淺談住宅型節(jié)能建筑的綜合設(shè)計(jì)

于芳 鄧犀月

（1、沈陽市建筑設(shè)計(jì)院，遼寧 沈陽 110031；2、中國中建設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司沈陽分公司，遼寧 沈陽 110016）

對(duì)于住宅型建筑而言，節(jié)能的關(guān)鍵體現(xiàn)在三個(gè)方面，一是外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫、隔熱性能的改善，二是冷熱源的能效比與傳輸系統(tǒng)效率的提高，三是末端用冷（熱）的可調(diào)節(jié)及費(fèi)用承擔(dān)形式。上述三方面相互影響、相互制約，同時(shí)在不同的氣候條件下節(jié)能重點(diǎn)及相互間的影響程度也大不相同。因此進(jìn)行住宅設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循因地制宜、整體設(shè)計(jì)和過程控制的原則，結(jié)合氣候、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等諸多因素進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)和整體優(yōu)化，才能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。

1 節(jié)能建筑的主要內(nèi)容

一個(gè)建筑物是否達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)或者是否具有節(jié)能性能，能節(jié)多少能，需要通過對(duì)該建筑物采取的技術(shù)措施進(jìn)行分析、技術(shù)手段進(jìn)行測試評(píng)價(jià)，其中所用材料的熱工性能是最重要的評(píng)價(jià)依據(jù)。

節(jié)能建筑有五大特征：①少消耗資源；②高性能品質(zhì)；③減少環(huán)境污染；④長生命用期；⑤多回收利用。

節(jié)能建筑應(yīng)考慮的九大問題：①建筑的環(huán)境；②建筑的朝向；③建筑的體型問題；④建筑的面積問題；⑤建筑的物理環(huán)境問題；⑥建筑的節(jié)水問題；⑦建筑的節(jié)地問題；⑧建筑的太陽能利用問題；⑨建筑的裝修問題。

節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的基本原則和要求：①節(jié)能建筑設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹“因地制宜”的設(shè)計(jì)原則；②建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹超前性原則；③建筑設(shè)計(jì)者要有社會(huì)責(zé)任感。

2 住宅型小區(qū)整體規(guī)劃的重要性

在小區(qū)整體規(guī)劃中，建筑物形狀與布置位置不同，會(huì)導(dǎo)致建筑物周圍的空氣流動(dòng)狀況有很大差別。冬季寒冷地區(qū)在冬季主導(dǎo)風(fēng)向下，若在建筑物表面形成較大風(fēng)速，會(huì)使建筑散熱量增加；若在建筑兩側(cè)形成較大風(fēng)壓，則會(huì)增大建筑物的冷風(fēng)滲透，使耗熱量增大10%～20%。而對(duì)大多數(shù)地區(qū)，夏季主導(dǎo)風(fēng)向下，若建筑兩側(cè)不能形成較大的風(fēng)壓，則即使開窗也不會(huì)形成較好的自然通風(fēng)，從而影響熱環(huán)境，或增加開啟空調(diào)的時(shí)間。同時(shí)，建筑物形狀與排列，還與表面接受太陽日照時(shí)數(shù)及體形系數(shù)有很大關(guān)系，可使采暖需熱量產(chǎn)生10%～20%的差別。

建筑物表面色彩與涂料性質(zhì)不同亦會(huì)導(dǎo)致建筑能耗有的差別，以冬季接收太陽輻射并減少夜間天空輻射的熱損失為主要目的時(shí)需要的措施，與以夏季減少太陽輻射得熱量為目的所要求的措施完全不同，因此需根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)分析確定。此外，受住宅設(shè)計(jì)中建筑密度、下墊面（如道路、草地、建筑表面等）性能、建筑材料、建筑布局、綠地率和水景設(shè)施等因素的影響，住宅區(qū)室外氣溫有可能出現(xiàn)“熱島”現(xiàn)象，即小區(qū)氣溫會(huì)高于其他地方、尤其是郊區(qū)的氣溫的現(xiàn)象?！盁釐u”現(xiàn)象在夏季的出現(xiàn)，不僅會(huì)使人們高溫中暑的概率變大，同時(shí)還促使了光化學(xué)煙霧的形成，加重污染，并增加建筑的空調(diào)能耗，無疑給人們的工作和生活帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響。

3 建筑整體設(shè)計(jì)的思路

從整體上說，適當(dāng)?shù)慕ㄖw形、平面布局、色彩、窗墻比可有效實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。而從細(xì)部設(shè)計(jì)上看，采用高效的外墻保溫方式、屋頂保溫隔熱方式、高性能的外窗和外遮陽系統(tǒng)都是住宅建筑節(jié)能的重要措施。尤其對(duì)于北方采暖地區(qū)而言，這些措施是實(shí)現(xiàn)住宅型建筑能耗降低的關(guān)鍵。近年來，諸如外墻保溫、高性能外窗等節(jié)能技術(shù)或產(chǎn)品在我國得到了一定的發(fā)展。但是，如何根據(jù)不同的氣候條件，從整體設(shè)計(jì)的原則出發(fā)，合理、高效地使用、搭配各項(xiàng)節(jié)能部件和技術(shù)卻有得到應(yīng)有的重視。

