严寒、寒冷地区绿色建筑的研究与展望

    据资料显示，在西方发达国家，建筑耗能占社会总能耗的30%-45%，我国目前建筑能耗占社会总能耗的比例正逐步上升到30%，单位建筑面积能源消耗为发达国家的3倍多。我国严寒和寒冷地区冬季建筑采暖能耗巨大，占全国能源消费总量的11.5%，占采暖地区全社会能耗的 20%以上，一些严寒地区的城镇建筑能耗高达当地社会总能耗的50%以上。同时，严寒和寒冷地区城市采暖期空气污染严重，居民健康状况要比非采暖期下降2-3个级别。就国际形势而言，我国建筑节能形势非常严峻，而就我国建筑耗能状况来看，严寒和寒冷地区倡导绿色节能建筑势在必行。

1   绿色建筑的节能环保

1．1建筑保温隔热性能的改善

    严寒、寒冷地区建筑物有效利用能耗的程度，取决于外围墙体、门窗、以及屋面的保温隔热性能，这些部位的热量损失要占采暖产生能量的1/3以上。因此，如果能够提高各个位置保温隔热能力，便可从一定程度上提高能源利用率，增加冬季舒适度，减少不必要的能源浪费和污染。维护结构主要包括墙体、门窗，和屋面，从这三个部分，笔者总结出几种提高保温隔热性能的方法。

1．1.1墙体节能

墙体节能主要体现在外墙保温隔热性能的提升上，可以在墙体内部安装保温层，构成内部保温、夹心保温和外部保温几种形式。
    内保温是指将保温层布置在外墙内侧，这样可以降低装饰面及保温材料的防水、耐候性要求指标，且施工较方便。但是实际操作中发现，外墙内保温占用室内面积，圈梁、构造柱等会引起热桥，增大热损失，而且有冬季潮湿发霉现象，因此使用方面受到一定限制。        夹心温是将保温材料置于外墙中间，起到对建筑的保温隔热效果。近年来在严寒地区得到一定应用，但是由于墙体厚，内外层墙体需要有复杂的拉结手段固定，施工质量和抗震措施等方面不好控制，因此有待于研究和改进，实际中应用不多。

    外保温的建筑室内温度适宜，适合对采暖和空调有要求的建筑，在新建的建筑和改造之后的建筑墙体中都可以布置。其优点有很多，比如：避免热桥、冬暖夏凉、延长墙体寿命、方便装修等等。外保温墙如今发展迅速，在严寒、寒冷地区应用效果显著。

1. 1.2门窗节能：

    门窗部位绝热性能差，冬季室内的热能很大部分是因此流失的。因此，在设计时，要合理控制窗墙比，尽量减小门窗尺寸，提高门窗的气密性。为了更好地提高门窗保温效果，建议安装新型的节能门窗，这样既可以保证合理的采光通风，又达到了很好的防止温度散失的效果。现在被广泛应用的有中空玻璃窗、真空玻璃窗和低辐射玻璃窗等。

1. 1.3屋面节能：

    屋面的保温隔热层在屋面节能中起到重要作用，因为屋内热气流向上，屋外冷气流向下，屋面起到隔绝冷热气流交换的作用。在屋顶合理布置保温隔热材料，这样可以起到很好的室内保温隔热效果，而且投入不多。为了避免屋顶自重太大，坡屋面一般可以铺设一层质量较轻的优质保温材料，平屋面上铺设挤塑聚苯板与加气混凝土的复合材料。

1．2 绿色建筑的合理布置形式

建筑节能除了要求提高建筑自身的保温隔热效果外，还需要合理地布置建筑形式。
    严寒、寒冷地区冬季风力大小和方向，对建筑能耗影响较大，在严寒、寒冷地区以选择南向、南偏西、东向为最佳。另外，考虑到各地的地形地貌及气候不同，需要结合当地具体情况，安排最合理的建筑朝向。
    建筑体形系数对建筑能耗的影响也很大，据统计，体形系数每提高1%，能耗指标约增加2.5%。因此，将建筑体形系数尽量控制在较低的范围内，对建筑节能会起到一定的效果。建筑的平面形状是影响体形系数的重要因素，如图1所示，建筑底面积和高度相等，平面形状不同的情况下，建筑体形系数差别很大，这就在一定程度上影响了建筑的能耗。因此，在严寒、寒冷地区，应该尽量选择平面规整紧凑，进深大的建筑形式。

