?！娟P(guān)鍵詞】寒冷地區(qū) 建筑節(jié)能設(shè)計(jì) 圖表分析

2、模式 原那么與方法引言：近年來，隨著不可再生能源在工業(yè)化生產(chǎn)中的大量應(yīng)用，人們的生存環(huán)境日益遭到嚴(yán)重的污染與破壞，如何營造一個(gè)良好的生存環(huán)境已成為一個(gè)亟待解決的問題。而在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域，節(jié)能建筑的出現(xiàn)無疑就是解決好這一問題的關(guān)鍵所在。節(jié)能建筑作為近幾年來才興起的建筑設(shè)計(jì)模式，已得到了諸多設(shè)計(jì)師的應(yīng)用與推廣，而如何檢驗(yàn)一棟建筑是否符合節(jié)能建筑設(shè)計(jì)，那么要分三步走：第一步，計(jì)算建筑物各項(xiàng)根本參數(shù)，使其符合標(biāo)準(zhǔn)要求；第二步，根據(jù)圍護(hù)構(gòu)造的構(gòu)造層次，計(jì)算室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，使其符合標(biāo)準(zhǔn)要求；第三步，計(jì)算各圍護(hù)構(gòu)造面積，并滿足節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。下面僅以寒冷地區(qū)西安外國語大學(xué)長安校區(qū)南區(qū)6#教師公寓為例，逐步分析每一

3、步的計(jì)算方法與標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)而總結(jié)出在節(jié)能建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)注意的設(shè)計(jì)思路與方法，為今后的節(jié)能建筑設(shè)計(jì)提供有力的依據(jù)。 工程概況：西安外國語大學(xué)6#教師公寓樓位于西安市長安區(qū)，為十二層高層住宅，建筑構(gòu)造類型為剪力墻構(gòu)造，共有公寓96套，總建筑面積為平方米，建筑高度39.55米。建筑物各項(xiàng)根本參數(shù)1、各項(xiàng)根本參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)層建筑面積AF標(biāo)準(zhǔn)層建筑面積確實(shí)定直接影響建筑物基底面積確實(shí)定以及建筑物總面積確實(shí)定。其計(jì)算方法為：標(biāo)準(zhǔn)層建筑外墻的圍合面積陽臺(tái)面積算一半建筑面積，露臺(tái)不計(jì)入建筑面積?？偨ㄖ娣eA0總建筑面積是計(jì)算高層建筑各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要參數(shù)。其計(jì)算方法為：各層建筑面積之和假設(shè)為上人屋面，那么要外加

4、樓頂樓梯間的建筑面積。建筑體積V0和換氣體積V建筑體積是計(jì)算建筑體形系數(shù)的重要指標(biāo)，而換氣體積是建筑體積的倍。計(jì)算方法：V0=A1 *H1+ A2 *H2 +-+ An-1 *Hn-1+ An *Hn(其中A代表各平面層面積，H代表各平面層層高)建筑表體積FV按建筑的外墻外圍長度*建筑高度+屋面外表積，建筑高度為設(shè)計(jì)室外地面自檐口滴水線高度，斜屋面按實(shí)際斜面積計(jì)算；底層無圍護(hù)構(gòu)造的架空層按柱外圍或二層板外圍長度計(jì)算外表積，無圍護(hù)構(gòu)造的懸挑構(gòu)建不計(jì)算外表積。建筑體形系數(shù)S 建筑物與室外大氣接觸的外外表積與其所包圍的體積的比值。外外表積中，不包括地面和不采暖樓梯間隔墻和戶門的面積。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在住宅

5、建筑設(shè)計(jì)中，體形系數(shù)應(yīng)控制在以內(nèi)。窗墻比單一朝向外窗(門)面積和墻面積(含窗面積)的比值一般稱窗墻面積比。在居住建筑設(shè)計(jì)中，各朝向的窗墻面積比，北向不大于；東西向不大于，南向不大 0.35.2、實(shí)例論證以寒冷地區(qū)西安外國語大學(xué)長安校區(qū)南區(qū)6#教師公寓為例建筑物基本參數(shù)序號(hào)名 稱單 位數(shù) 量算式子1標(biāo)準(zhǔn)層建筑面積AF2總建筑面積Ao3建筑體積Vo4換氣體積V5建筑外表積Fv*6建筑體型系數(shù)S%7窗墻比南向%32.2%北向%29.2%西向%2.6%=0.026東向%2.6%=0.026表1 建筑物根本參數(shù) 通過參數(shù)定義與實(shí)例分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，一個(gè)好的節(jié)能建筑設(shè)計(jì)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：1體形系數(shù)確實(shí)定

