珠三角地區(qū)居住建筑節(jié)能措施探討

王連坤，于宏

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珠三角地區(qū)居住建筑節(jié)能措施探討

王連坤1，于宏2

（1. 五邑大學 土木建筑學院，廣東 江門 529020；2. 大唐國際發(fā)電股份有限公司 陡河發(fā)電廠，河北 唐山 063028）

針對南區(qū)特有的夏熱冬暖氣候，從建筑的總體規(guī)劃和設計、結構材料和體系、外圍護結構的熱工性能、建筑節(jié)能新技術、政策措施等方面分析了適用于珠三角地區(qū)的居住建筑節(jié)能措施，為夏熱冬暖的珠三角地區(qū)居住建筑節(jié)能設計提供參考.

珠三角地區(qū)；居住建筑；節(jié)能措施；夏熱冬暖

目前我國城鎮(zhèn)化率僅為41%，正處于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化快速發(fā)展階段，但建筑能耗卻已占全國總能耗的25%～30%，并接近世界能耗的平均水平（30%），單位建筑面積能耗則是發(fā)達國家的2～3倍. 為改變現狀，各級政府相繼出臺了一系列建筑節(jié)能政策和標準，如《珠江三角洲地區(qū)改革發(fā)展規(guī)劃綱要》（2008—2020年）明確提出：節(jié)約集約用地，推進城鄉(xiāng)建設用地集約化，大力推進節(jié)能節(jié)水節(jié)材，加快工業(yè)、建筑、交通等領域的節(jié)能降耗技術改造.

珠三角地處第IV建筑氣候區(qū)，屬《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》（JGJ75—2003）規(guī)定的南區(qū). 該區(qū)域夏季漫長，太陽高度角大，日照時間長，輻射強烈，雨量充沛；氣溫高且濕度大，氣溫年較差和日較差均??；建筑物的能耗主要用于夏季制冷降溫，空調運行時間長. 近年來該區(qū)域建筑的節(jié)能措施引起了學者和工程技術人員的廣泛關注[1-9]，但這些研究僅限于建筑設計、或外圍護墻體和門窗節(jié)能，本文將綜合探討珠三角地區(qū)的居住建筑節(jié)能措施，以期大幅度降低建筑能耗，實現城市建設的可持續(xù)發(fā)展.

1 建筑規(guī)劃及總體設計

珠三角地區(qū)的居住建筑節(jié)能應結合本地區(qū)氣候特征，從外部空間環(huán)境構成、建筑布局和朝向以及建筑體型等方面進行考慮，創(chuàng)造有利于節(jié)能的微環(huán)境，以實現建筑與氣候環(huán)境的和諧統(tǒng)一.

1.1 改善外部空間環(huán)境

建筑與其周圍環(huán)境是互相影響的熱系統(tǒng)，在建筑規(guī)劃及整體設計中應重視居住建筑外部熱環(huán)境對建筑節(jié)能的作用. 充分利用地勢起伏、建筑體型、高度、間距等條件，采用前后錯列、前疏后密等方式對小區(qū)進行規(guī)劃布局，以組織好建筑群間的自然通風；利用綠化植被、水體減少太陽輻射，降低建筑室外溫度，為單體建筑通風創(chuàng)造條件；合理運用建筑物引起的日光“陰影”，在滿足城市規(guī)劃、日照和防火間距的前提下，建筑物之間應有相互的陰影遮擋，以降低區(qū)域的環(huán)境溫度[2]14，[3]29. 這些措施均可以改善建筑群及單體建筑的外部熱環(huán)境，達到節(jié)能的目的.

1.2 合理設計建筑物的朝向和布局

良好的自然通風可以降低室內溫度，減少空調使用. 珠三角地區(qū)夏季盛行東南風和西南風，在總體布局中應充分利用這一條件，合理設計建筑的朝向、間距及體量，盡量采用南北向和接近南北向布局、南面開敞等設計方法，合理組織小區(qū)內的空氣流動，以保證整個居住區(qū)內良好的通風環(huán)境. 此外，由于珠三角地區(qū)太陽高度角較大，南北朝向或接近南北朝向的建筑物冬季會有適量的陽光射入室內，可增加太陽輻射熱；夏季還可以減少太陽直射室內及外墻面，減少輻射熱；考慮外立面開窗的大小及位置，將臥室、起居室置于建筑南面，適當加大房屋南窗的面積，并采用平開窗代替推拉窗對風產生的導向作用，以利于自然通風、散熱除濕；東西向山墻通常不開窗或少開窗、開小窗，以減少熱輻射；布置偏向夏季主導風向的片墻引導自然風.

