居住建筑节能发展趋势论文

建筑毕业论文 时间:2019-03-24 我要投稿

  城市化建设的加快,人口的增长,使得我们能耗控制面临严峻的挑战。为此,国家住建部、国土资源部、国家发改委能源局出台了一系列政策与文件,加快墙体改革及绿色建筑的步伐工作。住建部要求,“十二五”期间需完成新建绿色建筑10亿平方米,到2015年末,20%城镇新建建筑必须达到绿色建筑的标准要求,既有建筑节能改造方面,需完成公共机构办公建筑和公共建筑节能改造1.2亿平方米,实施农村节能改造40万套,为此,新结构、新技术、新材料的应用势在必行。在我国北方冬季采暖的地区,早在上个世纪九十年代末国家就提出居住性建筑的外墙达到节能50%要求。并且对所有的新建居住建筑的外墙均要求实施保温节能措施,而福建等南方不采暖地区,直到2004年末,一直未走出外墙不需要保温的误区。福建省工程建设标准《福建省居住建筑节能设计标准实施细则》DBJ13-62-2004的全面实施为福建省居住建筑节能提供了标准和依据,因此,从2004年末开始,福建的所有新建居住建筑均要求满足《福建省居住建筑节能设计标准实施细则》的要求,该标准的实施,更是有力推进了福建省居住建筑节能方面的工作。然而,只对新建的居住建筑实施节能措施是不够的,已有居住建筑房屋的量更大、面更广,不实施节能改造将造成能源的巨大浪费,有关的《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ75-2012等国家建筑节能政策的落实和《福建省居住建筑节能设计标准》DBJ/T13-198-2014的实施将是一句空话,因此,居住建筑节能不但要对新建建筑采取节能措施,而且要对量大、面广的已有居住建筑进行节能改造,只有这样才能使居住建筑节能真正落到实处。

  1居住建筑节能的现状

  1.1新型节能建筑结构

  在我国北方冬季采暖的地区,自上个世纪九十年代末国家提出居住性建筑的外墙达到节能50%要求以来,各地纷纷响应,先后研制开发过许多新的节能建筑结构。这些新型节能建筑结构有一些已收入由中国建筑工业出版社出版发行的《小康住宅建筑结构体系成套技术指南》[1]一书中。下面介绍这些新型节能建筑结构中已经成功推广应用的几种。西安建筑科技大学姚谦峰教授领导的课题组,在有关方面的大力支持下,历时近10年,研究开发出以密肋复合墙板作为主要承力构件、新型的结构体系:密肋壁板轻框结构体系[2];该结构体系由轻型框架与密肋式复合墙板复合组成。密肋式复合墙板与普通框架中的填充墙不同。密肋式复合墙板由间距较密的钢筋混凝土框格和粉煤灰加气砌块(或其他(普通)硅酸盐砌块)预制而成,因预制过程中混凝土包裹砌块和框格的收缩,砌块的强度发挥与变形能力得到了较好的改善,首先这使得砌块可参与到结构抗侧力体系。其次,通过预埋钢筋与周边轻型框架整浇形成一体,密肋式复合墙板不仅显著提高结构体系的抗侧力刚度,也明显改善了结构的受力性能,使得原框架结构以剪切变形为主进而改善到以弯曲变形为主,有效减小结构的整体变形,并提高材料的利用率。另外,由于复合抗侧力结构体系形成了多道的抗震设防线,整体结构的抗震性能也相应得到有效的改善。该结构体系所用的粉煤灰加气砌块(或其他硅酸盐砌块)的保温隔热性能非常好,并在密布的钢筋混凝土框格处也作了保温隔热处理,整体结构不存在冷(热)桥问题,同时保温隔热性能也达到国家节能要求。这种结构体系在中高层以下的居住建筑中具有极好的应用前景。目前已在陕西等地建成一大批住宅和学生宿舍等。但这种结构的预制复合墙板在装配过程中,水平装配缝采用销键连接,这同样存在装配式大板结构水平缝透风漏雨的弊端。CL结构体系[3]是近年来研究开发的一种新型节能建筑结构体系,其研制开发的基础是各种夹心板材。该体系采用复合墙板作为外承重墙,多孔墙板作为内承重墙,预应力钢筋混凝土轻质墙板作为隔墙,大跨度预应力钢筋混凝土装配整体式多孔板作为楼板或采用现浇钢筋混凝土楼板,承重墙板块交接处设置暗柱,门窗周边设置加强肋,楼板和承重墙板交接处设置暗梁,整个结构可采用全部现浇或通过暗柱、暗梁节点浇筑将预制墙板连接拼装成整体结构,形成带边框复合轻型剪力墙或短肢墙结构体系见(图2)。

