内蒙东北部某建筑节能分析及应用

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　　【摘要】现代科技和工业技术的飞速发展给人类文明带来了前所未有的提高，同时也对不可再生资源产生大量的消耗，因此，节能就成为目前人类面临的一个很严峻的问题。建筑能耗占社会总能耗的比重日益扩大，因此降低建筑能耗对建立节约型社会具有重要意义。我国北方地区属寒冷地带，建筑保温隔热是值得研究的设计要点，本文是以500kV巴彦托海开关站作为工程实例，分别从建筑外墙、外门窗、屋面几个节能重点设计方面对不同材料的节能优越性做了比较。
　　【abstract】The rapid development of modern science, technology and industrytechnology brings human the hitherto unknown civilization, but also brought the contradictions between man and nature. Be the first to bear the brunt of the problem is the mass consumption of nonrenewable resources, for not only causing the destruction of the natural environment, but also let the people to concern the future generations living environment. To build energy consumption accounts for the proportion of social total energy consumption increasing, thus reducing the energy consumption of a building on the establishment of conservation-oriented society has the important meaning. The northern regions of China belongs to the cold area, therefore heat preservation and insulation are worthy of study, this paper is based on 500kV Bayan Tuohai switch station as the example, from comparing respectively the building external walls, doors and windows, roof several key energy-saving design according to the different material energy-saving advantages to elucidate the architecture energy saving design.
　　【关键词】建筑 节能 保温 意义
　　【keyword】Construction Energy-saving Insulation Value
　　中图分类号：F407.61文献标识码A 文章编号：
　　
　　【正文】节约能源是当今世界的一种重要社会意识，是指尽可能地减少能源的消耗、增加能源利用率的一系列行为。
　　能源消耗存在于人们生产生活的各个方面，其中建筑能耗量大面广，占社会商品总能耗的40%左右，因此建筑节能已经受到世界各国的普遍重视。随着我国城市化进程发展越来越快，全国各城镇建筑落成比例越来越大，所以建筑节能做为最有挖掘潜力的领域，有重要的研究价值。
　　一、概述
　　1 建筑节能的概念
　　建筑节能是指在满足建筑物使用功能的前提下，通过技术、工艺、材料、设备，来加强建构筑物的保温隔热的性能和采暖供热、空调制冷制热系统效率，以达到节约水、电、热等能源的目的。
　　2 建筑节能保温材料的分类
　　2.1建筑节能保温材料按材料成份可分为：有机隔热保温材料、无机隔热保温材料、金属类隔热保温材料。
　　2.2建筑节能保温材料按材料形状可分为以下类别：松散隔热保温材料、板状隔热保温材料、整体保温隔热材料。
　　3本工程的基本情况
　　站址位于内蒙古自治区呼伦贝尔市鄂温克旗巴彦托海镇境内，属寒温带大陆性季风气候。区域气候特点为冬季严寒漫长，夏季温凉短促，春季干旱多大风，秋季降温急骤，霜冻早。
　　本工程为巴彦托海500kV开关站，站内建筑为主控制楼、车库、继电器室、35kV站用电室
　　
　　二、节能设计
　　1节能外墙设计
