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居住建筑節能發展趨勢論文
城市化建設的加快，人口的增長，使得我們能耗控制面臨嚴峻的挑戰。為此，國家住建部、國土資源部、國家發改委能源局出臺了一系列政策與文件，加快墻體改革及綠色建筑的步伐工作。住建部要求，“十二五”期間需完成新建綠色建筑10億平方米，到2015年末，20%城鎮新建建筑必須達到綠色建筑的標準要求，既有建筑節能改造方面，需完成公共機構辦公建筑和公共建筑節能改造1．2億平方米，實施農村節能改造40萬套，為此，新結構、新技術、新材料的應用勢在必行。在我國北方冬季采暖的地區，早在上個世紀九十年代末國家就提出居住性建筑的外墻達到節能50%要求。并且對所有的新建居住建筑的外墻均要求實施保溫節能措施，而福建等南方不采暖地區，直到2004年末，一直未走出外墻不需要保溫的誤區。福建省工程建設標準《福建省居住建筑節能設計標準實施細則》DBJ13－62－2004的全面實施為福建省居住建筑節能提供了標準和依據，因此，從2004年末開始，福建的所有新建居住建筑均要求滿足《福建省居住建筑節能設計標準實施細則》的要求，該標準的實施，更是有力推進了福建省居住建筑節能方面的工作。然而，只對新建的居住建筑實施節能措施是不夠的，已有居住建筑房屋的量更大、面更廣，不實施節能改造將造成能源的巨大浪費，有關的《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》JGJ75－2012等國家建筑節能政策的落實和《福建省居住建筑節能設計標準》DBJ/T13－198－2014的實施將是一句空話，因此，居住建筑節能不但要對新建建筑采取節能措施，而且要對量大、面廣的已有居住建筑進行節能改造，只有這樣才能使居住建筑節能真正落到實處。
1居住建筑節能的現狀
1．1新型節能建筑結構
在我國北方冬季采暖的地區，自上個世紀九十年代末國家提出居住性建筑的外墻達到節能50%要求以來，各地紛紛響應，先后研制開發過許多新的節能建筑結構。這些新型節能建筑結構有一些已收入由中國建筑工業出版社出版發行的《小康住宅建筑結構體系成套技術指南》［1］一書中。下面介紹這些新型節能建筑結構中已經成功推廣應用的幾種。西安建筑科技大學姚謙峰教授領導的課題組，在有關方面的大力支持下，歷時近10年，研究開發出以密肋復合墻板作為主要承力構件、新型的結構體系:密肋壁板輕框結構體系［2］;該結構體系由輕型框架與密肋式復合墻板復合組成。密肋式復合墻板與普通框架中的填充墻不同。密肋式復合墻板由間距較密的鋼筋混凝土框格和粉煤灰加氣砌塊(或其他(普通)硅酸鹽砌塊)預制而成，因預制過程中混凝土包裹砌塊和框格的收縮，砌塊的強度發揮與變形能力得到了較好的改善，首先這使得砌塊可參與到結構抗側力體系。其次，通過預埋鋼筋與周邊輕型框架整澆形成一體，密肋式復合墻板不僅顯著提高結構體系的抗側力剛度，也明顯改善了結構的受力性能，使得原框架結構以剪切變形為主進而改善到以彎曲變形為主，有效減小結構的整體變形，并提高材料的利用率。另外，由于復合抗側力結構體系形成了多道的抗震設防線，整體結構的抗震性能也相應得到有效的改善。該結構體系所用的粉煤灰加氣砌塊(或其他硅酸鹽砌塊)的保溫隔熱性能非常好，并在密布的鋼筋混凝土框格處也作了保溫隔熱處理，整體結構不存在冷(熱)橋問題，同時保溫隔熱性能也達到國家節能要求。這種結構體系在中高層以下的居住建筑中具有極好的應用前景。目前已在陜西等地建成一大批住宅和學生宿舍等。但這種結構的預制復合墻板在裝配過程中，水平裝配縫采用銷鍵連接，這同樣存在裝配式大板結構水平縫透風漏雨的弊端。CL結構體系［3］是近年來研究開發的一種新型節能建筑結構體系，其研制開發的基礎是各種夾心板材。該體系采用復合墻板作為外承重墻，多孔墻板作為內承重墻，預應力鋼筋混凝土輕質墻板作為隔墻，大跨度預應力鋼筋混凝土裝配整體式多孔板作為樓板或采用現澆鋼筋混凝土樓板，承重墻板塊交接處設置暗柱，門窗周邊設置加強肋，樓板和承重墻板交接處設置暗梁，整個結構可采用全部現澆或通過暗柱、暗梁節點澆筑將預制墻板連接拼裝成整體結構，形成帶邊框復合輕型剪力墻或短肢墻結構體系見(圖2)。
