淺析嚴(yán)寒地區(qū)高層住宅建筑節(jié)能設(shè)計

周雨婷

摘 要：隨著工業(yè)化的發(fā)展，城市化的進(jìn)步，全球能源短缺的問題日益加劇，我國是能源消耗大國，隨著可持續(xù)發(fā)展的觀念深入人心，節(jié)約能源的問題亟待解決。建筑是用能大戶，建筑節(jié)能的發(fā)展既是可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略保障，又是建筑業(yè)發(fā)展的必要條件。本文以嚴(yán)寒地區(qū)高層住宅建筑為例，淺析節(jié)能技術(shù)如何在規(guī)劃設(shè)計、單體設(shè)計、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：嚴(yán)寒地區(qū)；高層住宅；建筑節(jié)能

1 前言

我國嚴(yán)寒地區(qū)主要位于東三省地區(qū)，冬季氣溫低，持續(xù)時間長，累年日平均溫度低于或等于5℃的天數(shù)在90天以上。嚴(yán)寒地區(qū)住宅建筑多采用集中供暖，城市中大量存在的高層住宅建筑一直作為“耗能大戶”占據(jù)建筑能耗的較大比重。為確保節(jié)能65%的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，節(jié)能設(shè)計成為住宅建筑設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。建筑節(jié)能可以從總體規(guī)劃到單體設(shè)計，充分利用節(jié)能技術(shù)措施，最大限度減少能耗量，獲得理想的建筑節(jié)能效果。本文以嚴(yán)寒地區(qū)高層住宅建筑為例，提出節(jié)能設(shè)計應(yīng)注重以下幾個方面：

2 規(guī)劃設(shè)計

2.1 建筑選址

在嚴(yán)寒地區(qū)的冬季，人們需要爭取盡可能多的日照，因此住宅建筑應(yīng)選擇在向陽、背風(fēng)的地段，避免洼地、山谷等不利地段。

2.2 建筑朝向

最佳建筑朝向應(yīng)以南為主，“坐北朝南”為我國北方民居延續(xù)至今的主要建筑朝向，可使每戶的主要房間最大限度的獲得有利日照。根據(jù)地理氣候不同，各地區(qū)存在一個最佳朝向范圍，沈陽市最佳建筑朝向范圍為南偏東15度至南偏西15度。選擇滿足日照間距要求、不受周圍建筑嚴(yán)重遮擋的基址作為居住建筑用地。

2.3 建筑布局

利用住宅樓群布局的開敞或圍合，爭取日照，形成氣候防護(hù)單元，建立優(yōu)化微氣候的良好界面。建議居住區(qū)采用組團(tuán)式布局，形成半圍合、較封閉的庭院空間，既可利用建筑連續(xù)性外界面抵御冬季冷風(fēng)、吸收太陽輻射，又可組織組團(tuán)內(nèi)部的良好氣流， 避免冷風(fēng)干擾，改善風(fēng)環(huán)境和日照條件來降低建筑能耗。

住宅樓群中各住宅的高度、形狀、布局都將產(chǎn)生不同的陰影疊加區(qū)，沈陽地區(qū)所處緯度越高，建筑物背向的陰影區(qū)的范圍較大，因此在進(jìn)行建筑布局時，應(yīng)從多種布局方案中擇優(yōu)選擇，如：高、低建筑同時存在時，將較低建筑布置在南向；在橫向多排高層布置時采用錯位布局，利用山墻間隙使后排建筑獲得日照；點(diǎn)式、板式高層組合布置時，將點(diǎn)式高層住宅布置在南側(cè)，板式高層住宅布置在北側(cè)，利用較大空隙獲得后排日照。在利益驅(qū)使下，住宅項(xiàng)目的高密度容易造成因間距不足形成的日照遮擋，《沈陽市人民政府第64號令》對日照間距要求有明確規(guī)定：當(dāng)建筑高度與建筑面寬之比小于1.2時，按遮擋建筑高度確定建筑間距系數(shù)，三環(huán)以內(nèi)地區(qū)，間距系數(shù)不得小于1.7，三環(huán)以外地區(qū)，間距系數(shù)不得小于2.0；當(dāng)建筑高度與建筑面寬之比大于1.2時，按遮擋建筑面寬確定建筑間距系數(shù)，三環(huán)以內(nèi)地區(qū)，間距系數(shù)不應(yīng)小于1.4，且不得小于40米，三環(huán)以外地區(qū)，間距系數(shù)不得小于1.5，且不得小于40米。

2.4 建筑避風(fēng)

避免產(chǎn)生高風(fēng)速、高風(fēng)壓及渦流的建筑布局，如：當(dāng)建筑群內(nèi)的一棟建筑遠(yuǎn)高于其他建筑時，該棟建筑將受到強(qiáng)烈的下沖氣流，這將大大加速建筑耗能；在高層住宅排列布局時，在冷風(fēng)迎風(fēng)面減少其中一棟，這種空地帶來的下沖氣流也將增大風(fēng)速風(fēng)壓，加速建筑熱損失，均應(yīng)盡量避免。

3 單體設(shè)計

3.1 建筑體型

建筑體型應(yīng)以簡潔規(guī)整為優(yōu)，建筑體型越簡單，其外表面積越小，熱交換量越小，冷負(fù)荷越小，也就是說建筑體形系數(shù)系數(shù)越小，耗能越少。研究表明，體形系數(shù)每下降0.01，耗熱量指標(biāo)將減少2.5%。為減少冬季室內(nèi)熱能的損失，應(yīng)正確處理建筑形式與節(jié)能的關(guān)系，盡量避免復(fù)雜多變的建筑輪廓。

