嚴寒地區林區村鎮住宅節能設計論文

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1東北嚴寒地區林區村鎮住宅建筑特點

(1)組織建構完善，統一建設。基于林區自然條件及資源的約束和保護，林區村鎮住宅不宜散點布局，統一選址和分期建設，在同一區域內實現統一管理。東北嚴寒地區林區綠色村鎮建設的任務是要根據村莊現狀條件林區村鎮進行科學合理的功能分區，以實現村容村貌統一整治。

(2)區域內自然資源豐富，取材便利。由于林區村鎮住宅所處位置自然資源豐厚，取材方便，可充分發揮建筑師的創造性，利用枯枝、樹葉等自然資源構造出豐富的建筑材料，節省投資造價，并對生態環境起到保護作用，達到可持續的發展平衡。

(3)冬季漫長且溫度低，采暖要求高，體形系數大。我國東北林區氣候冬季嚴寒漫長，夏季涼爽短促，采暖要求高，村鎮住宅多為490mm或370mm墻厚的紅磚房及部分生土建筑，墻體傳熱系數在210～114W/m2K，遠未達到節能要求。住宅多為以戶為單位的獨立式單層住宅，建筑面積以80～100m2居多，體型系數分布范圍在017～0188，超出城市多層住宅一倍以上。顯然，村鎮住宅的供暖需求強烈，但體型系數大，室內的熱舒適度遠沒有達到預期標準。

2東北嚴寒地區林區村鎮低能耗住宅節能設計要素解析

2．1房屋節能設計的要求

在東北嚴寒地區林區村鎮住宅要首先要滿足最基本的節能設計要求，科學合理的確定建筑的設計條件，如朝向、平面布局、建筑體型、房屋間距等，并應采用熱工性能良好的保溫隔熱材料，以確保在冬季最大限度的減少能源消耗并提供舒適的室內熱環境。

2．2房屋建筑的地理位置和平面形狀對節能保熱的影響

通過對林區內住宅地理位置及平面形狀的實測，筆者發現，對于平面形狀相同的住宅建筑，東西朝向的冷負荷程度變化大，較南北朝向的冷負荷高出70%，因此在東北嚴寒地區林區的絕大部分住宅均采用南北朝向。

2．3房屋建筑的空間布局及體型系數的影響

提取房屋平面形狀變量，朝向變量，運用DesignBuilder軟件的能耗模擬，以哈爾濱的地理氣候數據為基準，對上述變量進行分組模擬。通過對實驗結果的歸納分析，得到形體變量如何影響寒地建筑能耗的規律。并對平面形狀的優化進行了有效性驗證。研究表明，建筑的采暖能耗與其體形系數正相關。可知體形系數并不能作為評價采暖能耗唯一的標準，而應該結合形體特點綜合考量，更緊湊均勻的形體將具有良好的保溫性能，而形體中的銳角將使得采暖能耗增加。太陽輻射能對建筑冬季采暖補充的意義遠大于我們的想象，寒地建筑形體設計中需要在體形系數與形體太陽能接收之間平衡考慮，朝向的選擇目的在于提高寒地建筑冬季的太陽能獲取，形體更大的南向延展面將非常有利與太陽能的接收，評價建筑形體太陽能接收量的主要指標在于南向投影面積。

3東北嚴寒地區林區村鎮住宅節能設計措施

3．1改善住宅圍護結構的構造方式，降低建筑采暖負荷

在東北嚴寒地區的實際工程設計中，要想達到低能耗的目標，最直接有效的途徑是降低圍護體系的綜合導熱系數。因此，圍護結構的節能處理方式會影響到村鎮住宅的整體能耗水平。

3．1．1墻體保溫構造的優化

我國東北嚴寒地區冬季漫長，且伴有大風，而林區內的建筑風環境更加惡劣，另外，林區氣候晝夜溫差極大，建筑外墻要反復經受凍融過程，因此東北嚴寒地區林區住宅對墻體的保溫構造要求更加嚴格。為降低建筑能耗，采取有效措施提高墻體的保溫能力，是林區住宅實現節能減排的關鍵。復合墻體保溫是在墻體基礎結構的內側、中間或外側加設一層或多層保溫隔熱材料，其保溫隔熱材料具有自重輕、熱工性能穩定等特性，增加了整個墻體保溫性能。主要分為外墻內保溫、夾芯保溫和外墻外保溫。外墻內保溫的操作相對簡單，只需在墻體結構內側加設保溫層，即可達到效果，施工速度快、常用于舊建筑改造中。夾芯保溫是通過技術方式將保溫材料置于外墻結構的內部。在基本條件相同的情況下，內保溫的熱消耗要比外保溫增加約1/5，所以在保溫材料厚度相同的情況下宜采用外保溫墻體。在林區，木材是最大的資源，且蓄熱能力較強，林區宜采用外保溫的方式，將保溫層設置在外墻結構的外側，水泥砂漿找平，在最外側加設小半徑木材，即起到保溫防寒的作用，又能裝飾住宅的外立面，一舉兩得。因此，相比較而言，外墻外保溫加小徑材無論從技術的可行性，還是從立面美觀性的角度考慮，對于寒地林區建筑來講都有更廣闊的發展前景。