復合墻板作為該結構體系的核心，是一種新型、具有良好保溫和隔音效果的承重或短肢剪力墻。該墻板由斜向鋼筋拉接的兩層鋼絲網架，在中間夾聚苯乙烯板，內外兩側墻澆筑混凝土而成見(圖3)。CL結構體系的暗梁和暗柱均與墻板等厚，使整個結構沒有外露的梁、柱，而不影響使用和美觀，從而對建筑環境有很大改善。另外，這種結構可做成大開間，便于用戶根據需要任意劃分。CL結構體系將帶框夾心板直接用做承重墻板，省去了外墻后做保溫層的第二道工序。目前，還沒有見到將保溫層放在結構層內部，使保溫層和結構層形成一個完整的整體的情況，CL結構體系就是將保溫層放在結構層內部，使保溫層和結構層形成一個完整的整體。這即達到了保溫隔音的目的，施工又不復雜，還不影響室內外裝修和掛空調。從受力角度講，CL結構體系的核心———復合墻板是帶框夾心板，夾心板在邊框約束下主要承受水平荷載，邊框除約束夾心板外，還承受外荷載產生的彎矩。二者相互作用、共同工作。目前已在河北、山東等地建造了一大批住宅等居住建筑。WZ體系［4］是青島理工大學王士風教授發明的一種新型節能住宅建筑體系。該體系的核心組件是鋼筋－混凝土組合網架夾心板，暨指由適當厚度的外面兩層平面鋼筋網架澆筑后中間連接的弦桿構成鋼筋－混凝土組合網架，并在組合網架的混凝土板之間填充保溫芯板，即構成WZ板見(圖4)。用WZ板構建的鋼筋－混凝土組合網架夾心剪力墻的建筑體系，簡稱WZ體系。
免拆保溫墻模復合剪力墻建筑體系［5］在國內第一次實現保溫工程與結構工程施工同步來完成，施工效率較高，墻體保溫性能也很好。通過墻模保溫系數測定和熱工計算，該體系可達節能65%的目標。施工后新型復合剪力墻模板不必拆除，與內部鋼筋混凝土一同形成復合剪力墻體系，可以實現結構施工過程中同時完成外墻保溫的施工，在滿足強度、剛度和承受新澆筑混凝土側壓力的前提下，可節省模板投入，縮短施工工期，減小墻體厚度，并有良好的保溫隔熱性能，是很有前景的一種新型復合混凝土剪力墻建筑體系。在國外，加氣混凝土應用較廣。羅馬尼亞布加勒斯特采用的加氣混凝土建筑體系，內外墻均為加氣混凝土;南斯拉夫采用的加氣混凝土板材IMS建筑體系已廣泛用于辦公樓、學校、住宅和工業建筑，既降低了勞動量又節約了材料。該種加氣混凝土建筑體系的應用也體現出很多優點:施工機械化程度高，施工進度快;自重輕，運輸方便，可降低工程基礎造價;結構構件截面減小了，可增大實際使用面積;保溫隔熱、隔音效果好，可節約能源。但其仍具有輕骨料混凝土建筑的一些弊端，如初始剛度低、變形較大等。美國最近研究出一種“納式塔”結構型式，使用帶有半園槽的砌塊砌筑形成帶有隱形縱橫圓孔的墻體，內部設置鋼筋，而后澆筑流態混凝土，形成的砌體結構帶有隱形密框，這既節省安裝模板，又使混凝土被包砌在內部，同時砌塊還是采用保溫效果非常好的材料制成，整體結構沒有熱橋問題，是一種非常有前景的結構型式。但目前流態混凝土的生產造價還較高，尚需研發一種造價合理的流態混凝土。建筑模網由大連于1998年國內獨家引進，為2000年國家火炬計劃項目和國家級新產品;最初由法國結構、材料專家杜朗夫婦發明的，用其名字命名，暨DIPY建筑模網，并取得國際發明專利［6］見(圖5)，廣泛應用于歐、美地區，是一種高性能、低成本、實用可靠新的外墻外保溫建筑體系。該建筑模網由鋼板網、加勁肋、折鉤拉筋和保溫層(耐火等級須達到B1級及以上)共同構成三維開敞式空間網架，內部澆筑密實混凝土構成建筑模網墻體見(圖5、圖6)，是一種開放性、免拆除模板構件，當應用于外墻時，與保溫材料共同復合成一次澆筑成型的外墻外保溫承重建筑體系［7］。
