严寒地区林区村镇住宅节能设计论文

1东北严寒地区林区村镇住宅建筑特点

(1)组织建构完善，统一建设。基于林区自然条件及资源的约束和保护，林区村镇住宅不宜散点布局，统一选址和分期建设，在同一区域内实现统一管理。东北严寒地区林区绿色村镇建设的任务是要根据村庄现状条件林区村镇进行科学合理的功能分区，以实现村容村貌统一整治。

(2)区域内自然资源丰富，取材便利。由于林区村镇住宅所处位置自然资源丰厚，取材方便，可充分发挥建筑师的创造性，利用枯枝、树叶等自然资源构造出丰富的建筑材料，节省投资造价，并对生态环境起到保护作用，达到可持续的发展平衡。

(3)冬季漫长且温度低，采暖要求高，体形系数大。我国东北林区气候冬季严寒漫长，夏季凉爽短促，采暖要求高，村镇住宅多为490mm或370mm墙厚的红砖房及部分生土建筑，墙体传热系数在210～114W/m2K，远未达到节能要求。住宅多为以户为单位的独立式单层住宅，建筑面积以80～100m2居多，体型系数分布范围在017～0188，超出城市多层住宅一倍以上。显然，村镇住宅的供暖需求强烈，但体型系数大，室内的热舒适度远没有达到预期标准。

2东北严寒地区林区村镇低能耗住宅节能设计要素解析

2．1房屋节能设计的要求

在东北严寒地区林区村镇住宅要首先要满足最基本的节能设计要求，科学合理的确定建筑的设计条件，如朝向、平面布局、建筑体型、房屋间距等，并应采用热工性能良好的保温隔热材料，以确保在冬季最大限度的减少能源消耗并提供舒适的室内热环境。

2．2房屋建筑的地理位置和平面形状对节能保热的影响

通过对林区内住宅地理位置及平面形状的实测，笔者发现，对于平面形状相同的住宅建筑，东西朝向的冷负荷程度变化大，较南北朝向的冷负荷高出70%，因此在东北严寒地区林区的绝大部分住宅均采用南北朝向。

2．3房屋建筑的空间布局及体型系数的影响

提取房屋平面形状变量，朝向变量，运用DesignBuilder软件的能耗模拟，以哈尔滨的地理气候数据为基准，对上述变量进行分组模拟。通过对实验结果的归纳分析，得到形体变量如何影响寒地建筑能耗的规律。并对平面形状的优化进行了有效性验证。研究表明，建筑的采暖能耗与其体形系数正相关。可知体形系数并不能作为评价采暖能耗唯一的标准，而应该结合形体特点综合考量，更紧凑均匀的形体将具有良好的保温性能，而形体中的锐角将使得采暖能耗增加。太阳辐射能对建筑冬季采暖补充的意义远大于我们的想象，寒地建筑形体设计中需要在体形系数与形体太阳能接收之间平衡考虑，朝向的选择目的在于提高寒地建筑冬季的太阳能获取，形体更大的南向延展面将非常有利与太阳能的接收，评价建筑形体太阳能接收量的主要指标在于南向投影面积。

3东北严寒地区林区村镇住宅节能设计措施

3．1改善住宅围护结构的构造方式，降低建筑采暖负荷

在东北严寒地区的实际工程设计中，要想达到低能耗的目标，最直接有效的途径是降低围护体系的综合导热系数。因此，围护结构的节能处理方式会影响到村镇住宅的整体能耗水平。

3．1．1墙体保温构造的优化

我国东北严寒地区冬季漫长，且伴有大风，而林区内的建筑风环境更加恶劣，另外，林区气候昼夜温差极大，建筑外墙要反复经受冻融过程，因此东北严寒地区林区住宅对墙体的保温构造要求更加严格。为降低建筑能耗，采取有效措施提高墙体的保温能力，是林区住宅实现节能减排的关键。复合墙体保温是在墙体基础结构的内侧、中间或外侧加设一层或多层保温隔热材料，其保温隔热材料具有自重轻、热工性能稳定等特性，增加了整个墙体保温性能。主要分为外墙内保温、夹芯保温和外墙外保温。外墙内保温的操作相对简单，只需在墙体结构内侧加设保温层，即可达到效果，施工速度快、常用于旧建筑改造中。夹芯保温是通过技术方式将保温材料置于外墙结构的内部。在基本条件相同的情况下，内保温的热消耗要比外保温增加约1/5，所以在保温材料厚度相同的情况下宜采用外保温墙体。在林区，木材是最大的资源，且蓄热能力较强，林区宜采用外保温的方式，将保温层设置在外墙结构的外侧，水泥砂浆找平，在最外侧加设小半径木材，即起到保温防寒的作用，又能装饰住宅的外立面，一举两得。因此，相比较而言，外墙外保温加小径材无论从技术的可行性，还是从立面美观性的角度考虑，对于寒地林区建筑来讲都有更广阔的发展前景。

