基于价值分析的住宅建筑维护结构节能材料优选的研究

刘丽妍，石振武

(东北林业大学 土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)



基于价值分析的住宅建筑维护结构节能材料优选的研究

刘丽妍，石振武

(东北林业大学 土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

摘要：建筑业节能建筑、绿色建筑正在兴起，但由于成本相对较高，导致节能材料的应用并不普遍。根据价值工程理论，对现有的住宅建筑围护结构的节能材料进行价值分析，在外墙外保温系统材料和外门窗材料的多种方案中，优选出符合哈尔滨市地理气候特点的节能方案。优选出的方案在保证功能性的前提下提升使用价值，降低建造成本。

关键词：节能建筑；围护结构；价值分析

随着我国国民经济的不断发展，我国的建筑市场发展十分迅速，现在每年大约以20亿m2的建设量在增长。而随着既有建筑量的不断增多，建筑耗能即建筑项目在建造和使用过程中所耗费的能源，已与工业耗能、交通耗能并列成为我国能源消耗的3个主要领域，具有很强的节能潜力。预计在2020年，我国的建筑总面积可增加至150亿m2，如果采用科学有效的节能措施，全国建筑能耗用电增量仅为2 300亿kWh，每年可节约标准煤2.6亿t，约为我国2004年煤炭产量的18.6%；与不采取任何节约措施相比，建筑用电每年可节约3 500亿kWh， 相当于三峡发电站年发电量的4倍。应用和发展节能建筑，选择合理的节能措施，是建筑行业今后发展的主要方向。

1价值工程原理简述

由于建筑耗能在能源消耗中所占比例较重，推行节能建筑、应用节能材料就是在各种节能途径中最为有效和能直接解决能源消耗问题的方式之一。但是由于建筑节能措施的增加，会或多或少地增加建筑成本，如何在保证其价值的情况下，降低成本，保证成本和功能的最佳匹配性，是在实际项目中需要考虑的问题。而运用价值工程理论实行建筑围护结构节能措施的选择，是综合材料特点、结合目标需求的整体分析和评价，可达到提升价值、降低成本的目的。

1.1　价值工程原理

价值工程的三要素为价值、功能和成本，基于这三者之间的概念表达公式为

V=F/C.

式中：V为产品价值，是研究对象的功能和成本的综合评价，经常用于表示产品的综合经济效益；F为功能，是指研究的对象能够达到某些特定要求的一种属性；C为产品的生命周期成本，一般情况下全生命周期成本包括生产成本和使用成本两大部分。

由表述公式可以看出，产品呈现出的价值随它本身功能值的上升而上升，随着总成本下降而下降。在其功能需求不变的情况下，它的成本越低，价值越高；成本越高，价值反而越小。同理，在其成本不变的情况下，功能越大，价值就越大；功能越小，价值就越小。要提高产品的价值，不能只是单一地要求产品功能的提升或者成本的降低，必须结合功能和成本两个方面共同作用。

1.2　价值工程的工作程序

价值工程的工作程序本质就是针对研究目标提出问题、分析问题和解决问题的过程，一般按照内容的对象不同划分为准备、分析、创新和实施4个阶段。首先，确定的研究对象是住宅建筑围护结构(外墙、门窗)的各项节能材料；其次，对所研究的对象，即建筑围护结构的各项措施进行功能评价；最后，计算其功能系数、成本系数和价值系数。价值系数最大的为最优选项。

2哈尔滨市可应用于围护结构的节能措施

哈尔滨市位于我国北方严寒地区，夏季短促，冬季漫长而寒冷，一年之中有180 d左右的平均气温低于5 ℃，属于冬冷夏热型气候。夏季需要降温，冬季需要抗寒保暖，以至于建筑能耗普遍较大。如果能提高建筑物室内保温隔热结构的隔热抗寒能力，住宅建筑将会具有很强的节能潜力。而围护结构作为影响建筑物能耗的重点部位之一，即具备保温的功能，也能散失部分室内的热量，是影响室内热环境的重点结构。本文结合哈尔滨地区的气候特点，针对最容易消耗热能的围护结构，通过价值分析选出适合的节能措施，达到节约能源，降低能耗，促进地区经济发展的目的。