1.3 控制體型系數

體型系數是建筑物外表面積與其體積之比，體型系數過小，將影響建筑造型、平面布局、采光通風等；體型系數過大，則建筑物的外表面積大，導致外圍護結構的傳熱損失大，直接影響建筑能耗. 盡管《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》（JGJ 75—2003）對珠三角所在的夏熱冬暖地區(qū)的南區(qū)沒有規(guī)定體型系數限值，但是設計居住建筑時也應在滿足建筑功能的條件下，盡量控制建筑物的體型系數.

2 結構材料和體系

鋼結構住宅作為節(jié)能環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展的結構體系，技術含量和產業(yè)化程度高、取材對環(huán)境破壞小、建筑風格靈活豐富、戶內有效使用面積大、節(jié)能效果好、施工周期短、自重輕、抗震性能好、有較高的性價比、適合于不同氣候環(huán)境，滿足綠色節(jié)能建筑和社會可持續(xù)發(fā)展的要求，因此，2005年鋼結構住宅體系被建設部納入“新的建筑業(yè)十項新技術”加以推廣應用. 珠三角地區(qū)是中國改革開放的前沿，經濟比較發(fā)達，在國家政策的支持下，完全有條件在居住建筑中推廣應用鋼結構住宅體系.

常用的鋼結構體系有：鋼框架體系、新型抗側力體系、交錯桁架體系、鋼框架－支撐體系等[4]. 鋼框架體系側向剛度差，用于高層建筑時經濟性較差；新型抗側力體系包括鋼框架－抗剪桁架體系、鋼框架－剪力墻體系和鋼框架－鋼板剪力墻體系等，設計時可根據建筑物高度及水平力作用情況采用不同的抗側力體系；交錯桁架體系的基本組成是高度等于層高、跨度等于房屋寬度的桁架，桁架在相鄰柱軸線交錯布置，該體系布置靈活、樓板跨度小、結構自重輕、造價低. 在墻體平面內布置由角鋼或槽鋼構成的垂直支撐形成鋼框架-支撐體系，支撐型式有X型、K型、人型、倒人字型、單斜桿型等. 鋼框架-支撐體系不僅能有效提高鋼框架的側向剛度，減少層間位移，當房屋較高時，還比純鋼框架體系經濟.

3 圍護結構的節(jié)能

地處夏熱冬暖地區(qū)的珠三角，夏季室內得熱主要是太陽輻射和圍護結構傳導得熱，建筑物的能耗主要用于制冷降溫，空調的能耗占全部耗電量的1/3，且峰谷耗電達到2:1；因此，這一地區(qū)建筑節(jié)能的重點是提高圍護結構的節(jié)能科技含量，降低空調能耗.

3.1 屋頂節(jié)能

珠三角地區(qū)太陽高度角大，陽光幾乎直射平屋頂，加上日照時間長、輻射強度大，使得屋面溫度高，屋頂的輻射得熱量要比墻體的輻射得熱量大，造成頂層住宅室內環(huán)境溫度高；因此，必須對屋頂結構采取良好的隔熱措施，防止大量輻射熱侵入室內.

常用的屋面隔熱措施有：通風屋面、淺色坡屋面、倒置式隔熱屋面、種植屋面. 通風隔熱構造做法由于屋頂女兒墻的擋風作用，造成架空的空氣層流動性差，隔熱效果不理想；淺色坡屋面能反射較多的輻射熱；倒置屋面將隔熱保溫層置于防水層之上，由于隔熱保溫材料具有良好的抗?jié)裥浴⒖箟盒?、低導熱和抗輻射性的?yōu)點，在夏熱冬暖地區(qū)的應用有著廣闊的前景[5]80；種植屋面利用植被對太陽能的吸收、轉化作用，降低室外熱作用而達到隔熱效果，避免了強烈冷、熱空氣對屋面的直接影響，減小了屋頂內、外表面的溫度波動幅度，改善了建筑室內、外環(huán)境. 另外，通過遮陽技術控制屋頂的太陽輻射，也可降低近70%的屋頂傳熱負荷.

