寒冷地区绿色建筑节能构造解析

赵云帅

（贵州高原明珠建设工程设计有限公司，贵阳 550081）

在当前的社会环境下，人们的绿色环保意识也在不断提升，从而使节能理念在建筑行业内得到了广泛的普及，很多建筑企业也在这种情况下大力发展绿色节能型建筑，在建筑构造中开始运用绿色节能的施工技术[1]。由于建筑行业属于高耗能行业，也是影响环境的主要因素，而我国在世界上又是最大的能源消耗国家，为了推动城市化进程，降低能源消耗，建筑行业也要普及绿色建筑，在最大程度上避免资源浪费，做好环境保护措施，为人们创建高效、环保的使用空间。尤其是一些寒冷地区，因为建筑能源消耗比其他温暖地区更多，因而更需要重点发展绿色建筑，并做好绿色建筑的节能构造设计工作，以此提高绿色建筑的节能效果。

相比于国外的绿色建筑发展历程，我国的绿色建筑研究起步比较晚，一直到20世纪90年代才有绿色建筑的概念。之后因为考虑到社会发展形势与行业需求，我国先后制定了一系列绿色建筑的政策法规，为国内绿色建筑的健康有序发展奠定了良好的基础[2]。而寒冷地区因为当地独特的气候条件，对于绿色建筑的技术体系也提出了相应的要求，还需要适应寒冷地区的低能耗绿色建筑发展路径。一方面是因为寒冷地区气候特点是冬季严寒持续时间较长，夏季时间短，且气候凉爽。尤其是像东北这样的寒冷地区，冬季冷冻期很长，积雪后的太阳辐射量相对较大，日照资源比较丰富。因此，寒冷地区的建筑物在总的规划和单个设计方面，还需要满足冬季日照、防寒保暖等相关要求，同时要保证建筑物的密闭性，并充分利用太阳能等天然能源的节能措施，建筑物的能耗也要以冬季采暖为主。

但是，随着城镇化建设的推进，寒冷地区的建筑项目也在逐年增多，建筑规模也在持续壮大。以当前的节能建筑为视角，其占比仍然较低，尤其是可以降低耗能的节能型绿色建筑占比更低。并且，以绿色住宅建筑的节能设计标准为主，普通的绿色建筑门窗、屋面节能构造的保暖隔热效果也难以达到住宅建筑的节能设计标准。与相同纬度的发达国家相比，我国的住宅建筑的单位能耗要高发达国家4~5倍，屋顶的能耗量高4倍左右，门窗能耗则2倍左右[3]。因此，我国的寒冷地区绿色建筑项目的主要问题在于建筑围护结构的节能构造设计不合理，从而导致建筑物热功性能较差，造成热能耗与热损失较多。为了改善寒冷地区绿色建筑的节能效果，还要积极研究适用于寒冷地区的绿色建筑节能构造设计方案。

3.1 节能低耗的应用原则

寒冷地区为了减少能源消耗，要加强发展绿色建筑。而在绿色建筑的设计理念下，建筑物的设计还要以保证生态环境的可持续性发展为原则，目的是为了提升人们的生活质量，满足人们健康环保、低碳高效的生活需求。因此，绿色建筑在设计时还要实现资源利用率的最大化，促进资源循环利用，并在最大程度上利用可再生资源与可降解能源。同时，绿色住宅建筑还要满足宜居性，提高绿色建筑的节能效率。对于生态宜居住宅的设计，也要考虑当地的经济、环境、经济成本与社会长远发展需求，并重视绿色建筑的后期效益。

3.2 经济环保的应用原则

现代绿色建筑在建设的过程中，要确保施工期间的各个环节都能达到低污染、低消耗的效果，要减少资源浪费，并充分利用不可再生资源。在当前的绿色建筑节能设计中，还要以达成现代绿色建筑为根本，严格控制建筑施工成本，以免导致绿色建筑施工中出现浪费资金的情况。同时，利用现有的资源实现经济效益最大化，在保证施工质量的情况下，降低成本，从而提升绿色建筑的经济价值。

