民用建筑围护结构节能设计分析(民用建筑围护结构建筑节能技术虚拟仿真实验)

摘要：随着我国经济发展以及人们生活水平的提高，各类民用建筑不断增多，建筑耗能也越来越大。为了更有效节约能源，提高高耗能建筑的能源利用效率，文章综合研究了现行各类民用建筑的节能设计标准、技术规程、验收规范、现有节能材料、节能技术，并结合实际经验及工作中遇到各类问题对现阶段建筑围护结构节能设计中的误区进行了比较分析，从而准确理解节能标准、规范的真正内涵，选择适用、经济、高效的节能措施，提高建筑节能的性价比。

关键词：民用建筑；围护结构；节能设计

节能是国家大计，民用建筑作为耗能大户责无旁贷。国家相关规范标准、规程是建筑节能是否达标的衡量标准，要把建筑节能设计做好，必须准确解读国家相关规范、标准的内涵。

1对建筑节能标准的理解

1.1建筑节能的根本目的。节约能源、提高能源利用效率是我国当前的一项重要国策。既要为人民群众提供满足工作、生活需要的室内环境，又要节约能源、降低能耗，实现可持续发展的目标，是建筑节能的根本目的。1.2民用建筑是节能建筑的重点。民用建筑规模大、耗能多，是建筑中的耗能大户。在公共建筑的全年能耗中，供暖系统及通风空调系统的能耗占40%～50%，照明系统能耗占30%～40%，其他设备能耗占10%～20%，这些能耗与人们的日常工作、生活息息相关，是不可或缺的能耗。加强对此类建筑的能耗控制，选择最优方案，提高其能源利用效率是建筑节能工作的重点。1.3建筑节能的重点部位。控制民用建筑的能耗，提高民用建筑能源利用效率，就是延缓建筑能量散失，在合理的时间区间内将能量保持在用能空间之内。基于典型建筑模型数据库分析，就公共建筑来说，2005年版建筑节能标准与2015年版建筑节能标准相比，由于建筑围护结构热工性能的改善，全年供暖、通风、空调和照明系统总能耗减少20%～30%。这表明，围护结构的热工性能对供暖、通风、空调和照明设备能源利用效率的提高至关重要。建筑围护结构热工性能设计应选用最优方案。国家建筑节能标准制定借鉴了发达国家相关标准编制的经验，同时根据我国实际情况，充分考虑了各地区气候条件，通过技术经济综合分析，确定我国不同气候区典型城市不同类型建筑的最优建筑节能方案，确定了我国现有条件下民用建筑合理的技术经济节能目标，并将这些目标逐项分解到建筑围护结构、供暖、通风、空调和照明等系统，明确了各系统的最优的节能指标要求，为相关建筑节能设计提供了最佳参数设计依据。各类建筑节能设计标准给定了建筑围护结构热工性能限值法和权衡判断法两种节能设计方法。建筑围护结构热工性能限值法计算简便、快捷，各部位限值代表了相应类型建筑围护结构热工性能的最优配置，同时保证室内环境的最佳状态，设计中应优先选用。当局部参数不满足限值法设计要求时，在满足一定条件下，可采用建筑围护结构热工性能权衡判断法设计。如果不能满足权衡判断法参数要求，表明建筑模型不符合节能建筑基本要求，应重新调整建筑模型。

2目前建筑围护结构节能设计中存在的问题

2.1对节能标准的过度解读。《公共建筑节能设计标准》正文载明，标准适用于新建、改建及扩建的公共建筑（居住建筑）。尽管公共建筑节能标准条文说明中已经说明不设置供暖、供冷设施的建筑的围护结构可不强制执行标准（如不设置供暖、空调设施的自行车库和汽车库、城镇农贸市场、材料市场），宗教建筑、独立的公共卫生间和使用年限5年以下的临时建筑可不强制执行标准。但在实际设计中，不少设计单位、审图单位认为“可不强制执行”不等于“可不执行”，仍然要求按标准执行。也有单位把仅保持用水设备冬季不结冰的独立建造的设备用房、有用水设施的库房等同于采暖房间，要求按“标准”进行围护结构节能设计。因为建筑使用过程能耗过低，或基本无能耗，这些建筑的围护结构无法发挥其性能优势，不仅达不到节能目的，反而造成围护结构优势空置，造成大量的人力、物力、财力资源浪费。2.2过度提高热工性能参数标准。现行国家节能标准是当前技术经济条件下，各类建筑围护结构节能效率合理值。理论上讲，以节能方案的全寿命周期净现值（NPV）大于零为指标对节能方案进行筛选分析，进而确定各类建筑在既定条件下最优投资与收益关系曲线，并据此确定围护结构/供暖空调系统以及照明系统的相关参数限值指标。设计指标应高于限值指标。现阶段的经济技术水平、物料水平、工艺水平、运行维护水平决定了当前建筑节能设计最合理方案应当在标准要求基础上适度提高，考虑一定裕量，但不宜偏离过多。过高的节能投入会使节能措施的年收益投资比大幅下降，同样是一种资源浪费。2.3建筑围护结构节能设计仅考虑建筑专业的节能。对建筑设计专业而言，建筑围护结构的节能设计是必须完成的本职工作，但围护结构最主要的功效在于有效延缓各类设备设施提供的能量的散失，使之能够被最大限度利用。所以建筑围护结构节能设计必须与室内环境对能量的需求及暖通空调系统选型配置相协调，同时考虑建筑主要业态下各种参数对设备性能的影响及运行期热工性能的折减，全面优化围护结构的热工性能参数。2.4设计方仅解决设计问题。对建筑来说，设计施工完成交付使用仅仅是建筑节能设施发挥作用的开始，设计、施工节能达标并不能保证建筑做到真正节能。节能效益的真正实现，必须依靠节能设施全寿命周期的正常运行。在实际运行管理中，不同地区、不同建筑、不同运营模式管理水平，最终结果差异很大。大多建筑运营维护水平不高，节能设施不能充分发挥性能优势，实际运营能耗远远大于设计预估值。为此，设计文件应为工程运营提出合理有效运营要求，以保证工程按照设计初衷取得最高的节能效益，达到真正节能的目的。