3.2 墻體節(jié)能

3.3 外窗節(jié)能

外窗是建筑中保溫隔熱最薄弱的部位. 在珠三角地區(qū)，夏季由于建筑外窗的得熱量中，玻璃得熱是第1位，其次是窗縫隙空氣滲透得熱，窗框得熱量最少，玻璃得熱又以太陽輻射得熱為主；因此，外窗的節(jié)能應控制窗墻面積比，同時盡量改善玻璃的熱工性能，并減小玻璃的遮陽系數. 普通中空透明玻璃日間總得熱量略低于單層玻璃，但夜間散熱遠不及單層玻璃，因此全天的總得熱量更大，節(jié)能效果不明顯[8]66. 采用單片吸熱玻璃或熱反射玻璃、Low-E玻璃以及這些玻璃組成的中空玻璃是比較好的選擇.

對外窗采取遮陽措施，降低夏季外窗的輻射透過率，可大幅度地降低空調的能耗，還可以明顯改善自然通風的室內熱環(huán)境質量. 遮陽玻璃與普通玻璃相比，可減少得熱70%左右. 對于珠三角地區(qū)，水平式遮陽板適用于南向窗口；垂直式遮陽板適用于北向窗口；綜合式遮陽板適用于東南和西南向窗口；而擋板式遮陽板則適用于東西向窗口[10]. 另外，南區(qū)傳統(tǒng)建筑還可以采用外廊、陽臺、挑檐、百葉窗等方式直接遮擋夏季的熱輻射.

4 建筑節(jié)能新技術的應用

建筑節(jié)能是一項綜合性的系統(tǒng)工程，除采用適合本地區(qū)的整體規(guī)劃、單體建筑結構和圍護結構設計外，還應因地制宜地積極推廣發(fā)展可再生能源的使用，如太陽能、雨水資源等.

4.1 太陽能光熱技術

珠三角地區(qū)太陽年總輻射照度可達130～170 W/m2，有著充足的太陽能資源. 太陽能光熱在建筑中的應用主要包括采暖、制冷、提供生活生產用熱水和用電等，選用太陽能技術的原則應是高效、功能多樣性和作用時間長. 當前珠三角地區(qū)多為多、高層居住建筑，太陽能光熱技術主要有熱水器、空氣集熱系統(tǒng)和空調三聯(lián)供系統(tǒng)，該系統(tǒng)夏季通過集熱器收集太陽能為系統(tǒng)提供熱源，冬季吸收太陽能提供生活熱水.

4.2 太陽能光電技術

太陽能光伏板是一種很好的可再生能源，但目前國際上光伏板發(fā)電效率偏低，在太陽光垂直入射條件下測試的最高效率僅為15%. 該技術不適合在珠三角地區(qū)推廣，原因是：珠三角地區(qū)的太陽高度角偏高，在周圍墻體上安裝的光伏板入射角大，單位面積獲得的太陽輻射量小，導致發(fā)電效率更低；太陽能光伏發(fā)電技術要求建筑密度低，有足夠的空間安裝光伏板；同時光伏系統(tǒng)價格高，通常需要政府補貼，如在建筑密度高的珠三角地區(qū)大力推廣太陽能光伏系統(tǒng)并給予政府補貼，既浪費了國家財政資源，又不能有效地促進可再生能源利用的健康發(fā)展[11].

4.3 雨水利用技術

我國水資源短缺，節(jié)約用水有很強的現實意義. 住宅區(qū)雨水利用不僅節(jié)約水資源，還可以減緩雨水洪澇、控制雨水徑流污染、改善住宅區(qū)生態(tài)環(huán)境[12]. 住宅區(qū)雨水利用大致可分為土地入滲、收集回用和調蓄排放3種技術系統(tǒng). 珠三角地區(qū)年均降水量1 000～1 800 mm，雨水資源非常豐富，應在建筑設計中充分運用這一優(yōu)勢；可將回收的雨水用于景觀用水及補水、綠化用水、路面沖洗用水；還可把過濾或處理的雨水循環(huán)到太陽能熱水器中用作洗浴水或其他非飲用水.