　　现在使用最广泛的就是外墙外保温，目前常用的保温隔热材料主要有一下几种：聚苯乙烯泡沫、酚醛树脂泡沫塑料、无溶剂硬泡聚氨酯（PUF）、氮尿素泡沫塑料、聚氯乙烯树脂（PVC）泡沫塑料、岩棉板、保温抹面砂浆
　　以上几种材料中，XPS泡沫板吸水率低、透气性差；酚醛树脂泡沫塑料脆性大、易碎，有腐蚀性；无溶剂硬泡聚氨酯紫外线照射后容易变质，耐火性差；氮尿素泡沫塑料材料费及施工成本略高；聚氯乙烯树脂（PVC）泡沫塑料热稳定性差，其分解产生的氯化氢气体容易污染环境；保温抹面砂浆在严寒地区很难达到节能标准，所以就性能上来说EPS聚苯板和岩棉板是比较好的。
　　EPS聚苯板质量更轻，可以降低建筑自身的结构重量，从技术成熟度比较，EPS板外墙外保温技术起步早，在技术上最成熟，应用也最广泛，而岩棉板的剥离强度较低，不能用粘贴固定，需要钻孔压钢丝网的机械固定法，因此施工较麻烦，但是考虑到岩棉板自身优越的防火性能，在防火要求比较高的建筑物中，可以考虑使用岩棉板。
　　本工程依据前面关于节能外墙的论述内容并结合当地建筑材料的供应和施工技术水平，建筑物为砖混结构方案的节能外墙采用烧结煤矸石多孔砖或烧结多孔砖+70mm聚苯保温板（EPS板），建筑物为钢筋混凝土框架结构方案的节能外墙采用页岩陶粒混凝土空心砌块+80mm聚苯保温板（EPS板）。
　　2节能外门窗设计
　　建筑门窗是建筑围护结构的组成部分，是建筑物热交换、热传导最活跃、最敏感部位，可以通过适当的选材，提高其保温性能，达到节能的效果。常用的门窗型材有隔热断桥铝合金窗、PVC塑料窗、铝合金窗。
　　 隔热断桥铝合金窗框的传热方式相当于相邻金属之间由空气间隙以及导热系数较小的断热桥联结，通过这种结构设计，大大降低了窗框的传热系数，其传热系数在 3.3W/(m2·k)左右。
　　 PVC塑料窗框传热系数和窗框型材结构设计有很大的关系，目前大多选用传热系数较低的三腔结构和四腔结构的窗框设计。
　　  铝合金材质的窗传热系数较高，PVC塑料相比导热系数相差千余倍，但是由于铝合金窗的金属实体所占的比例不大，使得铝合金窗的保温效果并未受到很大的影响。
　　  综上所述，隔热断桥铝合金窗框在保温性能上有很大的优势。目前隔热断桥铝合金窗发展迅速，但其造价高于其它两种材料，随着技术的进步，造价会逐渐趋于合理，是非常理想的隔热材料，所以目前北方严寒地区在建筑门窗型材选择上大量使用此种窗框。
　　500kV巴彦托海开关站新建工程位于内蒙古自治区呼伦贝尔市鄂温克旗境内，属于严寒地区。本工程外窗采用性价比较高的隔热断桥铝合金窗（双框），其中玻璃采用一层中空玻璃+一层单层玻璃的组合形式。
　　3节能屋面设计
　　国内常见的屋面节能设计形式有：外保温屋面、倒置式屋面、遮阳屋面、通风屋面、阁楼屋面、浅色屋面等。严寒地区通常采用的形式是外保温屋面、倒置式屋面。
　　外保温屋面的构造类似于外墙外保温，是将保温材料做在屋面楼板外侧的做法， 防水层及保护层位于保温材料之外
　　传统的屋面是将保温层放于防水层下部，而倒置式屋面是与传统屋面相对而言的，就是外保温屋面的倒置形式， 它将保温层设置在防水层上部。
　　表1节能屋面优劣比较表
　　
　　
　　注：USD工法——将绝热层放在防水层上方的工法。（UP—SIDEDOWN）
　　BUR工法——将绝热层放在防水层下方的传统工法。
　　XPS——挤塑式聚苯乙烯保温板
　　从上表可以看出，倒置式屋面在各个方面都有着比较明显的优势，最适合夏热冬冷地区，500kV巴彦托海开关站新建工程属于严寒地区，因此本工程的屋面形式采用倒置式屋面。
　　
　　三、节能造价估算
　　500kV巴彦托海开关站新建工程站内拟建的建筑物主要有：主控制楼、10kV配电室、500kV保护小室以及车库。下面我们就以主控制楼为例来说明采用节能设计的建筑物节能效果，特别是在本工程全寿命周期内的经济评价。
　　1节能设计计算
　　根据内蒙古自治区工程建设标准DBJ03-27-2007《公共建筑节能设计标准》的划分，鄂温克旗属于严寒地区A区，以主控制楼（砖混结构）为例简要介绍节能设计计算，其它房屋从略。
　　1.1 外墙
　　1.1.170 mm聚苯保温板（EPS）造价：约100元∕m2
　　1.1.2 墙体构造
　　外墙内抹灰：δ=20 mm混合砂浆，导热系数λ=0.93 W/（m·k）；
　　结构层：δ=490 mm烧结煤矸石多孔砖，导热系数λ=0.51 W/（m·k）；
　　（δ=490 mm粘土普通砖，导热系数λ=0.69 W/（m·k））
　　保温层： 70 mm聚苯保温板（EPS），导热系数λ=0.046W/（m·k）；
　　聚合物抗裂砂浆：6 mm，λ=0.93 W/（m·k）；
　　1.1.3热工传热系数计算
　　根据公式：K==W/（m2·k）
　　K：维护结构传热系数W/（m2·k）；
　　：维护结构内表面换热阻（m2·k）/ W；
　　：维护结构外表面换热阻（m2·k）/ W；
　　：维护结构本体的热阻（m2·k）/ W；
　　：维护结构内表面换热系数W/（m2·k）；
