高层住宅建筑节能设计方法研究

摘要：本文阐述了住宅建筑节能设计发展现状，通过具体案例，对高层住宅从节能选材，到节能方案的比较和优化，综合控制各方面因素得出最终方案的全过程进行分析。文中对外墙保温方式的选择比较，热桥部位的处理方式等方面进行重点探讨，为低能耗高舒适度高性价比的高层住宅的设计提供了参考依据。

关键词：高层建筑； 体型； 外墙保温方式；选比与控制。

我国的建筑行业正处在高速发展的时期，其中住宅的开发和建设占到整个建筑行业的最主导地位，现阶段住宅建筑无论从建设的规模还是建设的速度都达到了一个相当高的程度。近年来，国家陆续颁布了一系列能源和可持续发展方面的法律法规，旨在将能源的合理规划和节能减排作为一项长期的战略任务随着经济的发展贯彻下去。我国“十一五”规划纲要提出，“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20％左右、主要污染物排放总量减少10％。“而今，进一步提出“非化石能源占一次能源消费比重达到11.4%，单位国内生产总值能源消耗降低16%，单位国内生产总值二氧化碳排放降低17%”作为一项约束性指标列入“十二五”时期经济社会发展主要指标，意味着未来几年我国将加大清洁能源产业建设力度，更加注重资源节约和环境保护。可以预见到，未来一段时间内，对于建设工程项目的节能减排方面的控制会更加趋于理性和系统科学化。

建筑能耗量约占全国总用能量的1/4，居耗能首位。根据《中国经济统计快报》201024详细数据，2010年作为“十一五”收官之年，全国住宅施工面积298365万 m2，同比增长27%；竣工面积39321万m2，同比增长7.1%，占当年全国房屋总建筑面积的60%以上。由此数据看出，实现住宅建筑的节能减排优化对于整个行业的节能目标实现具有举足轻重的作用。而作为住宅建筑中楼层体量最大户数最多，且材料造价及设备费用相对较高的高层住宅楼，进行节能规划和设计的意义更强烈地突显了出来。如何在当今形势下，综合各方面条件及因素，对高层住宅的节能设计方法进行合理设计及控制，是工程设计人员面对的新课题和新挑战。

鉴于此目的，本文将实际工程设计中的一个典型案例作为参考内容，重点讲述和分析节能设计的流程和方案修改优化阶段的关键环节和重点内容，以此给广大设计人员提供一些可借鉴的工程实际方法和思想的启发。

设计建筑位于广东省某市区，属于夏热冬暖地区的南区，属于带商业网点的住宅，1，2层裙楼设置商业网点，3~30层为住宅，剪力墙结构体系。该住宅属于居住小区内的一栋独立楼栋，对于规划方面的节能措施如间距取值、通风组织、场地绿化等本文在分析中仅简要涉及，主要从建筑物本身的状况进行论述。

住宅的标准层平面形状如图

首先根据初步情况选取最初节能材料构造方案：

方案一：

屋顶 ――挤塑聚苯乙烯泡沫板 30mm（普通防水上人屋面）

外墙 ――加气混凝土砌块（B07级）200mm(自保温砌块，外饰面默认为浅色)

热桥 ――玻化微珠保温砂浆 15mm (外保温，包括热桥梁，柱，楼板)

外窗 ――普通铝合金透明玻璃窗 6mm （包括阳台透光门）

其中外墙外表面平均太阳辐射吸收系数取0.55,屋面外表面平均太阳辐射吸收系数取0.74

（需要注意的问题是对于热桥厚度的取值。由于是高层剪力墙结构体系的建筑，结构在设计时往往结构梁，剪力墙按若干层数分段设置不同的厚度，例如本项目中，首层到6层剪力墙墙肢300厚，7~15层250厚，16层及以上大部分为200厚，对于软件里面用少量标准层建模的特点，就不可能将实际所有楼层的情况完全反映在软件模型中。设计中，仅按最不利的厚度200作为剪力墙的计算厚度，保证最低值能通过，那么实际厚度的建筑节能效果必然优于此计算值。）

此方案考虑到业主对于造价的控制，采用最经济的节能构造措施。按照权衡计算结果，

此时节能设计已经满足《标准1》第5.0.1条，设计建筑的能耗不得超过参照建筑的能耗，

同时隔热检查结果，东西向外墙及屋顶隔热性能也满足《民用建筑热工设计规范》（GB50176-93）要求。节能初步设计方案成立。

第一轮设计修改及优化

由于立面方案受到方案设计公司深化及业主方控制，确定了外墙采用黄褐色外墙面砖，由于外墙色彩基调的确定，导致外墙外表面平均太阳辐射吸收系数取值要上调到0.6及以上，由于设计建筑空调耗电指数与参照建筑相比仅少0,.5左右，外墙这一变动极有可能使整个计算结果不能通过，于是根据立面这一修改，相应作出了如下改动：1.外窗采用灰色玻璃，以便提高遮阳的效果，同时也能与立面较深的颜色呼应。2.充分考虑设置外遮阳，包括将阳台计算为水平遮阳，凸窗上下板及侧板计算为综合型遮阳，窗的外凸铝合金框料以及墙身的腰线等也可纳入遮阳板计算体系。3.增加屋面保温层的厚度为40mm。由此进行修改，得出方案二。

方案二：

屋顶 ――挤塑聚苯乙烯泡沫板 40mm（普通防水上人屋面）

外墙 ――加气混凝土砌块（B07级）200mm(自保温砌块，外饰面为黄褐色)

热桥 ――玻化微珠保温砂浆 15mm (外保温，包括热桥梁，柱，楼板)