3．1．2窗體保溫構造的優化

(1)中空玻璃的優化。中空玻璃是降低窗體傳熱系數的重要途徑。節能減排窗型的實際效果非常顯著，因此，研究中空玻璃的優化對于提高東北寒地林區建筑的保溫性能有著重要的意義。①改善空氣間層的氣體狀態，空氣間層應該始終處于密閉狀態，甚至是真空狀態或填充惰性氣體。有效防止外部空氣與空氣層內的氣體進行對流換熱，從而使空氣間層能夠具有良好的傳熱系數;②適度控制中空玻璃空氣層的厚度調整玻璃的間距，中空玻璃的隔絕熱量的能力主要是由于玻璃之間的空氣間層。

(2)提高窗體的氣密性能，窗戶的氣密性與窗戶自身制作質量、開啟方式及其安裝質量息息相關，因此要把控窗戶制作到實施的各個環節，才能有效的減少空前的冷風滲透。①窗戶開啟方式的選擇。首先，在窗戶類型的選擇上，要遵循這樣一個順序，即固定窗———平開窗———推拉窗;雖然平開窗的造價要比其它兩種窗戶高，但是其工藝要求高，窗戶型材的制作精良，接縫嚴密，氣密性遠遠優于其它兩種窗戶;②提高裝配精確度，增強縫隙部位的搭接量通過提高窗用型材的尺寸規格、穩定性、準確度和組裝的精確度來增加窗戶開合出現的縫隙部位的搭接量，減少開啟縫的寬度，通過這樣的措施和手段以達到增強窗戶氣密性的目的;③改進密封方法。目前，我國均采用雙極密封方法，而在國外的框與扇和玻璃之間的間隙處理則采用三級密封的做法。但是國內同類窗的空氣滲透量卻相形見絀了，所以應該推廣國外的三級密封方式。密封材料的改進，密封材料應該選用耐久性、耐熱性和密封性良好的氯丁橡膠條或者是三元乙丙橡膠條，使用發泡劑或者發泡棒在收口處內部進行填充，而窗戶的外部的封堵材料應采用硅酮密封膠。

3．1．3屋頂構造方式的整合優化

屋頂促進整體空間低碳循環的構造。筆者提出了低碳屋頂概念，所謂低碳屋頂，是指通過發展太陽能屋頂與屋頂綠化等建設，實現屋頂的低碳化，是節能減排、降低能源強度的重要戰略，低碳屋頂主要包括太陽能屋頂和綠色屋頂。太陽能屋頂建設可以充分利用太陽能為房屋供電供熱等，降低對傳統能源的依賴與消耗，而綠色屋頂是指一切脫離了地面的種植技術，它涵蓋面不單單是屋頂種植，還包括露臺、天臺、陽臺、墻體等各類建筑物和構筑物的空間綠化。

3．2減小建筑體型系數，降低采暖能耗

良好的建筑的形體設計能夠優化室外風環境，在嚴寒地區，建筑的體型系數變化因子的敏感性受到建筑采暖能耗的影響，體形系數越小，其表面積越小，與外界空氣的接觸面積越小，減少散熱，并且降低冬季采暖能耗，是以哈爾濱體型系數與采暖能耗的關系為研究對象，在圖中我們可以看出，當體型系數從0.05～0.4范圍內變化時，線性關系明顯。體型系數每增大0.01，耗熱量指標約增加2.5%。因此，研究建筑的形體設計能夠使低碳理念變為可能。

3．3因地制宜，選擇適宜寒地林區建筑的表皮材料

選材首先要滿足防風御寒、節約能耗，在此基礎上綜合評價這些材料從生產到投入使用再到回收利用的全過程的碳排放量，優先選擇溫室氣體產生量少的建筑材料。在林區內，為減小對森林生態環境的破壞，應需找可循環再利用、環保、易加工且能耗少的綠色材料。如對小徑木的開發研究，充分利用間伐材、枝椏材進行加工提高木材的利用效率，或對生產生活的剩余物的再利用，或對材料采用直接去污切割，無需生產的用于房屋建造以減小碳排放和污染等。

4結語

東北嚴寒地區林區林場對有限的森林資源的過度利用導致了資源的匱乏和能源的消耗。如何在不破壞森林資源環境的情況下，節約資源，降低能耗，并提高嚴寒林區人們的舒適與健康是當今住宅設計的根本點。本文對嚴寒地區林區村鎮住宅節能進行研究，目的在于提高農民居住生活質量、改善住宅室內熱環境，促進林區村鎮住宅建設的可持續發展。作為建筑師，應該本著為人們提供舒適度為目標，最大限度的節約能源，實現人與環境的資源共生，采用低碳化的技術手段并隨著城鎮化進程的加快和科技的發展，為人們呈現出更多健康、舒適、精彩的生活環境。

作者:郝秋實付本臣單位:哈爾濱工業大學建筑學院哈爾濱工業大學建筑設計研究院