嚴寒地區的低碳建筑外墻節能措施
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摘要：哈爾濱是嚴寒地區城市，發展與建筑業發展具有高度關聯性，城市要可持續發展重點是建造低碳建筑。建筑材料主要是鋼筋和混凝土等，生產鋼筋和混凝土將消耗大量能源,生產過程有大量污染氣體排放，低碳建筑是在建筑的全壽命周期中節約資源和減少碳排放量。本文主要分析低碳生態城市建設過程中，低碳建筑外墻保溫隔熱措施的優化，以減少建筑物在使用階段的碳排放量，實現降低能耖，降低污染，節約資源的低碳建筑，推動低碳城市可持續發展。
關鍵詞：低碳；建筑；保溫；節能
1哈爾濱低碳城市發展概況
哈爾濱已經多次選辦中國哈爾濱國際建筑節能及新型墻材展覽會和哈爾濱國際生態城市建設博覽會，積極的推行低碳建筑。其中有兩個代表性項目，一個是哈爾濱的辰能溪樹庭院項目是高寒地區的低碳建筑13萬平方米；一個是哈爾濱群力新區的藝術展覽中心是覆土的景觀項目，在單體上通過構造措施和技術手段，為打造創造舒適的室內歡迎，減少能耗，減少排放做了很多種考慮[1]。二氧化碳排放量增加，使人們的生存環境受到污染。在導致全球氣候變暖的溫室氣體中CO2占到60%以上。按城市碳排放量大小統計，在哈爾濱市區建筑物碳排放量的60%來源于建筑物的使用階段，同時建筑能耗也很高，據《2013-2017年中國智能建筑行業市場前景與投資戰略規劃分析報告》中數據顯示：我國建筑能耗約占社會總能耗的33%[2]，建筑能耗已成為我國經濟發展的軟肋。每年建成的房屋面積高達16~20億平方米，大部分是高能耗建筑，每平方米采暖能耗相當于氣候條件相當于日本的等發達國家的2倍以上。哈爾濱屬于嚴寒地區，從10月20日到第二年的4月20日,有半年的采暖期,長時間的冬季燃煤取暖導致空氣污梁嚴重，2017年哈爾濱大氣污染指標未能達到標準的天數95天，大部分發生在取暖期里。空氣污染指數是世界衛生組織公布最高標準的2-5倍，為減少污染天數,重點要減少建筑物的能源消耗，這已成為低碳生態城市發展的瓶頸。
2圍護結構設計是發展低碳建筑的重要途徑
降低建筑能耗和碳排放量是推進低碳生態城市建設的主要部分,生產建筑材料所能耗和建筑在使用過程所消耗的能耗是建筑能耗的兩大主要組成部分[3],在哈爾濱地區發展低碳建筑應在建筑設計時選用合理的節能材料，統計數據顯示，中國每建成1平方米的房屋，約釋放出0．8噸碳，增加圍護結構的保溫措施，從而減少對供熱取暖的消耗量，節省燃煤數量，達到減少CO2的排放量。在建筑的設計理念上，必須樹立低碳意識。在方案設計中屋頂、外立面、樓內的照明、供暖、甚至樓外的綠地都要盡量考慮到低碳。通過有效的規劃和單體設計，從朝向、間距、體形上保證建筑物有充足的日照時間；減少建筑物的體形系數及外表面，加強圍護結構保溫，以減少傳熱耗熱量，在建筑設計階段就要制定合理的圍護結構保溫隔熱措施和低碳材料選用。
3嚴寒地區采暖建筑外墻體保溫隔熱措施
建筑圍護結構主要是指保溫防水屋面和保溫隔熱的外墻體，合理的圍護結構會讓使用者在建筑物室內的擁有優質的空氣質量、舒適的溫度變化。采暖居住建筑的耗數量主要來源兩大部分，一是外墻和外窗的傳熱耗熱量，二是通過屋面的空氣滲透耗熱量，一般情況下，在傳熱耗熱量總量中，外墻約占23%-34%；窗戶約占23%-25%；樓梯間隔墻約占6%-11%；屋頂約占7%-8%；陽臺門下部約占2%-3%；戶門約占2%-3%；地面約占2%。窗戶總耗熱量約占建筑物全部耗熱量的50%[4]。所外墻和窗戶的設計是降低傳熱耗熱量的關鍵部位。
3.1砌體外墻貼保溫層措施