图一 建筑平面形状与体形系数的关系

1.3 开发利用新能源

    绿色建筑提倡开发和利用新能源，最大限度地减少建筑对环境的污染，提高人民的生活质量。哈尔滨辰能·溪树庭院项目在建筑设计与规划时，就很好地考虑了环保与节能。该建筑采用的部分冷源和热源是地热系统提供，地热能是近年来世界普遍提倡的绿色环保能源，既能保证正常的采暖供应，又能减少煤炭等环境污染物的燃烧，在很大程度上达到了绿色环保的要求。严寒、寒冷地区冬季漫长寒冷，煤炭能源消耗较大，如果新型绿色能源能够广泛普及，对环境的改善会起到十分显著的影响。
    如今备受关注的太阳能、风能、地热能等可再生能源，都是绿色建筑提倡的绿色资源。在建筑的设计和规划过程中，应尽量主动推广新能源的利用，让建筑与环境做到和谐共生。

1．4绿色建筑材料的回收利用与新型结构形式的推广
    在进行建筑设计时要考虑长期计算成分，重视绿色建筑后期对材料的回收利用，而不仅仅只是考虑工程本身所花费的成本。近年来，各种新型建筑结构相继出现，不但在功能上远远超越传统建筑结构，在材料利用方面也充分证明了节能环保的效果。这里介绍一种新型建筑结构——屈曲约束支撑。
    屈曲约束支撑(buckling一restrainedbrace简称BRB)是一种应用在建筑抗震中起到支撑作用的结构，它相对于传统的建筑支撑，有十分优异的性能。屈曲约束支撑在极限受压状态下会屈服，但不至于屈曲，这样就保证了大震状况下，支撑仍然保持原有的形态，而不会导致弯曲变形，失去作用。安装BRB支撑的框架结构会明显提高结构刚度和延性，由于其受压时屈服而不屈曲的优良性质，能够明显发挥钢材的滞回消能的能力，在建筑抗震的应用中，起到很重要的作用 。（BRB结构组成形式及安装方法如图2）

     提高建筑的抗震性能可以通过传统的增大框架梁柱尺寸、提高混凝土强度来达到目的，但是这样的做法大大增加了混凝土的用量，造成材料浪费，而且应用过的混凝土重新回收利用的过程复杂，但是BRB可以填补这个缺陷。BRB是一种可回收的新型建筑材料，在有效地提高框架抗震能力的同时，减少了不必要的材料浪费。当建筑物被拆除或支撑损坏之后，BRB仍然可以回收制造，再重新利用。这就在一定程度上既节约了资源，又实现了建筑材料回收再利用的目的，真正符合了绿色建筑倡导的可持续发展的主题。

图2  屈曲约束支撑构造及安装

    类似于BRB的其他新型建筑材料还有很多，如果在建筑的设计当中充分考虑运用新型的绿色环保材料，便一定能在节能环保方面取得重要的成就。

1. 5绿色建筑的发展需要软件和硬件共同开发
    绿色建筑的发展如果要取得成效，需要软件和硬件的共同开发。为了推广绿色建筑理念，国家对建筑技术的规定、规范的编制、成本的评估、质量的审核等方面做出的努力，就是硬件的开发。在这些硬件的开发上，国家已经已经花费了很多精力，接下来要大量投入的是软件的开发。国家为了更深入地对绿色建筑进行研究，大力发展绿色人文、倡导绿色知识普及、培养绿色科研优秀人才，这就是软件的开发。如果一个国家只对硬件方面作出努力，而不注重人文教育方面的软件开发，那么绿色建筑的发展只会停滞不前。因此，我们在做好硬件开发的同时，一定也要做好软件的发展，将绿色建筑文化深深地融入全民教育中，并注重培养绿色文化研究的先进人才，鼓励绿色建筑文化的创新与发展，让绿色建筑的推广可持续性、有效性地发展下去。

2  绿色建筑产业发展趋势

    绿色建筑如今正在向一个逐渐成熟的方向发展，绿色建筑产业也开始在我国生根发芽。绿色建筑产业被大致分为三个阶段：
    第一阶段产业：工程与技术研究，建筑外观结构设计、材料和设备研发、教育培训等。
    第二阶段产业：绿色建材、节能环保设备、绿色建筑业等。
    第三阶段产业：绿色建筑的营销、运营维护等。
    我国正处于社会主义初级阶段，努力地推进工业化、新农村建设和城镇化进程，绿色建筑与这些方面息息相关。绿色建筑不仅会带动建筑产业迅速发展，改善建筑材料的循环利用。而且在建筑设计与规划过程中，产生的一大批建筑产业，对国家的GDP有很明显的带动作用。