其主要技術(圖5)建筑模網示意特點:①模網實現了外保溫與承重墻一體化的施工技術，混凝土內可摻入適量的建筑垃圾或工業廢料，既節約了耕地，又保護了環境，還可降低工程造價。②(圖6)建筑模網的相關部件實現了生產工廠化、施工裝配化，施工工藝簡便快捷。③模網混凝土具有特有的環箍效應、限裂效應、滲濾效應和消除傳統支模引起的容器效應，混凝土不經振搗實現自密實，可避免其收縮產生裂縫。④抗震性能優異:作為三維空間體系，模網內部澆筑混凝土后不用拆除，并可起到鋼筋骨架作用，具有較強的抗剪強度、延性，整體性強，是當前一種抗震性能較好的建筑體系。⑤保溫的模網混凝土墻體的總熱阻可達1.29m2k/W(傳熱系數為0．77W/m2k)，不僅節能可達到50%的標準，節能第二階段的建筑物熱損耗也比國家標準要求35%的還降低19%，并且模網的保溫層牢固、可靠、耐久。保溫層位于墻體外側，可避免產生熱橋、淌水、發霉、霜凍等現象，具有承重、防水、保溫和裝飾等多種功能。模網的建筑物隔聲可達到45dB，能滿足“民用建筑容許噪聲標準”規定的要求。國內由王立久教授為首的課題組首先開展了大量的試驗研究工作。實踐證明［8］，應用建筑模網技術，無論是建筑節能、縮短工期、節省投資，還是保護環境等諸多方面，都遠遠優于普通混凝土技術。建筑模網已在國外的應用多年，在我國的推廣應用面積已達10多萬平方米;由于優點諸多，現在已得到越來越多的主管部門和房地產商等的關注。隨著對建筑模網各項技術研究工作的深入，其應用領域不斷拓展，建筑模網必將有力推動我國建筑事業的發展。此外，還有德國的MaguICF建筑節能體系、英國的威肯L型墻板建筑體系等，這里就不一一介紹了。
1．2節能措施與節能改造
節能措施主要是指給新建建筑外墻加保溫隔熱層。目前外墻加保溫隔熱層的做法有20項已收入了建設部發布的《節能省地型建筑推廣應用技術目錄》。這些均屬外墻外保溫技術。有的是掛或粘外保溫層，有的是抹外保溫層，有的是噴涂外保溫層。這些節能措施既可用于新建建筑的外墻，也可用于既有建筑的外墻節能改造。給新建建筑外墻加保溫隔熱層的節能措施容易實現，因為新建建筑尚未投入使用，給外墻加保溫隔熱層屬于設計、施工的一部分，是新建居住建筑滿足節能要求所必須的做法。而給既有建筑外墻加保溫隔熱層的節能改造卻很難實現，因為既有建筑已經投入使用，給外墻加保溫隔熱層涉及誰出錢的問題，同時，給既有建筑外墻加保溫隔熱層的節能改造或多或少的會影響房主的使用，另外，給既有建筑外墻加保溫隔熱層的節能改造還會改變房屋原有的建筑效果。這些個人和社會的問題都會給既有建筑外墻加保溫隔熱層的節能改造帶來困難。即使給既有建筑外墻加保溫隔熱層的節能改造后會節省大量的電能，給房主節省了大量的電費，但是在節能改造過程中所花費的費用房主也不愿意出，或根本就不能出。何況給既有建筑外墻加保溫隔熱層的節能改造還會影響居住者陽臺的使用，空調等的移動也會該他們帶來麻煩和不便。因此，給既有建筑外墻加保溫隔熱層的節能改造這一涉及千家萬戶的工程實施起來將非常難。然而既有居住建筑量更大、面更廣，不實施節能改造仍將造成能源的巨大浪費，國家建筑節能政策和《福建省居住建筑節能設計標準》DBJ/T13－198－2014還是無法真正實施。
1．3國家建筑節能政策的落實和《福建省居住建筑節能設計標準》的實施現狀
早在1988年，我國北方冬季采暖地區的新建居住就已開始采取節能措施。有的使用了節能型的建筑結構，有的在外墻加了保溫隔熱層。到2004年，已從1988年的一步節能(新建住宅能耗水平比1980年設計標準:每平方米一個采暖季耗標準煤25．2公斤，降低了30%)經1998年的二步節能(比1980年標準的能耗水平降低了50%)發展到三步節能(比1980年標準的能耗水平降低了65%)。2013年1月起，北京市又開始實行新的《居住建筑節能設計標準》(DB11/891—2012)［9］，是國內首個使居住建筑的單位面積采暖能耗指標達到節能75%水平的地方標準，實施后將使北京市居住建筑綜合節能水平達到同等氣候條件下發達國家的先進水平。