外窗 ――普通铝合金灰色透明玻璃窗6mm （包括阳台透光门）

其中外墙外表面平均太阳辐射吸收系数取0.65 , 屋面外表面平均太阳辐射吸收系数取0.74

此方案考虑到充分配合建筑立面效果及确保建筑能耗满足规范要求。按照权衡计算结果，

设计建筑 参照建筑

空调耗电指数 52.50 62.37

可以看出，节能设计的空调耗电指数已经较方案一有显著的下降，说明在外墙条件不利的情况下，通过优选窗材这一护构件中最敏感的分量，并加强对遮阳的控制，能够达到优化计算结果的目的。

第二轮设计修改

在设计深化的过程中，充分考虑到高层建筑外墙抹灰和贴面砖施工环节的可操作性，对于保温的方式选择又进行了新一轮的论证。首先，由于填充墙部分采用自保温的加气砌块，而对热桥部位设置玻化微珠外保温，从而导致外墙的抹灰完成厚度不一致，墙面会产生垂直方向的凹凸状况，再考虑到本项目为剪力墙结构，横墙方向往往有长度较大的剪力墙墙肢，对此部位设置热桥外保温，也会导致外墙面水平方向的凹凸。由于现阶段国内高层建筑外贴面砖往往遇到交付使用之后一段时间内产生局部脱落的情况，部分省市已经限制外保温时外墙面砖的使用，而对贴面砖必须采取特殊处理的技术尚未成熟和普遍化。鉴于本项目外墙已经出现抹灰完成厚度不统一，外墙不平整的情况，并考虑到施工操作的难度，业主方提议采用热桥内保温的做法，优先保证外墙的效果。

作为设计方，首先提出两种保温形式的特点和优劣比较，外保温基本消除了“热桥”现象，热薄弱环节少,热工效率高,不占室内空间,对保护结构有利，而内保温特殊的部位部位如丁字墙、圈梁处难以处理而形成“热桥”,使保温性能有所降低，并且占用内部空间，对二次装修、增设吊挂设施带来麻烦。而在造价方面，由于外保温当中所采用的胶粘剂、固定方式、外层玻纤网等技术一直以来靠进口，近年来才出现过关的国产化产品且推广较慢，估算下来，同样的建筑做外保温要比做内保温提高造价1.5倍。

业主方考虑到以上综合因素的影响，先建议变换为内保温形式，先提交一版初步的节能成果。形成方案三。

屋顶 ――挤塑聚苯乙烯泡沫板 40mm（普通防水上人屋面）

外墙 ――加气混凝土砌块（B07级）200mm(自保温砌块，外饰面为黄褐色)

热桥 ――玻化微珠保温砂浆 15mm (内保温，包括热桥梁，柱，楼板)

外窗 ――普通铝合金灰色透明玻璃窗6mm （包括阳台透光门）

其中外墙外表面平均太阳辐射吸收系数取0.65 , 屋面外表面平均太阳辐射吸收系数取0.74

权衡计算结果，

此次计算得到结果设计的建筑的空调耗电指数略为上升，但是仍然满足要求。但是出现一个严重的问题：东西向的热桥梁柱的内表最高温度到达35.96（℃）,超过《民用建筑热工设计规范》(GB50176-93) 第5.1.1条内表面温度限值35.60℃，隔热检查这一项强制性条文判定为不通过，所以整个节能设计不能达标。

第三轮设计修改

分析产生此种结果的原因，是因为保温形式的颠覆性变化，绝大部分热量集中通过混凝土结构迅速传递到内表面，导致内表面的问题集聚升高。而单单设置保温砂浆内保温，不足以将混凝土墙体的传热系数降低到满足内表面温度限值35.60℃的对应程度。于是应拿出解决内表面温度超标的方案，通过试算，在内表面增加15mm的抗裂砂浆分两层抹面，理由如下：1.增加砂浆层降低混凝土热桥位置整体的传热系数值，以达到温度限值要求；2.考虑到无机保温材料的材性，需要进行抗裂防脱落处理。

业主方根据试算的过程进一步商讨，认为外墙面需平整及施工周期缩短，并且希望交付使用后能耐久和美观，也考虑到按内保温施工后室内空间的占用值属于合理的控制范围内，最终认可内保温形式。

到此步骤，本项目的整个节能设计就已经完成。作为设计方在整个过程中，充分考虑到材料构造选用的合理性，经济性以及施工操作可行性，积极与业主方和材料厂家及软件提供商的配合互动，通过多轮反复的验算比较，数据总结，得出综合最优的方案。本项目具有其设计中的特殊性，诸如业主方的控制流程相对系统化，外墙面综合控制，对于内保温这种轻易不采用的形式的综合经济分析等等，促使我们设计方必须用实际的细致数据比照，精细化设计，同时本项目又具有普遍代表性，对于高层建筑单体围护构件节能措施的采用有广泛的参考意义，在此列出并详细分析，是对节能设计工作的精细化探讨，也是给整个建筑节能行业做出一些参考典型，希望从业人员能由此发散衍生出新的东西，以指导今后设计工作的进一步开展。

建筑节能一直是我国节能减排工作的重要组成部分，它涉及从规划设计到使用管理的许多方面，深入到人民生活的方方面面。重视和研究建筑物的节能设计问题已成为建筑节能的当务之急。高层住宅的节能课题是当前需要科学认真对待和妥善解决的问题，应该是从策划到设计到实施直到交付后维护的全过程研究，也应该是从政府到开发商到设计单位，乃至建筑使用者需要积极参与的全行业各领域的广泛研究。只有这样，住宅的开发建设才能带动国家和地区的建筑节能事业发展，促进全社会建筑节能技术的进步。

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