3.3 健康舒适性应用原则

在设计住宅建筑时，应达到绿色建筑的设计标准，为居民创造宜居的生态化居住环境，提升人们的日常生活质量。同时，为人们提供舒适的居住空间，健康的户外休闲活动环境，从而使人们在居住环境内感受到舒适和放松。在进行绿色建筑设计时，还要保证温湿度适宜，采光条件良好。对于寒冷地区，则要充分考虑建筑物的采暖条件，在满足人们居住舒适度的情况下，还要减少能源消耗。因此，寒冷地区的绿色建筑节能构造设计十分重要，主要是为了保证室内保暖防寒，人们居住环境的健康舒适性。

4.1 寒冷地区绿色建筑物能源消耗的途径

根据相关资料的数据显示可知，我国建筑物在2018年的碳排放总量在全国碳排放中占比51.3%，建筑物在能源消耗方面占社会消耗能源总量的46.7%，采用传统方式的建筑能源利用率为33.0%，但因建筑耗能产生的碳排放量在全球碳排放中占比则高达25.0%。在这种背景下，加强发展低耗能的建筑已成为建筑行业节能减排，实现绿色环保、低碳排放和可持续发展的关键措施[4]。而寒冷地区的建筑物能耗通常是由围护结构的热传导和冷风渗透等因素导致，围护结构的散热量在采暖热耗中占比超过三分之一，如果建筑物的围护结构保温隔热性能良好，不但可以在一定程度上减少冬季室内传出的热量，还能减少因室内温度适宜而需要的采暖和制冷能量。同时，绿色建筑节能构造主要按照围护结构界面来划分，除了墙体节能外，还包括门窗和屋面节能。而对绿色建筑围护结构的保温隔热状态做进一步改善，也可以有效节约资源。结合当前的绿色建筑节能发展趋势看，绿色建筑节能通过高效的保温隔热材料为途径，对屋面进行保温，防止室内出现外热交换的现象，提高建筑节能性，减少能源消耗和控制建筑物体形系数、选择合适的朝向、采用合理的节能构造措施，以免出现热桥现象。

4.2 寒冷地区绿色建筑物保温材料的选择

一般情况下，寒冷地区的建筑节能主要是在改善建筑围护结构墙体保温效果，提升可用设备使用效率，对可再生能源进行合理利用和强化管理用能设备运行等方面着手。而绿色建筑的墙体节能主要指的是外墙保温措施，外墙在采取保温方法后，可降低外墙传热系数、耗热量与建筑能耗。同时，保温材料的选择与施工也需要考虑建筑物使用要求、建筑结构形式、防水处理措施、环境气候条件与施工条件等因素，在选择保温材料时还要确保其吸收率低、热导率、表观密度较小，还有一定强度。除此之外，绿色建筑保温隔热材料主要为矿物棉、玻璃棉等，在绿色建筑墙体、屋顶与周边地面都可以使用这些保温材料，从而使建筑围护结构中的各种传热系数下降。除此之外，由于保温层厚度也会影响建筑保温效果，因此在设计绿色建筑时，还要增加保温层厚度，提升围护结构绝热性能，降低采暖成本，但在此情况下，也会增加围护结构建筑成本。因此，绿色建筑保温层厚度的有效选择对改善建筑节能效果和提高建筑经济性有积极的影响作用。在对保温材料做出选择后，还要以建筑气候分区和体形系数为准，明确最小传热系数，再对保温层厚度做出合理选择。

5.1 外墙节能构造分析

绿色建筑围护结构在进行设计时，围护结构的热工性直接决定了室内外热量的传递效果，进而会影响建筑空调的供暖负荷。以当前的研究结果来看，不同气候条件下的各种建筑围护结构热工性能对建筑能耗的影响也存在明显差别[5]。而在寒冷地区，绿色建筑的围护结构以不同地区的气候、建筑物使用要求为依据，及时对建筑外围护结构的隔热保温问题进行处理。当前，建筑物外墙节能方式主要为建造复合墙，主要是在墙体内各个位置修筑保温隔热层，形成外墙夹心保温、外墙内保温和外墙外保温三种类型的复合墙。