6、；2各方向窗墻比確實(shí)定；1體形系數(shù)確實(shí)定；標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，民用建筑的體形系數(shù)不應(yīng)大于0.26。顧名思義就是要求建筑與大氣接觸的外外表積盡量小一些，而體積要大一些。而在建筑設(shè)計(jì)中，空間一般都是根據(jù)功能要求進(jìn)展布局的，甚至有好多甲方已經(jīng)規(guī)定了建筑面積。因此，其每層建筑面積變化一般都不會(huì)太大，也就是說體積不會(huì)有太大變化。而建筑的外外表積一般是由建筑的周長決定的。因此，減少建筑外表的凹凸變化，采用規(guī)整的建筑布局是解決這一問題的關(guān)鍵。2各方向窗墻比確實(shí)定；窗戶作為立面設(shè)計(jì)的一個(gè)重要元素，往往是立面設(shè)計(jì)好壞的關(guān)鍵，由此往往造成建筑各個(gè)方向窗戶面積過大，熱量散失嚴(yán)重；而假設(shè)一味的把窗戶面積做小，那么有不利于建筑

7、通風(fēng)，因此應(yīng)做到權(quán)衡利弊，優(yōu)化設(shè)計(jì)。a、在建筑南向，由于白天日照充足，因此窗戶面積可適當(dāng)加大。在立面設(shè)計(jì)中，可多做陽臺(tái)，因?yàn)樵跓峁び?jì)算中，陽臺(tái)窗戶的面積算的是陽臺(tái)內(nèi)部門的面積。b、在建筑北向，由于是間接采光，因此散失的熱量遠(yuǎn)大于得到的熱量，所以窗戶面積小。c、在建筑東西向，由于受到的都是太陽高度角比擬低的光線，因此射入室內(nèi)光線很長，再加上東西向太陽照射時(shí)間長，很容易曬透墻體，因此窗戶面積也不應(yīng)太大。建筑外圍護(hù)構(gòu)造構(gòu)造1、圍護(hù)構(gòu)造構(gòu)造1屋頂屋頂?shù)臉?gòu)造層次從里到外一般依次為鋼筋混凝土屋面板、找坡層、找平層、隔汽層、保溫層、找平層、防水層、面層，如圖a所示，但也有采用倒置無屋面的，如圖b所示。2外墻

8、和外窗 外墻的構(gòu)造層次從里到外一般依次為水泥砂漿、鋼筋混凝土墻、聚合物砂漿、保溫板、聚合物砂漿、玻纖網(wǎng)格布、錨固件、聚合物抗裂砂漿、外飾面。外窗多采用中空玻璃。3樓梯間隔墻與和其它采暖 房間與不采暖房間的交接處 應(yīng)采用保溫板把采暖房間和非采暖房間隔開，防止形成冷橋，造成大量的熱量損失。2、實(shí)例論證以寒冷地區(qū)西安外國語大學(xué)長安校區(qū)南區(qū)6#教師公寓為例圍護(hù)構(gòu)造構(gòu)造表序號(hào)名 稱Ki (Km)構(gòu)造(可引用標(biāo)準(zhǔn)圖集號(hào))1屋 頂0.41引用?西安市居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?DBJ61-44-2007做法325厚1：3水泥沙漿找平層 4.輕骨料混凝土找坡層，最薄30厚5105厚EPS板保溫6鋼筋混凝土屋面板2外

9、 墻引用?陜2005J 12?第67頁做法1外墻飾面 2.聚合物砂漿 3. 55厚EPS板4聚合物砂漿 5鋼筋混凝土墻6水泥砂漿 3外 窗 塑鋼窗中空玻璃，空氣層厚度9厚4樓梯間隔墻在不采暖房間一側(cè)粉刷25厚EPS保溫漿料5樓梯間戶門三防門6凸窗非透明局部同外墻面做法，采用60厚EPS板表2 圍護(hù)構(gòu)造構(gòu)造表建筑專業(yè)完成 注：Km: 平均傳熱系數(shù)， Ki: 傳熱系數(shù) 圍護(hù)構(gòu)造作為室內(nèi)空間與室外空間的分界限，其主要包括屋頂和外墻兩方面。在屋頂設(shè)計(jì)方面；為了取得舒適的熱環(huán)境，在節(jié)能建筑的設(shè)計(jì)中，屋頂?shù)淖龇ㄒ话阌幸韵聨追N方式：A、倒置屋面設(shè)計(jì)；其優(yōu)點(diǎn)主要有：a、防水層受到保護(hù)，防止熱應(yīng)力、紫外線等其他