要降低外墻外保溫體系的能耗，主要決定于外墻體砌體材料和保溫材料的熱工性能。蒸壓加氣混凝土砌塊是一款節能砌體材料,其特點是輕質多孔,保溫隔熱和防火性能良好,在生產時主要原材料是河砂、粉煤灰和礦砂等，不僅可發就地取材,因地制宜,并且可以廢物利用，有利環保。具有一定抗震能力。蒸壓加氣混凝土的導熱系數較低，一般為0.11-0.18W/m•K；粒土磚的導熱系數約為0.4-0.58W/m•K；灰砂磚的導熱系數約為0.528W/m•K。在設計中200mm厚的加氣混凝土墻體的保溫效果就相當于490mm厚的粘土磚墻體的保溫效果，隔熱性能也比240mm磚墻體。在要求有同等保溫效果的情況，蒸壓加氣混凝土砌塊墻體的厚度要薄，建筑物室內的有效使用面積增加，并且節約了建筑材料。在施工過程節約砌筑人工；減少了施工濕作業；加快了現場施工進度。外貼保溫材料的保溫性能主要決定于熱導系數和吸水性[4]，通過性能和價格的比較，首選擠塑聚苯板，主要主組成材料是聚苯乙烯樹脂，與其他的原輔料與聚合物，通過加熱混合，注入催化劑，然后擠塑壓出成型，它的學名為絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料簡稱XPS，具有閉孔蜂窩結構，其結構的閉孔率達到了99%以上，易形成真空層，避免空氣流動散熱，確保其保溫性能的持久和穩定，使XPS板有極低的吸水性、低熱導系數、高抗壓性和抗老化性。要求相同保溫效果條件下，XPS擠塑保溫板是20mm厚，等于50mm厚發泡聚苯乙烯，等于120mm厚水泥珍珠巖。因此本材料是目前建筑保溫的最佳之選。
3.2外墻砌體選用自保溫砌塊
新型復合自保溫砌塊是由主體砌塊、外保溫層、保溫芯料、保護層及保溫連接柱銷組成。主體砌塊的內、外壁間、主體砌塊與外保護層間，是通過“L型T型點狀連接肋”和“貫穿保溫層的點狀柱銷”組合為整體，在柱銷中設置有鋼絲。在確保安全的前提下，最大限度地降低冷橋效應，具有極其優異的保溫性能。當厚度為240mm，其傳熱系數≤0.55W/m2•K；當厚度為270mm，其傳熱系數≤0.40W/m2•K，與在砌塊空腔中加保溫材料的自保溫砌塊比，約減少70%的冷橋面積，從而有效的解決了因溫度應力、干濕應力等原因產生的墻面裂紋裂縫。并解決同類產品存在的“因外保護層和抹面砂漿層蠕動而產生的墻面裂紋裂縫”。保溫材料是填充在混凝土支架的空腔中，在施工砌筑時，其只與砌筑砂漿接觸，無火災隱患；外墻體施工完后，保溫材料是被密閉在>25—30mm厚的混凝土保護層內，沒有燃燒的環境，亦無點燃的途徑。如果有特殊防火要求時，保溫材料可選用礦棉板、玻璃棉板等無機保溫材料。降低墻厚，減輕建筑物自重，相應增加建筑物的使用面積，適合北方的冬季保溫。
3.3聚苯顆粒外墻內保溫系統
膠粉聚苯顆粒外墻內保溫系統是設置在外墻內側。聚苯顆粒保溫漿料的導熱系數0.065W/m2•K，浸水后線變形率小于0.02%。構造組成有界面層、膠粉聚苯顆粒保溫層、抗裂防護層和飾面層，是一種起保溫隔熱、防護和裝飾作用的構造系統，環保節能，保溫性能好，并且造價低，能很好滿足建筑物50%的節能率要求。
3.4建筑外墻保溫涂料
建筑外墻保溫層開裂和滲水嚴重影響外墻外保溫系統的保溫效果。其中建筑外墻隔熱保溫涂料是外墻外保溫系統的組成部分[5]。新型太空節能反射隔熱保溫涂料，能耐溫幅度-30~-120℃，具有隔熱保溫、防水、防火、防腐、絕緣于一體的建筑外墻面涂料,涂刷4～15mmRLHY-11常溫保溫隔熱涂料，可以防止30%～90%的熱量流失。涂料能在物體表面由封閉微珠將其連接在一起的三維網絡陶瓷空心屏蔽結構，涂料的絕熱等級達到R-30.1，熱反射率為90%，涂料導熱系數只有0.04W/m.K，隔熱保溫抑制效率可達90%左右，能保持70%物體空間里的熱量不流失。選擇適合北方嚴寒地區外墻保溫涂料有利于建筑物的節能降耗。
4結論
低碳生態城市在建設過程中，降低建筑物建筑造能耗和使用過程中的碳排放量是關鍵環節，所在建筑設計階段我們就要加強外墻保溫隔熱設計，對外墻構造進行合理設計，減少建筑物冬季熱量損失，降低對采暖熱量的消耗相應減少對燃取暖的需求。對保溫材料的選用，盡量選用在生產過程能節能資源，在使用過程中能與建筑物同充分粘結，使用時間長，不破損的材料。同時我們也要注重對建筑物在使用過程中的能耗分析，盡可能達成到的建筑節能設計標準執行[6]。通過大家的不斷努力，我們預計到2020年每年可節約4200億度電和2.6億噸標準煤，減少CO2等溫室氣體排放8.46億噸[6]，真正實現與周邊環境相融合，和諧一致，建筑空間成為舒適和健康的生活環境。
作者:高娟 單位:哈爾濱商業大學