例如，窗墻比對(duì)建筑能耗的影響，取決于窗與外墻之間熱工性能的差異，相差越大，影響越顯著。單層金屬窗的夏季空調(diào)負(fù)荷是同面積244mm厚磚墻的5倍，全年能耗是36倍。窗墻比由0.4減少到0.3，每平方米建筑面積年冷暖耗電量可減少5kW·h。當(dāng)采用單框雙玻加熱反射窗簾后，同面積窗的全年能耗只有墻的1.8倍.窗墻比由0.4減少為0.3，每平方米建筑面積減少的年采暖耗電只有1kW·h，節(jié)能效果明顯下降。此外，窗墻比對(duì)建筑能耗的影響還和不同地區(qū)不同朝向的太陽輻射強(qiáng)度有關(guān)，北方采暖地區(qū)的結(jié)論對(duì)于其他地區(qū)并不適用。同時(shí)，與體形系數(shù)類似，窗墻比不僅影響能耗，也影響建筑立面、室內(nèi)采光、通風(fēng)等。窗墻比過小，建筑通風(fēng)不良，自然采光不足。會(huì)增加空調(diào)與照明能耗。因此需要通過細(xì)致全面的模擬分析來優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)拇皦Ρ取?/p>

另外，在住宅節(jié)能設(shè)計(jì)過程中要注意均勻性原則的合理應(yīng)用。均勻性原則又稱“木桶原則”，即在資金有限的條件下，在處理影響建筑熱環(huán)境的各項(xiàng)因素之間協(xié)調(diào)時(shí)，使其影響效果盡量均勻，趨向一致。例如在選擇外墻、外窗和遮陽設(shè)施時(shí)，應(yīng)在一定的投資下使各個(gè)方面的效果盡量均勻一致，而不應(yīng)該選擇保溫性能特別良好的外墻卻因?yàn)橘Y金緊張而選用單層窗，或投入大量資金配置保溫性能、密閉性能良好的外窗卻不做外墻保溫設(shè)計(jì)。結(jié)果往往由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)最差的一個(gè)環(huán)節(jié)而影響節(jié)能的整體效果，正如木桶的盛水量是由桶壁上最短的一根木條所決定的。

對(duì)于不同的供暖方式或者空調(diào)方式，它們對(duì)墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工特性要求也有所不同，因此需要從保溫和蓄熱兩方面對(duì)墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)加以系統(tǒng)的分析。以供暖系統(tǒng)為例，傳統(tǒng)的連續(xù)供熱系統(tǒng)只要求墻體有較好的保溫性能，即較大的熱阻即可；而以削峰填谷為目的的夜間電熱膜供暖方式還要求墻體具有較好的蓄熱特性，即有較大的熱容；相反，對(duì)于間歇供暖方式，例如煤氣爐供暖方式或水系統(tǒng)分戶調(diào)節(jié)形式，則要求較小的熱容以達(dá)到“即開即熱”的目的。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，對(duì)住宅在冬季供暖方式下的熱環(huán)境只進(jìn)行靜態(tài)的分析因而只強(qiáng)調(diào)墻體保溫的重要性。隨著供暖方式的多樣化，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工動(dòng)態(tài)特性對(duì)供暖系統(tǒng)節(jié)能的影響也越來越重要。

在夏季，由于室內(nèi)外環(huán)境平均溫度的差別不如冬季明顯，因此對(duì)墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能的要求相對(duì)降低。另一方面，由于各種影響建筑熱環(huán)境的擾量的動(dòng)態(tài)變化、空調(diào)系統(tǒng)的間歇運(yùn)行、利用晝夜電價(jià)差削峰填谷的蓄冷空調(diào)方式，或者是采用夜間通風(fēng)降溫方式等，都對(duì)墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱性能提出更多的要求。因此需要從能源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等多方面與冬季統(tǒng)籌考慮，具體分析，以期達(dá)到最優(yōu)的效果。需要注意的是，對(duì)于夏熱冬冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)，由于室外日均溫與熱舒適要求的室溫差別并不太大，因此外墻保溫并非十分重要，而通風(fēng)、外窗及外墻的遮陽、外窗的光學(xué)透過性能等，反而是影響室內(nèi)熱狀態(tài)和采暖空調(diào)能耗的主要因素，因此不可不顧氣候差異而簡單地推廣外墻保溫。屋頂?shù)谋丶捌渌魺岽胧?duì)低層和多層建筑頂層房間的能耗也有很大影響。僅改進(jìn)屋頂一項(xiàng)措施，一般可使頂層房間采暖空調(diào)能耗降低一半。但是同樣值得指出的是，以減少夏太陽得熱為主要目的的炎熱地區(qū)與減少冬季屋頂散熱、但希望更多地獲得太陽輻射的寒冷地區(qū)所要求的措施完全不同。

結(jié)束語

住宅型節(jié)能建筑的各方面條件相互作用，又與自然、氣象等狀況有關(guān)，因此通過簡單的定性分析，往往難以決斷。最有效的方法是采用計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬分析的方法，對(duì)不同方式組合下的建筑性能及全年能耗情況進(jìn)行綜合預(yù)測分析，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

[1]沈致和.住宅節(jié)能原理與設(shè)計(jì)[M].安徽科學(xué)技術(shù)出版社.2006.

[2]房志勇.建筑節(jié)能技術(shù)[M].北京建材工業(yè)出版社，1999.

[3]涂逢祥.建筑節(jié)能[M].中國建筑工業(yè)出版社，2001.