10、因素對(duì)防水層的破壞；b、出色的抗?jié)裥阅苁蛊渚哂虚L期穩(wěn)定的保溫隔熱性能與抗壓強(qiáng)度；c、憎水性保溫材料可以用電熱絲等工具切割加工，施工快捷簡(jiǎn)便；d、日后屋面檢修不損材料，方便簡(jiǎn)單； B、種植屋面的設(shè)計(jì)； 在建筑屋面和地下工程頂板的防水層上鋪以種植土，并種植植物，使其起到防水、保溫、隔熱和生態(tài)環(huán)保作用的屋面稱為種植屋面。 種植屋面的功能：a、 改善城市環(huán)境面貌，提高市民生活和工作環(huán)境質(zhì)量；b、 改善城市熱島效應(yīng)并減低城市排水負(fù)荷；d、 保護(hù)建筑物頂部，延長屋頂建材使用壽命；e、 提高建筑保溫效果，降低能耗；C、蓄水屋面的設(shè)計(jì) 其原理為：在太陽輻射和室外氣溫的綜合作用下，水吸收大量的熱而由液體蒸發(fā)為氣

11、體，從而將熱量散發(fā)到空氣中，減少了屋蓋吸收的熱能，起到隔熱的作用。此外，水面還能夠反射陽光，減少陽光輻射對(duì)屋面的熱作用。蓄水屋面即可隔熱又可保溫，還能保護(hù)防水層，延長防水材料的壽命。蓄水屋面的水深一般50mm即可滿足理論要求，但實(shí)際使用中150200mm為適宜深度。為了保證屋面蓄水深度均勻，蓄水屋面的坡度不可以大于0.5%。在外墻設(shè)計(jì)方面；外墻作為室內(nèi)外的豎向分隔構(gòu)件，其保溫層的位置有如下三種模式：建筑外墻內(nèi)保溫、建筑外墻夾心保溫、建筑外墻內(nèi)保溫。 A、建筑外墻內(nèi)保溫墻體內(nèi)保溫是將保溫材料置于外墻體的內(nèi)側(cè)。其有如下優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：a、對(duì)飾面和保溫材料的防水、耐候性等技術(shù)指標(biāo)的要求不甚高，取材方便

12、；b、內(nèi)保溫材料被樓板所分隔，僅在一個(gè)層高范圍內(nèi)施工，不需搭設(shè)腳手架；c、對(duì)于既有建筑的節(jié)能改造，整棟樓或整個(gè)小區(qū)統(tǒng)一改造有困難時(shí)，只有采用內(nèi)保溫的可能性大一些。缺點(diǎn)：a、由于圈梁、樓板、構(gòu)造柱等會(huì)引起熱橋，熱損失較大；b、占用室內(nèi)使用空間且不便于用戶二次裝修和吊掛飾物；c、墻體受室外氣候影響大，晝夜溫差和冬夏溫差大，容易造成墻體開裂。B、建筑外墻夾心保溫外墻夾心保溫是將保溫材料置于外墻的內(nèi)、外側(cè)墻片之間，內(nèi)、外側(cè)墻片可采用混凝土空心砌塊。其有如下優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：a、對(duì)內(nèi)側(cè)墻片和保溫材料形成有效的保護(hù)，對(duì)保溫材料的選材要求不高，聚苯乙烯、玻璃棉以及脲醛現(xiàn)場(chǎng)澆注材料等均可使用；b、對(duì)施工季節(jié)和施

13、工條件的要求不十分高，不影響冬期施工。缺點(diǎn) ：a、在非嚴(yán)寒地區(qū)，此類墻體與傳統(tǒng)墻體相比尚偏厚；b、外圍護(hù)構(gòu)造的“熱橋較多。在地震區(qū)，建筑中圈梁和構(gòu)造柱的設(shè)置，“熱橋更多，保溫材料的效率仍然得不到充分的發(fā)揮。c、外側(cè)墻片受室外氣候影響大，晝夜溫差和冬夏溫差大，容易造成墻體開裂和雨水滲漏。C、建筑外墻外保溫外墻外是一種把保溫層放置在主體墻材外面的保溫做法，因其可以減輕冷橋的影響，同時(shí)保護(hù)主體墻材不受多大的溫度變形應(yīng)力，是目前應(yīng)用最廣泛的保溫做法。優(yōu)點(diǎn)：a、效果好；因?yàn)楸夭牧现糜诮ㄖ锿鈮Φ耐鈧?cè)，根本上可以消除建筑物各個(gè)部位的冷、熱橋影響，到達(dá)較高的節(jié)能效果。b、保護(hù)好；置于建筑物外側(cè)的保溫層，大