  复合墙板作为该结构体系的核心,是一种新型、具有良好保温和隔音效果的承重或短肢剪力墙。该墙板由斜向钢筋拉接的两层钢丝网架,在中间夹聚苯乙烯板,内外两侧墙浇筑混凝土而成见(图3)。CL结构体系的暗梁和暗柱均与墙板等厚,使整个结构没有外露的梁、柱,而不影响使用和美观,从而对建筑环境有很大改善。另外,这种结构可做成大开间,便于用户根据需要任意划分。CL结构体系将带框夹心板直接用做承重墙板,省去了外墙后做保温层的第二道工序。目前,还没有见到将保温层放在结构层内部,使保温层和结构层形成一个完整的整体的情况,CL结构体系就是将保温层放在结构层内部,使保温层和结构层形成一个完整的整体。这即达到了保温隔音的目的,施工又不复杂,还不影响室内外装修和挂空调。从受力角度讲,CL结构体系的核心———复合墙板是带框夹心板,夹心板在边框约束下主要承受水平荷载,边框除约束夹心板外,还承受外荷载产生的弯矩。二者相互作用、共同工作。目前已在河北、山东等地建造了一大批住宅等居住建筑。WZ体系[4]是青岛理工大学王士风教授发明的一种新型节能住宅建筑体系。该体系的核心组件是钢筋-混凝土组合网架夹心板,暨指由适当厚度的外面两层平面钢筋网架浇筑后中间连接的弦杆构成钢筋-混凝土组合网架,并在组合网架的混凝土板之间填充保温芯板,即构成WZ板见(图4)。用WZ板构建的钢筋-混凝土组合网架夹心剪力墙的建筑体系,简称WZ体系。

  免拆保温墙模复合剪力墙建筑体系[5]在国内第一次实现保温工程与结构工程施工同步来完成,施工效率较高,墙体保温性能也很好。通过墙模保温系数测定和热工计算,该体系可达节能65%的目标。施工后新型复合剪力墙模板不必拆除,与内部钢筋混凝土一同形成复合剪力墙体系,可以实现结构施工过程中同时完成外墙保温的施工,在满足强度、刚度和承受新浇筑混凝土侧压力的前提下,可节省模板投入,缩短施工工期,减小墙体厚度,并有良好的保温隔热性能,是很有前景的一种新型复合混凝土剪力墙建筑体系。在国外,加气混凝土应用较广。罗马尼亚布加勒斯特采用的加气混凝土建筑体系,内外墙均为加气混凝土;南斯拉夫采用的加气混凝土板材IMS建筑体系已广泛用于办公楼、学校、住宅和工业建筑,既降低了劳动量又节约了材料。该种加气混凝土建筑体系的应用也体现出很多优点:施工机械化程度高,施工进度快;自重轻,运输方便,可降低工程基础造价;结构构件截面减小了,可增大实际使用面积;保温隔热、隔音效果好,可节约能源。但其仍具有轻骨料混凝土建筑的一些弊端,如初始刚度低、变形较大等。美国最近研究出一种“纳式塔”结构型式,使用带有半园槽的砌块砌筑形成带有隐形纵横圆孔的墙体,内部设置钢筋,而后浇筑流态混凝土,形成的砌体结构带有隐形密框,这既节省安装模板,又使混凝土被包砌在内部,同时砌块还是采用保温效果非常好的材料制成,整体结构没有热桥问题,是一种非常有前景的结构型式。但目前流态混凝土的生产造价还较高,尚需研发一种造价合理的流态混凝土。建筑模网由大连于1998年国内独家引进,为2000年国家火炬计划项目和国家级新产品;最初由法国结构、材料专家杜朗夫妇发明的,用其名字命名,暨DIPY建筑模网,并取得国际发明专利[6]见(图5),广泛应用于欧、美地区,是一种高性能、低成本、实用可靠新的外墙外保温建筑体系。该建筑模网由钢板网、加劲肋、折钩拉筋和保温层(耐火等级须达到B1级及以上)共同构成三维开敞式空间网架,内部浇筑密实混凝土构成建筑模网墙体见(图5、图6),是一种开放性、免拆除模板构件,当应用于外墙时,与保温材料共同复合成一次浇筑成型的外墙外保温承重建筑体系[7]。