3．1．2窗体保温构造的优化

(1)中空玻璃的优化。中空玻璃是降低窗体传热系数的重要途径。节能减排窗型的实际效果非常显著，因此，研究中空玻璃的优化对于提高东北寒地林区建筑的保温性能有着重要的意义。①改善空气间层的气体状态，空气间层应该始终处于密闭状态，甚至是真空状态或填充惰性气体。有效防止外部空气与空气层内的气体进行对流换热，从而使空气间层能够具有良好的传热系数;②适度控制中空玻璃空气层的厚度调整玻璃的间距，中空玻璃的隔绝热量的能力主要是由于玻璃之间的空气间层。

(2)提高窗体的气密性能，窗户的气密性与窗户自身制作质量、开启方式及其安装质量息息相关，因此要把控窗户制作到实施的各个环节，才能有效的减少空前的冷风渗透。①窗户开启方式的选择。首先，在窗户类型的选择上，要遵循这样一个顺序，即固定窗———平开窗———推拉窗;虽然平开窗的造价要比其它两种窗户高，但是其工艺要求高，窗户型材的制作精良，接缝严密，气密性远远优于其它两种窗户;②提高装配精确度，增强缝隙部位的搭接量通过提高窗用型材的尺寸规格、稳定性、准确度和组装的精确度来增加窗户开合出现的缝隙部位的搭接量，减少开启缝的宽度，通过这样的措施和手段以达到增强窗户气密性的目的;③改进密封方法。目前，我国均采用双极密封方法，而在国外的框与扇和玻璃之间的间隙处理则采用三级密封的做法。但是国内同类窗的空气渗透量却相形见绌了，所以应该推广国外的三级密封方式。密封材料的改进，密封材料应该选用耐久性、耐热性和密封性良好的氯丁橡胶条或者是三元乙丙橡胶条，使用发泡剂或者发泡棒在收口处内部进行填充，而窗户的外部的封堵材料应采用硅酮密封胶。

3．1．3屋顶构造方式的整合优化

屋顶促进整体空间低碳循环的构造。笔者提出了低碳屋顶概念，所谓低碳屋顶，是指通过发展太阳能屋顶与屋顶绿化等建设，实现屋顶的低碳化，是节能减排、降低能源强度的重要战略，低碳屋顶主要包括太阳能屋顶和绿色屋顶。太阳能屋顶建设可以充分利用太阳能为房屋供电供热等，降低对传统能源的依赖与消耗，而绿色屋顶是指一切脱离了地面的种植技术，它涵盖面不单单是屋顶种植，还包括露台、天台、阳台、墙体等各类建筑物和构筑物的空间绿化。

3．2减小建筑体型系数，降低采暖能耗

良好的建筑的形体设计能够优化室外风环境，在严寒地区，建筑的体型系数变化因子的敏感性受到建筑采暖能耗的影响，体形系数越小，其表面积越小，与外界空气的接触面积越小，减少散热，并且降低冬季采暖能耗，是以哈尔滨体型系数与采暖能耗的关系为研究对象，在图中我们可以看出，当体型系数从0.05～0.4范围内变化时，线性关系明显。体型系数每增大0.01，耗热量指标约增加2.5%。因此，研究建筑的形体设计能够使低碳理念变为可能。

3．3因地制宜，选择适宜寒地林区建筑的表皮材料

选材首先要满足防风御寒、节约能耗，在此基础上综合评价这些材料从生产到投入使用再到回收利用的全过程的碳排放量，优先选择温室气体产生量少的建筑材料。在林区内，为减小对森林生态环境的破坏，应需找可循环再利用、环保、易加工且能耗少的绿色材料。如对小径木的开发研究，充分利用间伐材、枝桠材进行加工提高木材的利用效率，或对生产生活的剩余物的再利用，或对材料采用直接去污切割，无需生产的用于房屋建造以减小碳排放和污染等。

4结语

东北严寒地区林区林场对有限的森林资源的过度利用导致了资源的匮乏和能源的消耗。如何在不破坏森林资源环境的情况下，节约资源，降低能耗，并提高严寒林区人们的舒适与健康是当今住宅设计的根本点。本文对严寒地区林区村镇住宅节能进行研究，目的在于提高农民居住生活质量、改善住宅室内热环境，促进林区村镇住宅建设的可持续发展。作为建筑师，应该本着为人们提供舒适度为目标，最大限度的节约能源，实现人与环境的资源共生，采用低碳化的技术手段并随着城镇化进程的加快和科技的发展，为人们呈现出更多健康、舒适、精彩的生活环境。

作者:郝秋实付本臣单位:哈尔滨工业大学建筑学院哈尔滨工业大学建筑设计研究院