　　：维护结构外表面换热系数W/（m2·k）；
　　λ：维护结构导热系数W/（m·k）；
　　δ：维护结构本体厚度mm。
　　代入数据：
　　（a） 结构层为烧结煤矸石多孔砖且有保温层的墙体：
　　K1=0.37 ，根据表《公共建筑节能设计标准》所列标准，满足节能设计要求。
　　（b） 结构层为粘土普通砖且无保温层的墙体：
　　K2=1.24，根据《公共建筑节能设计标准》所列标准，不满足节能设计要求。
　　1.1.4外墙的基本耗热量
　　根据公式：Q=1.2
　　Q：维护结构的基本耗热量W；
　　F：维护结构的面积m2，取509 m2；
　　：采暖室内计算温度，取20℃；
　　：采暖期室外平均温度，海拉尔地区取-15℃。
　　所以，非保温墙体与保温墙体的基本耗热量差值为：
　　ΔQ= Q2 -Q1=1.2×（1.24-0. 37）×509×（20+15）=18.6kW
　　本工程按电热辐射器采暖设计，海拉尔地区一年采暖期按7个月计算(即T=7×30×24=5040h ),那么保温墙体一年可以节约电能为：
　　 W=ΔQ×T/0.95=18.6×5040/0.95=98678 kW. h
　　1.2外窗
　　1.2.1外窗构造
　　本工程外窗采用双层隔热断桥铝合金窗（一层中空玻璃+一层单玻）。
　　1.2.2热工传热系数计算
　　（1）、三层中空玻璃隔热断桥铝合金窗，空气层厚度12mm
　　传热系数K1= 2.50 W/（m2·k）；根据《公共建筑节能设计标准》所列标准，满足节能设计要求。
　　（2）、双层中空玻璃隔热断桥铝合金窗，空气层厚度12mm，
　　传热系数K2= 3.27 W/（m2·k）；根据《公共建筑节能设计标准》所列标准，不满足节能设计要求。
　　1.2.3维护结构的基本耗热量
　　根据公式：Q=1.2,(取F= 78 m2 )；
　　所以，双层中空玻璃与三层中空玻璃的基本耗热量的差值为：
　　ΔQ= Q2 -Q1 =1.2×（3.27-2.50）×78×（20+15）=2.522kW
　　条件同上述墙体，则三层中空玻璃比双层中空玻璃一年可以节约电能为： W=ΔQ x T/0.95=2.522×5040/0.95=13379kW. h
　　1.3屋面
　　1.3.1屋面构造
　　结构层：δ=120mm钢筋混凝土屋面板，导热系数 =1.74 W/（m·k）；
　　找坡层：δ=25 mm水泥膨胀珍珠岩，导热系数=0.16 W/（m·k）；
　　找平层：20 mm水泥砂浆，导热系数=0.93 W/（m·k）；
　　保温层：120mm挤聚苯烯泡沫塑料板，导热系数=0.033 W/（m·k）；
　　1.3.2热工传热系数计算
　　 根据公式：K==W/（m2·k）
　　代入数据：
　　K1=0.248，根据《公共建筑节能设计标准》所列标准，满足节能设计要求。
　　1.4节能造价估算
　　依据我院在内蒙古广大地区多年的设计经验，屋面和窗户与以往所设计的普通房屋相差不多，因此假定门窗和屋面按节能建筑设计前后耗能相同，我们只比较由于墙体采用节能设计而可以节省的电能来说明建筑物节能设计的必要性。电价如果按每度电0.20元计算，上述外墙外保温系统节能方案每年可节省电费：
　　 Y=0.2×98678=1.97万元
　　以上所计算的只是冬季采暖时我们可以节约的能源，事实上保温材料不仅保温同时也有保冷作用。在夏季空调制冷房间，同样可以减少冷负荷的传递进而减小电能的消耗，节约费用是可想而知的。
　　
　　四 结论
　　节能建筑是电力建筑设计的努力方向，虽然要达到节能目标在工程建设时需要付出一定的经济代价，但从国家长远利益以及建筑物全寿命周期管理理念角度看，这是很值得建筑建造者和设计者所应该努力做的事情。本文通过理论和算例分析得出以下结论：
　　（1）在满足节能65%要求的严寒地区，节能墙体的构造选择以外墙外保温系统为优先；在保温材料的选用上，EPS板和岩棉板将有很好的发展前景，在今后的设计中值得推广。
　　（2）门窗设计可根据国家及地区的建筑节能要求设计出具有不同保温性能的窗户。同时在保证必要的通风条件的前提下，减少开启缝的长度，提高门窗气密性，根据建筑物墙体朝向限制不同的窗墙比并在采光满足的前提下尽量开小窗户，通过这些措施同样也可提高门窗的保温性能。
　　（3）倒置式屋面无论从节能效果上看，还是从可施工性、免维护性上看都有着传统保温屋面无法比拟的优势。
　　本工程以内蒙古严寒地区节能保温做了简单论述，本研究结合实际工程完成，在理论上还有很多工作没有深入进行，在以后的工作中需要进一步总结。
　　
　　参考文献
　　[1] 居住建筑节能标准( 夏热冬冷地区)宣贯教材[Z]. 中国计划出版社, 2001
　　[2] 关苗. 建筑节能需双管齐下[J]. 中化建筑报, 2009,(5)

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