  其主要技术(图5)建筑模网示意特点:①模网实现了外保温与承重墙一体化的施工技术,混凝土内可掺入适量的建筑垃圾或工业废料,既节约了耕地,又保护了环境,还可降低工程造价。②(图6)建筑模网的相关部件实现了生产工厂化、施工装配化,施工工艺简便快捷。③模网混凝土具有特有的环箍效应、限裂效应、渗滤效应和消除传统支模引起的容器效应,混凝土不经振捣实现自密实,可避免其收缩产生裂缝。④抗震性能优异:作为三维空间体系,模网内部浇筑混凝土后不用拆除,并可起到钢筋骨架作用,具有较强的抗剪强度、延性,整体性强,是当前一种抗震性能较好的建筑体系。⑤保温的模网混凝土墙体的总热阻可达1.29m2k/W(传热系数为0.77W/m2k),不仅节能可达到50%的标准,节能第二阶段的建筑物热损耗也比国家标准要求35%的还降低19%,并且模网的保温层牢固、可靠、耐久。保温层位于墙体外侧,可避免产生热桥、淌水、发霉、霜冻等现象,具有承重、防水、保温和装饰等多种功能。模网的建筑物隔声可达到45dB,能满足“民用建筑容许噪声标准”规定的要求。国内由王立久教授为首的课题组首先开展了大量的试验研究工作。实践证明[8],应用建筑模网技术,无论是建筑节能、缩短工期、节省投资,还是保护环境等诸多方面,都远远优于普通混凝土技术。建筑模网已在国外的应用多年,在我国的推广应用面积已达10多万平方米;由于优点诸多,现在已得到越来越多的主管部门和房地产商等的关注。随着对建筑模网各项技术研究工作的深入,其应用领域不断拓展,建筑模网必将有力推动我国建筑事业的发展。此外,还有德国的MaguICF建筑节能体系、英国的威肯L型墙板建筑体系等,这里就不一一介绍了。

  1.2节能措施与节能改造

  节能措施主要是指给新建建筑外墙加保温隔热层。目前外墙加保温隔热层的做法有20项已收入了建设部发布的《节能省地型建筑推广应用技术目录》。这些均属外墙外保温技术。有的是挂或粘外保温层,有的是抹外保温层,有的是喷涂外保温层。这些节能措施既可用于新建建筑的外墙,也可用于既有建筑的外墙节能改造。给新建建筑外墙加保温隔热层的节能措施容易实现,因为新建建筑尚未投入使用,给外墙加保温隔热层属于设计、施工的一部分,是新建居住建筑满足节能要求所必须的做法。而给既有建筑外墙加保温隔热层的节能改造却很难实现,因为既有建筑已经投入使用,给外墙加保温隔热层涉及谁出钱的问题,同时,给既有建筑外墙加保温隔热层的节能改造或多或少的会影响房主的使用,另外,给既有建筑外墙加保温隔热层的节能改造还会改变房屋原有的建筑效果。这些个人和社会的问题都会给既有建筑外墙加保温隔热层的节能改造带来困难。即使给既有建筑外墙加保温隔热层的节能改造后会节省大量的电能,给房主节省了大量的电费,但是在节能改造过程中所花费的费用房主也不愿意出,或根本就不能出。何况给既有建筑外墙加保温隔热层的节能改造还会影响居住者阳台的使用,空调等的移动也会该他们带来麻烦和不便。因此,给既有建筑外墙加保温隔热层的节能改造这一涉及千家万户的工程实施起来将非常难。然而既有居住建筑量更大、面更广,不实施节能改造仍将造成能源的巨大浪费,国家建筑节能政策和《福建省居住建筑节能设计标准》DBJ/T13-198-2014还是无法真正实施。