3.2 平面設(shè)計

高層居住建筑應(yīng)盡量選擇方整規(guī)矩的平面方案，減少凸凹變化，同時在設(shè)計時考慮溫度分區(qū)，根據(jù)使用功能合理布置房間，將熱環(huán)境質(zhì)量要求較高的房間如臥室、起居室等布置在南向，使其容易保持室內(nèi)較高溫度；將熱環(huán)境質(zhì)量要求較低的房間如衛(wèi)生間、廚房、儲藏間等布置在北向。套內(nèi)每個房間都應(yīng)有直接對外的窗戶，房間門窗應(yīng)盡量相對設(shè)置，為自然采光和夏季組織穿堂風(fēng)創(chuàng)造條件，形成自然通風(fēng)，降低夏季能耗以改善室內(nèi)的微氣候。

避免在南向設(shè)置陽臺對冬季日照造成遮擋，可設(shè)置封閉陽臺、陽光房等空間，既能阻隔冷空氣作為過渡空間，又能豐富居住空間靈活使用；或者可將陽臺設(shè)置在對冬季日照影響較小的東西北向。

4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 門窗節(jié)能設(shè)計

門窗是建筑熱傳導(dǎo)、熱交換最敏感、最活躍的部位，是傳統(tǒng)墻體熱損失的5～6倍，門窗能耗約占整個住宅建筑耗熱量的50%，因此，外門窗節(jié)能極其重要?！秶?yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》對不同朝向的住宅窗墻比做了嚴(yán)格規(guī)定，北向、東西向、南向的窗墻面積比分別不應(yīng)超過0.25、0.3、0.45。應(yīng)根據(jù)房間功能，將窗墻面積比控制在合理范圍內(nèi)，盡量減小北側(cè)開窗面積來降低熱量損失。

提高外門窗的氣密性，可減少室外冷熱空氣滲透。如采用密封膠條減少窗扇與窗口、窗扇與玻璃之間的縫隙，采用保溫砂漿或發(fā)泡密封膠等材料填充窗框與墻體間的縫隙，提高氣密性、水密性及抗風(fēng)壓性能，達(dá)到《建筑外門窗氣密、水密、抗風(fēng)壓性能分級及檢測辦法》的規(guī)范要求：氣密性能不低于6級，水密性能不低于3級，抗風(fēng)壓性能不低于5級。

采用熱阻大、能耗低的節(jié)能材料制造的新型保溫節(jié)能門窗，來提高其熱工性能，如斷熱橋鋁合金框材等，同時注意玻璃的選材，嚴(yán)寒地區(qū)住宅可采用雙層或三層玻璃，或在玻璃上覆膜來提高熱工性能，隨著科技的發(fā)展，越來越多的新型節(jié)能玻璃不斷涌現(xiàn)，在造價允許的條件下應(yīng)積極采用。

4.2 外墻節(jié)能設(shè)計

墻體的耗熱量占建筑采暖熱耗的30%以上，墻體傳熱系數(shù)越大，節(jié)能效果越好。增加外墻保溫是重要的節(jié)能措施，外墻保溫的主要方式有：外墻外保溫、外墻內(nèi)保溫、夾心保溫。在嚴(yán)寒地區(qū)，外墻外保溫可保護(hù)主體結(jié)構(gòu)、延長建筑使用壽命、基本消除“熱橋”影響、不損失室內(nèi)面積等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高層住宅。

改善外墻砌體的保溫隔熱性能也有利于節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，可采用新型節(jié)能磚，如加氣混凝土、空心磚、空心砌塊等，使其同時具有保溫、隔熱、維護(hù)、承重功能；也可就地取材，利用當(dāng)?shù)爻霎a(chǎn)的粉煤灰、火山渣、浮石或工業(yè)廢料作為輕骨料，生產(chǎn)多孔輕質(zhì)砌塊。

4.3 屋頂節(jié)能設(shè)計

屋頂耗熱量約占整個住宅建筑耗熱量的7%～8%，有數(shù)據(jù)表明：夏季頂層室內(nèi)的溫度要比其他層高3℃左右，因此，屋面的保溫隔熱也不容忽視。高層住宅屋面主要由結(jié)構(gòu)層、保溫層、防水層組成。減少屋頂能耗的關(guān)鍵在于屋面保溫層的材料選擇。目前，屋面隔熱保溫材料主要有膨脹聚苯板（EPS）、擠塑聚苯板（XPS）、聚氨酯發(fā)泡材料、聚苯復(fù)合材料、酚醛樹脂復(fù)合材料等。

綜上所述，嚴(yán)寒地區(qū)高層住宅建筑節(jié)能是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它不僅與建筑的規(guī)劃、設(shè)計密不可分，而且還涉及到許多其他因素，包括新工藝、新材料、新技術(shù)的應(yīng)用，只有對它們進(jìn)行綜合考慮、綜合設(shè)計，在設(shè)計源頭做到總體節(jié)能設(shè)計，才能更好地達(dá)到節(jié)能目的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王立雄.建筑節(jié)能[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[2] 付祥釗.建筑節(jié)能技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002

[3] 孫成建.外墻外保溫技術(shù)措施的探討[J].住宅科技，2007.