首先，外墙内保温是在外墙内侧置入保温材料，而外墙内保温对饰面和保温材料防水、耐候性等的要求相对较低，内保温材料被楼板分隔，只在一个层高范围内施工，无需搭建脚手架。但在长期的实践中发现，外墙内保温也存在诸多不足之处。比如很多种类内保温做法因材料、构造与施工等因素，饰面层会开裂，室内使用面积用内保温，导致用户很难对室内进行二次装修，也无法在室内吊挂饰物；
在对已有建筑进行节能改造时，会在很大程度上干扰居民日常生活；
因为构造柱和圈梁等会引发热桥效应，导致热损失加大，而采用内保温，主墙体层度越薄时，保温层越厚，热桥现象越严重。在寒冷地区的冬季，热桥不会导致额外热损失，但会导致外墙内表面潮湿结露，甚至造成外墙内出现淌水和发霉的情况。其次，在外墙中间放置保温材料即为外墙夹心保温，内外侧墙的建筑材料以传统的砖与混凝土空心砌块等为主，而传统材料的防水、耐候性较好，可以保护内侧墙与保温材料，对保温材料、施工条件与季节要求都不高，不会影响冬季施工。最后，一般情况下外保温墙适用于有空调与采暖需求的居民住宅与工业建筑，既能够在新建的建筑物中使用，也可以用在以往建筑节能改造中。而且，外保温具有防止热桥产生、能够使建筑物冬暖夏凉、确保主体墙体使用寿命延长等优点，被广泛用于绿色建筑节能构造设计中，具有显著的效益。

5.2 门窗的节能构造分析

在寒冷地区，建筑物冬季采暖能耗占比较高，为了提高绿色建筑的节能效果，要降低非透明围护结构的太阳的热系数[6]。在建筑物围护结构中，天窗、窗户与阳台门等均属于透明围护结构，绝热性较差，导致室内热环境、建筑节能效果会受到一定影响。有相关数据统计表明，在冬季供暖的情况下，单玻璃窗损失的热量在供热负荷中占比高达30%以上，由此可知，门窗是房屋热量散失的重要影响因素。门窗低传热性与高密封性也在很大程度上影响了建筑节能的效果。因此，在进行门窗节能设计时，要最大限度缩小门窗面积，对门窗与墙体的比例进行合理控制，提升门窗气密性，以免冷气进入室内，造成传热损失。此外，门外要设置门斗，以免出入时室内损失大量热量，并用双玻璃单框复合窗，以便使绿色建筑物达到防寒保暖的效果。

5.3 屋面的节能构造分析

以保温的角度来看，冷热气流分别是向下和向上运动的，屋顶能够截住热气流，防止热量散出室外。因此屋顶作为主要的建筑物围护结构，能起到相应的隔热保温作用，也是建筑节能的主要影响因素。根据相关的建筑热工设计规范要求，寒冷地区还需要满足冬季保温采暖的要求，部分地区还需要兼具夏季隔热的要求。但在当前的寒冷地区绿色建筑节能构造设计中，由于寒冷地区的屋面存在保温层，冬季可以起到保温效果，夏季也可以发挥其隔热作用，通常不需要再做隔热处理。为了防止出现热桥的情况，屋面和女儿墙处还需要做好相应的节能构造措施。

在当今大力发展绿色环保节能建筑的环境下，开发新能源和节约能耗在建筑行业内都需引起重视，而是否能够有效利用资源，减少能源消耗也关系到全球的经济发展。在寒冷地区，绿色建筑为了实现有效节能，通常会选择高效保温隔热材料，并优化绿色建筑的构造，以免出现热桥。因此，在进行寒冷地区的绿色建筑节能设计时，要保证绿色建筑的美观性，及其功能性和生态环境相统一，借助自然环境下的风霜雨雪、绿化和太阳能等资源，在改善空气质量的情况下，也为人们创造了舒适的居住环境，减少对机械系统的依赖，降低对不可再生资源的消耗和浪费。