  1.3国家建筑节能政策的落实和《福建省居住建筑节能设计标准》的实施现状

  早在1988年,我国北方冬季采暖地区的新建居住就已开始采取节能措施。有的使用了节能型的建筑结构,有的在外墙加了保温隔热层。到2004年,已从1988年的一步节能(新建住宅能耗水平比1980年设计标准:每平方米一个采暖季耗标准煤25.2公斤,降低了30%)经1998年的二步节能(比1980年标准的能耗水平降低了50%)发展到三步节能(比1980年标准的能耗水平降低了65%)。2013年1月起,北京市又开始实行新的《居住建筑节能设计标准》(DB11/891—2012)[9],是国内首个使居住建筑的单位面积采暖能耗指标达到节能75%水平的地方标准,实施后将使北京市居住建筑综合节能水平达到同等气候条件下发达国家的先进水平。但房屋是否真正能满足国家的保温节能要求还有待进一步证实,这里不能排除那些为了应付国家政策的做法,有些开发商为了省钱采取应付手段而没有真正采取节能措施的情况我想肯定会有的。而在像福建等南方省份直至2004年底才开始对新建居住建筑实施节能设计标准,所有的新建居住建筑均应满足节能设计标准要求。但据了解执行情况不容乐观。就拿福建省来说,尚有部分新建居住建筑并没有全部采取节能措施。原因是在福建等南方省份人们很难走出房屋不需要保温的误区,殊不知福建省虽说不采暖,但使用空调的时间长达6个月之久,如果住宅、办公楼等房屋的保温隔热性能不好,室内冷气会大量的散发到室外去,在福建等南方地区已有不保温的居住建筑中使用空调就相当于在开着门窗的房屋中使用空调一样,将是对能源的巨大浪费。变频空调在保温隔热性能好的房屋中使用将节省更多的电能。在既有居住建筑节能改造方面,情况更不容乐观。北京市正在加快既有建筑节能改造的政策研究和试点;天津市既有住宅和公共建筑节能改造达到二步节能要求(即50%节能目标)的工作正在有序展开;南方不采暖地区既有居住建筑节能改造正在起步。

  2居住建筑节能的发展趋势

  新建居住建筑节能应向研制、开发和引进新型节能建筑结构方向发展。新建居住建筑节能目前有两种做法,一种是使用新型节能建筑结构,这种结构的保温隔热层就是结构不可分割的一部分,因而保温隔热层就是房屋设计、施工中必作的内容,只要使用了这种节能型建筑结构,就可保证房屋的节能性能满足要求。另一种是在房屋的外墙加保温隔热层,这种保温隔热层一般是当房屋结构部分施工完毕后才加上去的,或粘或挂或抹或喷,这就存在两个主要问题,一是与结构层连接的可靠性很难保证,尤其在强风或地震作用下很难保证不脱落,据新闻媒体报道有一些保温隔热层脱落的现象发生,还砸坏了人。二是保温隔热层本身的强度一般都较低,底部耐撞击能力很难满足要求,同时给外墙挂空调等带来困难,另外,这种在结构层外后加保温隔热层的做法,很难避免施工单位和开发商少做或不做的可能性。既有建筑节能改造也是居住建筑节能的一个发展方向。已有的居住建筑房屋量大、面广,只有采取简便可行的改造措施,对已有的居住建筑房屋实施节能改造,才能使居住建筑节能真正落到实处。福建等南方省份在夏季空调的使用要消耗大量的电能,甚至造成一些大城市夏季用电高峰期拉闸限电的现象,这主要是已有的居住建筑房屋外墙不保温(无节能措施),使大量的冷气向室外散发,空调不断制冷耗电造成的。这一点可从笔者的一位好友亲身体验来说明,他原来在天津工作时夏季也要用空调,但一般他都采取让空调定时关机的使用方法,通常每次开空调时间为一小时,空调自动关机后,半小时内室内仍然保持凉爽;来到福建后,开始他仍然采取在天津时的空调使用方法,可是空调自动关机后,不到十分钟室内就热得令人受不了,所以,只好让空调一直开着制冷,才能保持室内凉爽。其实在夏季最炎热时期,天津的温度和福建的温度几乎相同甚至有时天津温度更高。造成上述现象的直接原因就是外墙的保温性能好坏。因此,对量大、面广的已有居住建筑实施节能改造可以节省大量的电能,是建设资源节约型社会的需要。要建立法制性的建筑节能检验制度。建筑节能评估与能效标识是推动建筑节能的有效保证,没有严格的法制性的建筑节能检验和评估制度,很多开发商就会弄虚作假、蒙混过关,造成许多居住建筑节能效果达不到国家的节能要求,因此,建立健全节能与绿色建筑能耗评估体系,推行建筑节能性能测评与标识等制度势在必行。

  3结语

  综上所述,居住建筑的节能现状不容乐观。新型节能建筑结构的研制、开发或引进和既有建筑节能改造的全面开展是建筑节能的重要发展方向,从立项设计、材料检验、过程控制、竣工验收到系统运行的全方位、全过程、全员认真执行法制性的建筑节能制度,是推动建筑节能的有效保证。

相关推荐