14、大減少了自然界溫度、濕度、紫外線等對(duì)主體構(gòu)造的影響。c、范圍廣；建筑外墻外保溫不僅適用于北方需冬季采暖的建筑，也適用于南方需夏季隔熱的空調(diào)建筑。即適用于磚混構(gòu)造建筑砌體外墻的保溫，也適用于剪力墻構(gòu)造砼外墻的保溫。既適用于新建建筑，也適用于既有建筑的節(jié)能改造。缺點(diǎn)：本錢高、施工難度大、施工工藝要求高、對(duì)外墻裝飾有影響。綜上所述，屋面保溫構(gòu)造設(shè)計(jì)的選擇一般根據(jù)地域性與氣候因素的不同，進(jìn)展合理的布置與選擇；而建筑外墻的保溫構(gòu)造設(shè)計(jì)一般多采用外墻外保溫的構(gòu)造做法，到達(dá)較高的節(jié)能效果。建筑外圍護(hù)構(gòu)造面積計(jì)算1、圍護(hù)構(gòu)造面積計(jì)算 (1)屋頂?shù)拿娣e計(jì)算 屋頂?shù)慕ㄖ娣e師頂層平面的建筑面積+其它層平面露臺(tái)或挑

15、臺(tái)的面積. (2)外墻的面積計(jì)算A、有封閉陽臺(tái)的外墻； 假設(shè)為南向凸陽臺(tái)，那么外墻面積為室內(nèi)與陽臺(tái)交接的墻的面積；假設(shè)為南向凹陽臺(tái)，那么外墻面積分為南向、東向和西向三面，分別按室內(nèi)與陽臺(tái)交接的墻的面積計(jì)算。其它向的凹凸陽臺(tái)同理。B、無封閉陽臺(tái)的外墻；單一方向總建筑外墻總外墻面積減去這一方向有封閉陽臺(tái)的外墻面積即為無封閉陽臺(tái)的外墻面積。(3)外窗的面積計(jì)算A、有封閉陽臺(tái)的外窗； 假設(shè)為南向凸陽臺(tái)，那么外窗面積為室內(nèi)與陽臺(tái)交接的窗的面積；假設(shè)為南向凹陽臺(tái)，那么外窗面積分為南向、東向和西向三面，分別按室內(nèi)與陽臺(tái)交接的窗的面積計(jì)算。其它向的凹凸陽臺(tái)同理。B、無封閉陽臺(tái)的外窗；單一方向總建筑外窗總外墻面

16、積減去這一方向有封閉陽臺(tái)的外窗面積即為無封閉陽臺(tái)的外窗面積。(4)飄窗板的面積計(jì)算 飄窗上下板的面積之和就是該飄窗板的的面積。2、實(shí)例論證以寒冷地區(qū)西安外國語大學(xué)長安校區(qū)南區(qū)6#教師公寓為例表3 圍護(hù)構(gòu)造面積計(jì)算表建筑專業(yè)完成序號(hào) = 圍護(hù)構(gòu)造名稱朝向算 式面積Fi()1屋 頂外墻(無封閉陽臺(tái))南 向北 向西 向東 向3外墻(有封閉陽臺(tái))南 向北 向西 向東 向4外窗(無陽臺(tái))南 向*2.3*北 向*2.3*西 向東 向5外窗(有陽臺(tái))南 向*2.3*北 向*2.3*西 向00東 向006飄窗板 小結(jié) 綜上所述，我們可以發(fā)現(xiàn)，一個(gè)好的節(jié)能建筑設(shè)計(jì)者，不但要有很好的感性的設(shè)計(jì)方案的能力，也應(yīng)當(dāng)具備理性的分析問題的能力。而在中國，建筑學(xué)通常對(duì)理性思維的學(xué)科不加重視，造成局部建筑師對(duì)建筑設(shè)計(jì)缺乏理性的認(rèn)識(shí)；再