建筑物的外围护结构主要由门窗、墙体、屋面等构件构成，这些主要构件的传热性能决定了建筑物保温隔热的效果，直接影响了建筑物的能量消耗。想要使建筑物最大限度地节约能量，则需要减少能量损失，改善这些主要构件自身的保温隔热性能。有研究结果表明，建筑物的耗热量中窗户约占29%、外墙约占28%、屋顶约占8.6%，是耗热的主要部位。若要降低建筑物的热损耗，提高建筑物的节能效果，必须合理地采用新型的保温材料，改善现有的围护结构系统。

2．1　外墙体外挂外保温系统材料

墙体外挂外保温系统是应用一些固定材料将保温材料砌挂在外墙上，再压入玻璃纤维网格布形成保护层，最后用腻子和涂料找平。运用这种保温系统密度大、抗渗能力好并且导热系数相对较小、吸水率低，符合我国现行的建筑节能标准，相比其他系统更适用于北方地区。而在外墙外挂保温系统中，保温材料热工性能的好坏关键在于所使用材料的导热系数的高低，所使用材料的导热系数越小，其所具备的保温隔热性能就越好。目前，在哈尔滨市住宅建筑中可使用的有4种保温材料：模塑聚苯板(EPS)、岩棉保温板、酚醛保温板和STP超薄真空绝热保温板。

模塑聚苯板(EPS)是用原料为内含有部分挥发性液体发泡剂的聚苯乙烯颗粒，再经过加工发泡变为内结构具有一些封闭的微孔材料后，用模具加工而成的保温材料。这种材料在保温隔热的基础上还有可抗低温和抗酸碱腐蚀的特点，防震性能优越且结构均匀、施工便捷，在大多数的实际外墙保温工程中都有应用。

岩棉保温板是将岩石等矿石材料高温融化后，采用离心制棉的工序，将融化的矿石液体转化为非连续性纤维，再在此纤维中加入憎水剂、粘结剂和防尘油等物质后经过一段时间的沉降和固化而成。这种保温系统导热系数低，具有防火、吸声和保温透气的性能，施工安装便利且节能效果显著。但因岩棉材料为多孔状式的开放保温材料，透湿性较好，所以在应用岩棉保温材料时多搭配防潮层，提升岩棉保温系统的防潮性。

酚醛保温板是在酚醛树脂中掺入固化剂、发泡剂等其他的辅助剂而制成的一种硬质闭孔酚醛泡沫。这种保温材料的防火抗燃能力高， 导热稳定性和抗化学性也符合施工过程中轻便、防火等技术要求。

STP超薄真空绝热保温板是由高强度复合不透气膜和无机纤维材料通过真空封装复合后覆加砂浆的一种保温板材。基于它真空的原理，这种材料可以用作保温、防火、装饰等多重作用，也可充分利用板材间的中空度并适当填充一些绝热保温材料，使其导热系数更低，更具有节能环保的特质。

2.2　外门窗材料

建筑物中门窗部位的耗热量约占整个建筑物耗热量的60%，是节能设计中的主要部分。外门窗部分涉及的节能措施主要集中于改进其气密性和增强其保温隔热性能两大方面。因哈尔滨市地处严寒地区，在门窗材料的选择上应侧重于材料的保温隔热性能，控制门窗的导热系数，在选用玻璃时就应该采用具备更高保温性能的玻璃材料，例如：Low-E中空玻璃、多层中空玻璃等。而门窗的型材大多可选用塑性材料、隔热性能良好的铝合金或钢制材料、木材-金属复合型材料。

塑性门窗材料，其主要成分为聚氯乙烯，附加一定比例的紫外线吸收物质和稳定剂制成，结合橡胶密封条或者其他锚固方式安装在建筑物上。与传统木质的材料相比，塑性材料质轻，耐腐蚀的同时阻燃、防震，具有良好的保温性和密封性，导热系数低。但因为塑性材料相对其他材料膨胀系数高、刚性较差，所以并不适合用在风压强较高的地方。

木材-金属复合型材料，是采用木材为框架的主体结构，与部分金属灌注为一体或通过机械方法复合而成。将两种材料结合在一起，可以同时兼顾木料和金属的不同属性，改善了木材抗腐蚀性和防火性较差的特点，也增强了金属材料的韧性需求，抗压能力和抗折强度都有所增加，导热系数较低，保温节能效果显著。