5 政策措施

《珠江三角洲地區(qū)改革發(fā)展規(guī)劃綱要》（2008—2020年）明確了建筑節(jié)能的發(fā)展方向，即發(fā)展“節(jié)能省地型居住建筑”，各地相關行政主管部門應制定相應的技術政策、產業(yè)政策和經濟社會發(fā)展政策[13]，如編制與修訂住宅相關的地方標準，形成比較完善的節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)境保護的綜合性標準體系；完善和提高通用住宅部件的配套體系，形成符合模數協(xié)調的標準化產品系列，加快住宅產業(yè)化的進程；對環(huán)保且節(jié)約資源的材料、產品及節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材新技術的研究、開發(fā)和推廣給予政策上的支持和傾斜及稅收和信貸方面的優(yōu)惠，促進其工業(yè)化生產和普及應用.

6 結語

建筑節(jié)能直接關系到國家資源戰(zhàn)略、可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護，是建筑業(yè)一項重要、緊迫而又艱巨的任務，應值得全社會重視. 珠三角地處夏熱冬暖地區(qū)的南區(qū)，氣候條件與北方夏熱冬冷地區(qū)有很大差異，建筑節(jié)能技術不能直接照搬北方地區(qū)的做法，應因地制宜地推廣和使用符合本地區(qū)氣候條件的節(jié)能建筑.

[1] 李丹俊. 經濟型住宅的節(jié)能設計研究：以夏熱冬暖地區(qū)經濟型住宅節(jié)能設計為例[J]. 華中建筑，2006, 24(6): 0 62-64.

[2] 賴家彬. 夏熱冬暖南區(qū)居住建筑節(jié)能的思考[J]. 住宅科技，2008, 28(2): 12-15.

[3] 郝瑞珍，籍存德. 夏熱冬暖地區(qū)住宅建筑的節(jié)能措施探討[J]. 建筑科學，2006, 22(4): 28-31.

[4] 徐偉良，何余良. 多高層鋼結構住宅的建筑技術與工程應用[J]. 建筑技術，2009, 40(3): 208-211.

[5] 籍存德，郝瑞珍，陳雄. 夏熱冬暖地區(qū)屋頂隔熱構造措施探討[J]. 施工技術，2006, 35(10): 79-80.

[6] 陳振基，羅秋苑，黃遠洋. 夏熱冬暖地區(qū)內保溫的特點和做法[J]. 新型建筑材料，2006(5): 7-9.

[7] 袁磊，張道真. 夏熱冬暖南區(qū)外墻內保溫的適用性分析[J]. 建筑技術，2009, 40(4): 313-316.

[8] 袁磊，張道真，傅積闿. 論中空玻璃在夏熱冬暖地區(qū)的應用[J]. 建筑科學，2008, 24(3): 65-68.

[9] 楊仕超. 夏熱冬暖地區(qū)玻璃幕墻和門窗的節(jié)能[J]. 西安建筑科技大學學報：自然科學版，2001, 33(4):1 392-396.

[10] 籍存德，郝瑞珍，常民. 夏熱冬暖地區(qū)建筑遮陽設計探討[J]. 工業(yè)建筑，2007, 37(2): 44-46.

[11] 清華大學建筑節(jié)能研究中心. 中國建筑節(jié)能2009年度發(fā)展研究報告[R]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[12] 住房和城鄉(xiāng)建設部住宅產業(yè)化促進中心. 省地節(jié)能環(huán)保型住宅成套技術指南[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[13] 譚慶璉. 關于建設節(jié)能省地型住宅的幾點思考[J]. 土木工程學報，2005, 41(10): 1-4.

[責任編輯：孫建平]

An Exploration of Energy-Saving Measures for Residential Buildings in the Pearl River Delta

1,2

The core of energy-saving for buildings is to reduce energy consumption. Considering the hot summers and warm winters in South China, the paper discusses the energy-saving techniques for residential buildings in the Pearl River Delta from the perspectives of comprehensive planning and design, structural, materials and system, and the thermal performance of the retaining structure to policy measures.

the Pearl River delta; residential buildings; energy-saving techniques; hot summers and warm winters

1006-7302（2010）03-0005-67

TU201.5

A

2010-03-15

王連坤（1977—），男，河北館陶人，講師，博士，研究方向：鋼結構非線性性能及建筑節(jié)能，E-mail: fengzheng403@126.com.