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严寒地区的低碳建筑外墙节能措施

摘要:哈尔滨是严寒地区城市,发展与建筑业发展具有高度关联性,城市要可持续发展重点是建造低碳建筑。建筑材料主要是钢筋和混凝土等,生产钢筋和混凝土将消耗大量能源,生产过程有大量污染气体排放,低碳建筑是在建筑的全寿命周期中节约资源和减少碳排放量。本文主要分析低碳生态城市建设过程中,低碳建筑外墙保温隔热措施的优化,以减少建筑物在使用阶段的碳排放量,实现降低能耖,降低污染,节约资源的低碳建筑,推动低碳城市可持续发展。

关键词:低碳;建筑;保温;节能

1哈尔滨低碳城市发展概况

哈尔滨已经多次选办中国哈尔滨国际建筑节能及新型墙材展览会和哈尔滨国际生态城市建设博览会,积极的推行低碳建筑。其中有两个代表性项目,一个是哈尔滨的辰能溪树庭院项目是高寒地区的低碳建筑13万平方米;一个是哈尔滨群力新区的艺术展览中心是覆土的景观项目,在单体上通过构造措施和技术手段,为打造创造舒适的室内欢迎,减少能耗,减少排放做了很多种考虑[1]。二氧化碳排放量增加,使人们的生存环境受到污染。在导致全球气候变暖的温室气体中CO2占到60%以上。按城市碳排放量大小统计,在哈尔滨市区建筑物碳排放量的60%来源于建筑物的使用阶段,同时建筑能耗也很高,据《2013-2017年中国智能建筑行业市场前景与投资战略规划分析报告》中数据显示:我国建筑能耗约占社会总能耗的33%[2],建筑能耗已成为我国经济发展的软肋。每年建成的房屋面积高达16~20亿平方米,大部分是高能耗建筑,每平方米采暖能耗相当于气候条件相当于日本的等发达国家的2倍以上。哈尔滨属于严寒地区,从10月20日到第二年的4月20日,有半年的采暖期,长时间的冬季燃煤取暖导致空气污梁严重,2017年哈尔滨大气污染指标未能达到标准的天数95天,大部分发生在取暖期里。空气污染指数是世界卫生组织公布最高标准的2-5倍,为减少污染天数,重点要减少建筑物的能源消耗,这已成为低碳生态城市发展的瓶颈。

2围护结构设计是发展低碳建筑的重要途径

降低建筑能耗和碳排放量是推进低碳生态城市建设的主要部分,生产建筑材料所能耗和建筑在使用过程所消耗的能耗是建筑能耗的两大主要组成部分[3],在哈尔滨地区发展低碳建筑应在建筑设计时选用合理的节能材料,统计数据显示,中国每建成1平方米的房屋,约释放出0.8吨碳,增加围护结构的保温措施,从而减少对供热取暖的消耗量,节省燃煤数量,达到减少CO2的排放量。在建筑的设计理念上,必须树立低碳意识。在方案设计中屋顶、外立面、楼内的照明、供暖、甚至楼外的绿地都要尽量考虑到低碳。通过有效的规划和单体设计,从朝向、间距、体形上保证建筑物有充足的日照时间;减少建筑物的体形系数及外表面,加强围护结构保温,以减少传热耗热量,在建筑设计阶段就要制定合理的围护结构保温隔热措施和低碳材料选用。

3严寒地区采暖建筑外墙体保温隔热措施

建筑围护结构主要是指保温防水屋面和保温隔热的外墙体,合理的围护结构会让使用者在建筑物室内的拥有优质的空气质量、舒适的温度变化。采暖居住建筑的耗数量主要来源两大部分,一是外墙和外窗的传热耗热量,二是通过屋面的空气渗透耗热量,一般情况下,在传热耗热量总量中,外墙约占23%-34%;窗户约占23%-25%;楼梯间隔墙约占6%-11%;屋顶约占7%-8%;阳台门下部约占2%-3%;户门约占2%-3%;地面约占2%。窗户总耗热量约占建筑物全部耗热量的50%[4]。所外墙和窗户的设计是降低传热耗热量的关键部位。