Low-E玻璃，是把多层金属物质或者化合物镀在玻璃表面上，使其具有更好的阻隔热辐射的性能，降低玻璃表面的辐射率。根据不同的金属物质或者化合物，Low-E玻璃可以具备不同程度的对红外线反射能力和可见光高透性，符合日常生活需求的良好透光性和严寒地区保温隔热效果的要求，降低热能的传递，达到节能效果。

中空复合玻璃，是将两层或多层玻璃之间留有一定空隙，将空隙内空气抽空或者充入其他惰性气体，再密封粘接四周缝隙而成，它利用玻璃间的真空环境降低玻璃门窗的导热系数，其导热系数与普通平板玻璃相比降低了一半以上，达到保温隔热的效果。

3价值工程在围护结构节能措施上的应用

3.1　功能分析

对建筑材料进行功能分析，即对建筑材料的节能能力进行分析，其导热系数直接决定了其节能效果的好坏。除了对节能能力的考虑，还要综合考虑建筑材料的使用寿命、施工操作的可行性、美观性等多重因素。对上述的4个影响因素，本文利用专家评分法对每种材料进行评分，其中最优的计为10分，最差计为0分，以确定功能评价系数，如表1、表2所示。

表1　外墙体外挂保温材料功能系数分析

表2　门窗功能系数分析

3.2　修正功能比重

根据材料的保温性、使用寿命、施工操作可行性和美观性在所选择对象中所看重的程度进行“0~1”评分，将不同功能一一比较，相对重要的记为“1”，相对不重要的记为“0”，各项功能比重如表3所示。

3.3　计算功能系数

根据功能系数分析(见表1、表2)和功能比重(见表3)计算出修正后的功能系数(见表4、表5)。

表3　功能比重

表4　外墙体外挂保温材料功能系数修正

表5 门窗功能系数修正

3.4　运用价值工程原理进行优选

根据各项节能措施的预算成本，得出成本系数，结合上述功能系数，得出最终的价值系数(见表6、表7)。

表6　外墙体外挂保温材料价值系数

由表6和表7可以看出，在选择外墙体外挂保温材料时，模塑聚苯板的价值系数是最高的，说明使用模塑聚苯板这种材料时，在达到节能保温的功能效果的同时，它的价值是最高的。在门窗的四项措施中，采用塑性门窗和应用中空复合玻璃的组合形式展现了最高的价值系数，说明应用这样的方法是达到节能功能的最优选择。

表7　门窗价值系数

4结束语

本文运用价值工程理论对适用于哈尔滨市建筑住宅围护结构的各项节能措施进行优选，为节能措施的选择提供了一种便于实现的有效方法。本文通过围护结构耗能较多的外墙体部位和门窗部位的价值工程方法的分析应用，得出适合哈尔滨地区节能措施的相对较优选择，也还可以应用此方法对其他方案进行优化选择。节能建筑的发展可以改善居住环境、节约能源，大力加强节能建筑的研究和应用才能实现建筑业的可持续发展。

参考文献

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[责任编辑：郝丽英]

Energy-saving material optimization of the envelop enclosure of residential buildings based on value analysis

LIU Li-yan,SHI Zhen-wu

(School of Civil Engineering,Northeast Forestry University，Harbin 150040,China)

Abstract：Nowadays, the construction industry is developing energy-saving building, however, its relatively high cost has caused the uncommon application of energy-saving materials. According to the theory of value engineering, this paper proposes a value analysis of current energy-saving materials of the envelop enclosure of residential buildings, in order to select the energy-saving solution which conforms with the geographical and climatic characteristics in Harbin among various schemes of the material of the exterior wall insulation system and external doors and windows. The optimum scheme is to promote the use value and reduce the building cost on the premise of guaranteed functionality. Also, It will provide reference for the construction and development of Harbin, in order to realize the sustainable development of construction industry.

Key words：energy-efficient buildings; building envelope; value analysis

作者简介：刘丽妍(1990-)，女，硕士研究生，研究方向：工程经济与项目管理.

收稿日期：2015-09-25

中图分类号：TU-9

文献标识码：A

文章编号：1671-4679(2015)06-0048-04