3建筑围护结构节能设计中应该注意的问题

3.1建筑体形的确定。表面凹凸过多会增大建筑外表面与室外空气直接接触的表面积，增大体形系数，增大建筑能耗，对建筑节能十分不利。设计中应尽量选择简洁规整凹凸变化小的建筑外形，减少错层、悬挑、架空结构，注意控制建筑外形尺寸比例，避免高宽比、长细比过大增大建筑体形系数。3.2建筑围护结构节能方案的选择。建筑外墙保温分为外保温、内保温、复合保温三种。鉴于现阶段建筑保温材料、施工技术、建筑功能要求、后期维护及投资费用等多方面因素综合考虑，一般优先选用外墙外保温系统。对于屋面，一般选用屋面板板顶保温系统。有特殊要求的建筑、特殊要求的房间或房间的特殊部位可选用内保温或复合保温系统。3.3保温材料的选择。选择保温材料应综合考虑各种因素。材料的保温性能、燃烧性能、物理性能应满足设计要求，除此之外，当地施工水平、供材能力、材料价格也是必须考虑的因素。材料必须满足现行《建筑设计防火规范》要求，同时应为后期运行维护管理提供方便。现阶段，保温材料种类很多，其性能指标各异，选择时应根据建筑使用性能、建筑高度、防火要求、围护结构性能、当地气候适应性、供材状况、施工水平等因素，结合保温材料性能指标综合考虑，选用性价比最高的保温材料。3.4按标准要求，分朝向控制窗墙比。适当比例的外墙门窗洞口可以自然采光、通风、换气，调节室内空气，促进室内微循环，同时外墙门窗洞口也是室内外空气交换的主要通道。如果门窗洞口比例过大，将会大大增加室内外能量交换量，加大建筑能耗。即使目前保温性能最好的窗的传热系数也是墙体的4倍，甚至更多，普通窗户的传热系数更大，保温性能更差。所以，在满足室内采光、通风的前提下，应尽量减少开窗面积，特别是对蓄热不利的朝向（北向），对一些地区来说，东西向在尽量减少开窗面积的同时，还应考虑遮阳措施。3.5重视周边地面（无地下室时）及采暖地下室外墙的保温。周边地面（无地下室时）及采暖地下室外墙与土壤或室外空气直接接触，而且一般接触部位面积较大，是室内外能量交换的重要通道。应对建筑外墙周边地面至少2.0m范围内地面采取保温隔热措施，加大周边地面热阻，减少热量损失。对采暖地下室外墙与土壤或室外空气直接接触的部位应采用导热系数小、保温性能好，并且耐腐蚀的绝热材料外贴隔热。3.6注重冷热桥、变形缝、外门窗洞口周边缝隙的处理。屋面、外墙、地下室墙体的冷热桥部位应设置保温措施，使其内表面温度不低于室内空气露点温度。外墙挑出阳台、挑檐、隔板等部位都是能量传输敏感部位，应加强保温。设置变形缝的建筑，应沿建筑外表面采用不燃保温材料将缝隙全部封堵密实。填深不应小于300mm，并设置防护措施进行保护，防止外力损伤及雨雪侵蚀。另外还应特别注意保温层接缝、转角处的防水、防裂处理，保证节能层及其防护层连续、完整、持续有效。3.7做好保温材料的表面防护保温材料一般强度较低、耐火性能差、吸水率高，容易被损伤、被引燃或被雨雪侵蚀，失去保温性能。应按规范做好相应部位防护，以保证保温材料能够按设计设定的有效寿命期内发挥最的的效力。如保温材料与空气接触的一侧应采用具有一定强度和防水放火性能的聚合物抗裂砂浆抹面，首层应考虑防外力损伤，厚度不应小于15mm，其他层不应小于5mm，外部装饰面层应具有防水性能。屋面保温层上下均应设置保护层，防止施工及使用过程中损坏保温层。3.8明确投入使用后建筑保温系统的运行维护要求。建筑围护结构节能保温系统在节能保温方面有强大的优势，但抗环境干扰能力十分脆弱，尤其外力损伤和雨雪侵蚀会极大破坏保温系统性能，需要合理的维护管理才能保证节能效益的实现。而许多业主或管理者不清楚或不注重使用期的维护管理。设计方有责任明确告知节能系统使用过程中的维护管理要求，以保证建筑节能设计能真正收获预期的节能效益，真正达到节能目的，实现建筑全寿命周期的可持续发展。

4结束语

建筑围护结构节能设计是建筑节能设计的重要部分，是建筑能量散失的屏障，是采暖、通风、空调、电气设备节能的保证。就现状而言，节能理论、节能设计、节能材料、施工工艺水平、运维管理能力等诸多方面都有待进一步完善和提高。随着国力的增强、科技的进步、人们节能认知的提高，建筑节能一定会更科学、更高效。

参考文献：

[1]GB50189—2015,公共建筑节能设计标准[S].

[2]GB/T50378—2019,绿色建筑评价标准[S].

[3]JGJ26—2018,严寒寒冷地区居住建筑节能设计标准[S].

[4]JGJ/T129—2012,既有采暖居住建筑节能改造技术规程[S].