3.1砌体外墙贴保温层措施

要降低外墙外保温体系的能耗,主要决定于外墙体砌体材料和保温材料的热工性能。蒸压加气混凝土砌块是一款节能砌体材料,其特点是轻质多孔,保温隔热和防火性能良好,在生产时主要原材料是河砂、粉煤灰和矿砂等,不仅可发就地取材,因地制宜,并且可以废物利用,有利环保。具有一定抗震能力。蒸压加气混凝土的导热系数较低,一般为0.11-0.18W/m•K;粒土砖的导热系数约为0.4-0.58W/m•K;灰砂砖的导热系数约为0.528W/m•K。在设计中200mm厚的加气混凝土墙体的保温效果就相当于490mm厚的粘土砖墙体的保温效果,隔热性能也比240mm砖墙体。在要求有同等保温效果的情况,蒸压加气混凝土砌块墙体的厚度要薄,建筑物室内的有效使用面积增加,并且节约了建筑材料。在施工过程节约砌筑人工;减少了施工湿作业;加快了现场施工进度。外贴保温材料的保温性能主要决定于热导系数和吸水性[4],通过性能和价格的比较,首选挤塑聚苯板,主要主组成材料是聚苯乙烯树脂,与其他的原辅料与聚合物,通过加热混合,注入催化剂,然后挤塑压出成型,它的学名为绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料简称XPS,具有闭孔蜂窝结构,其结构的闭孔率达到了99%以上,易形成真空层,避免空气流动散热,确保其保温性能的持久和稳定,使XPS板有极低的吸水性、低热导系数、高抗压性和抗老化性。要求相同保温效果条件下,XPS挤塑保温板是20mm厚,等于50mm厚发泡聚苯乙烯,等于120mm厚水泥珍珠岩。因此本材料是目前建筑保温的最佳之选。

3.2外墙砌体选用自保温砌块

新型复合自保温砌块是由主体砌块、外保温层、保温芯料、保护层及保温连接柱销组成。主体砌块的内、外壁间、主体砌块与外保护层间,是通过“L型T型点状连接肋”和“贯穿保温层的点状柱销”组合为整体,在柱销中设置有钢丝。在确保安全的前提下,最大限度地降低冷桥效应,具有极其优异的保温性能。当厚度为240mm,其传热系数≤0.55W/m2•K;当厚度为270mm,其传热系数≤0.40W/m2•K,与在砌块空腔中加保温材料的自保温砌块比,约减少70%的冷桥面积,从而有效的解决了因温度应力、干湿应力等原因产生的墙面裂纹裂缝。并解决同类产品存在的“因外保护层和抹面砂浆层蠕动而产生的墙面裂纹裂缝”。保温材料是填充在混凝土支架的空腔中,在施工砌筑时,其只与砌筑砂浆接触,无火灾隐患;外墙体施工完后,保温材料是被密闭在>25—30mm厚的混凝土保护层内,没有燃烧的环境,亦无点燃的途径。如果有特殊防火要求时,保温材料可选用矿棉板、玻璃棉板等无机保温材料。降低墙厚,减轻建筑物自重,相应增加建筑物的使用面积,适合北方的冬季保温。

3.3聚苯颗粒外墙内保温系统

胶粉聚苯颗粒外墙内保温系统是设置在外墙内侧。聚苯颗粒保温浆料的导热系数0.065W/m2•K,浸水后线变形率小于0.02%。构造组成有界面层、胶粉聚苯颗粒保温层、抗裂防护层和饰面层,是一种起保温隔热、防护和装饰作用的构造系统,环保节能,保温性能好,并且造价低,能很好满足建筑物50%的节能率要求。

3.4建筑外墙保温涂料

建筑外墙保温层开裂和渗水严重影响外墙外保温系统的保温效果。其中建筑外墙隔热保温涂料是外墙外保温系统的组成部分[5]。新型太空节能反射隔热保温涂料,能耐温幅度-30~-120℃,具有隔热保温、防水、防火、防腐、绝缘于一体的建筑外墙面涂料,涂刷4~15mmRLHY-11常温保温隔热涂料,可以防止30%~90%的热量流失。涂料能在物体表面由封闭微珠将其连接在一起的三维网络陶瓷空心屏蔽结构,涂料的绝热等级达到R-30.1,热反射率为90%,涂料导热系数只有0.04W/m.K,隔热保温抑制效率可达90%左右,能保持70%物体空间里的热量不流失。选择适合北方严寒地区外墙保温涂料有利于建筑物的节能降耗。

4结论

低碳生态城市在建设过程中,降低建筑物建筑造能耗和使用过程中的碳排放量是关键环节,所在建筑设计阶段我们就要加强外墙保温隔热设计,对外墙构造进行合理设计,减少建筑物冬季热量损失,降低对采暖热量的消耗相应减少对燃取暖的需求。对保温材料的选用,尽量选用在生产过程能节能资源,在使用过程中能与建筑物同充分粘结,使用时间长,不破损的材料。同时我们也要注重对建筑物在使用过程中的能耗分析,尽可能达成到的建筑节能设计标准执行[6]。通过大家的不断努力,我们预计到2020年每年可节约4200亿度电和2.6亿吨标准煤,减少CO2等温室气体排放8.46亿吨[6],真正实现与周边环境相融合,和谐一致,建筑空间成为舒适和健康的生活环境。

作者:高娟 单位:哈尔滨商业大学

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