但房屋是否真正能滿足國家的保溫節能要求還有待進一步證實，這里不能排除那些為了應付國家政策的做法，有些開發商為了省錢采取應付手段而沒有真正采取節能措施的情況我想肯定會有的。而在像福建等南方省份直至2004年底才開始對新建居住建筑實施節能設計標準，所有的新建居住建筑均應滿足節能設計標準要求。但據了解執行情況不容樂觀。就拿福建省來說，尚有部分新建居住建筑并沒有全部采取節能措施。原因是在福建等南方省份人們很難走出房屋不需要保溫的誤區，殊不知福建省雖說不采暖，但使用空調的時間長達6個月之久，如果住宅、辦公樓等房屋的保溫隔熱性能不好，室內冷氣會大量的散發到室外去，在福建等南方地區已有不保溫的居住建筑中使用空調就相當于在開著門窗的房屋中使用空調一樣，將是對能源的巨大浪費。變頻空調在保溫隔熱性能好的房屋中使用將節省更多的電能。在既有居住建筑節能改造方面，情況更不容樂觀。北京市正在加快既有建筑節能改造的政策研究和試點;天津市既有住宅和公共建筑節能改造達到二步節能要求(即50%節能目標)的工作正在有序展開;南方不采暖地區既有居住建筑節能改造正在起步。
2居住建筑節能的發展趨勢
新建居住建筑節能應向研制、開發和引進新型節能建筑結構方向發展。新建居住建筑節能目前有兩種做法，一種是使用新型節能建筑結構，這種結構的保溫隔熱層就是結構不可分割的一部分，因而保溫隔熱層就是房屋設計、施工中必作的內容，只要使用了這種節能型建筑結構，就可保證房屋的節能性能滿足要求。另一種是在房屋的外墻加保溫隔熱層，這種保溫隔熱層一般是當房屋結構部分施工完畢后才加上去的，或粘或掛或抹或噴，這就存在兩個主要問題，一是與結構層連接的可靠性很難保證，尤其在強風或地震作用下很難保證不脫落，據新聞媒體報道有一些保溫隔熱層脫落的現象發生，還砸壞了人。二是保溫隔熱層本身的強度一般都較低，底部耐撞擊能力很難滿足要求，同時給外墻掛空調等帶來困難，另外，這種在結構層外后加保溫隔熱層的做法，很難避免施工單位和開發商少做或不做的可能性。既有建筑節能改造也是居住建筑節能的一個發展方向。已有的居住建筑房屋量大、面廣，只有采取簡便可行的改造措施，對已有的居住建筑房屋實施節能改造，才能使居住建筑節能真正落到實處。福建等南方省份在夏季空調的使用要消耗大量的電能，甚至造成一些大城市夏季用電高峰期拉閘限電的現象，這主要是已有的居住建筑房屋外墻不保溫(無節能措施)，使大量的冷氣向室外散發，空調不斷制冷耗電造成的。這一點可從筆者的一位好友親身體驗來說明，他原來在天津工作時夏季也要用空調，但一般他都采取讓空調定時關機的使用方法，通常每次開空調時間為一小時，空調自動關機后，半小時內室內仍然保持涼爽;來到福建后，開始他仍然采取在天津時的空調使用方法，可是空調自動關機后，不到十分鐘室內就熱得令人受不了，所以，只好讓空調一直開著制冷，才能保持室內涼爽。其實在夏季最炎熱時期，天津的溫度和福建的溫度幾乎相同甚至有時天津溫度更高。造成上述現象的直接原因就是外墻的保溫性能好壞。因此，對量大、面廣的已有居住建筑實施節能改造可以節省大量的電能，是建設資源節約型社會的需要。要建立法制性的建筑節能檢驗制度。建筑節能評估與能效標識是推動建筑節能的有效保證，沒有嚴格的法制性的建筑節能檢驗和評估制度，很多開發商就會弄虛作假、蒙混過關，造成許多居住建筑節能效果達不到國家的節能要求，因此，建立健全節能與綠色建筑能耗評估體系，推行建筑節能性能測評與標識等制度勢在必行。
3結語
綜上所述，居住建筑的節能現狀不容樂觀。新型節能建筑結構的研制、開發或引進和既有建筑節能改造的全面開展是建筑節能的重要發展方向，從立項設計、材料檢驗、過程控制、竣工驗收到系統運行的全方位、全過程、全員認真執行法制性的建筑節能制度，是推動建筑節能的有效保證。
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