論嶺南地區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計的探索與運用

潘裕盈

（廣東省建科建筑設(shè)計院有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

2022年3月，住建部印發(fā)的“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃明確2025年前完成以下目標：對既有建筑進行的節(jié)能改造面積達到3.5億m2以上，城鎮(zhèn)新建建筑全面建成綠色建筑，建設(shè)發(fā)展圍繞“綠色、低碳、循環(huán)”為核心，為實現(xiàn)碳達峰奠定基礎(chǔ)。這項政策，標志著“綠色”、“節(jié)能”將成為建筑設(shè)計的重中之重，如何科學(xué)有效、經(jīng)濟適用地進行建筑節(jié)能設(shè)計將是本文重點闡述的內(nèi)容。

建筑節(jié)能指的是在建筑的規(guī)劃、設(shè)計、建（改）造和使用中，采用節(jié)能材料、技術(shù)、設(shè)備等方式提高隔熱保溫性能，在保證室內(nèi)舒適性的前提下，減少熱水供應(yīng)、供熱供暖、空調(diào)制冷制熱、照明使用的能耗。在日常的工作生活場景中，完備的建筑物保溫措施能縮短空調(diào)制冷及供暖全年使用天數(shù)，降低使用強度；門窗尺寸與形式的合理設(shè)計，能有效改善室內(nèi)的通風(fēng)和采光，減少新風(fēng)系統(tǒng)的安裝或使用，縮短使用空調(diào)降溫時長，減少和縮短照明的強度和使用時長。

本文以嶺南地區(qū)的建筑為主要研究對象。嶺南地區(qū)以南嶺（五嶺）為分界線，南嶺以南即為嶺南。南嶺為江西、湖南、廣東、廣西四省邊界的一條東北-西南走向的山脈，山脈海拔800～2000m。冬季我國天氣受西伯利亞高壓控制，冷空氣從蒙古高原南下，至南嶺受阻，使得嶺南地區(qū)冬季氣候溫和；地處亞熱帶地區(qū)（部分位于熱帶地區(qū)）沿海，夏季受季風(fēng)和海洋暖濕氣流影響，導(dǎo)致夏季炎熱，雨量充沛。總的來說，嶺南地區(qū)幾乎無冬，常年氣溫高且濕度大，溫差小，太陽輻射強烈，降水充沛。在節(jié)能設(shè)計地域劃分上，嶺南地區(qū)按照節(jié)能設(shè)計標準的地域劃分屬于夏熱冬暖地區(qū)，南區(qū)可不考慮冬季采暖，北區(qū)需兼顧冬季采暖。

1 規(guī)劃與建筑空間布局對節(jié)能的影響

嶺南地區(qū)長夏無冬，炎熱潮濕，建筑的規(guī)劃和設(shè)計需要重點關(guān)注通風(fēng)散熱。該地區(qū)夏季盛行東南風(fēng)和西南風(fēng)，在設(shè)計上應(yīng)充分利用沿海地區(qū)風(fēng)力資源，采用自然通風(fēng)形式改善地區(qū)熱環(huán)境。建筑布局宜順應(yīng)主導(dǎo)風(fēng)向，南北布置，成組建筑物應(yīng)合理設(shè)置建筑位置及樓距，樓棟布局上交錯排列能使房間獲得最大的自然采光和通風(fēng)，這對小區(qū)住宅來說尤為重要。建筑群應(yīng)整體布局，連續(xù)面長度按照規(guī)范設(shè)計不得過長，不僅增強外立面的美觀程度，更能促進通風(fēng)導(dǎo)風(fēng)，增加區(qū)域舒適度，強化建筑通風(fēng)節(jié)能效果。在建筑平面布局中，盡可能將主要用房設(shè)置在通風(fēng)良好，采光充足的朝向，增加室內(nèi)的宜居性，減少對空調(diào)、照明的使用[1]。

建筑物體形系數(shù)對建筑物保溫性能有一定影響，在冬季室內(nèi)外溫差較大的北區(qū)需要考慮建筑的體形系數(shù)，少采用復(fù)雜造型，以減少外圍護結(jié)構(gòu)傳熱損失對室內(nèi)保溫節(jié)能的影響。根據(jù)這一點，一些存在部分架空或二層及以上局部突出的建筑，其挑空樓板常以鋼筋混凝土為主要材料，鋼筋混凝土傳熱系數(shù)高，挑空樓板需額外增加保溫措施，以減少室內(nèi)溫度散失。

2 圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計

外圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計是建筑節(jié)能的重要組成部分。建筑室內(nèi)空間的舒適程度，取決于室外氣候與外圍護結(jié)構(gòu)的性能。本篇將著重從建筑外圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計入手，羅列在建筑設(shè)計中減少能耗，促進節(jié)能的方法。

2.1 外墻

外墻材料的選擇對建筑節(jié)能有重要的影響，墻體自保溫隔熱成為趨勢，加氣混凝土、陶?；炷量招钠鰤K等多孔材料的應(yīng)用也愈加廣泛。在實際的工程項目當中，框架建筑外墻填充墻通常采用加氣混凝土砌塊。加氣混凝土砌塊（B07）密度為700kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.180W/（m·K），抗壓強度等級為5MPa，燃燒等級A級。這種材料輕質(zhì)，密度是普通混凝土的1/5，可以減輕建筑自重，降低建筑造價；材料內(nèi)部為多孔結(jié)構(gòu)，起到墻體自保溫的作用；多孔結(jié)構(gòu)同時具有一定吸聲能力，滿足普通房間的使用需求，能有效減少造價，降低施工難度，縮短施工時長。

一些特殊建筑，例如監(jiān)獄、戒毒所等具有監(jiān)管性質(zhì)的建筑要求外墻采用實心墻體，如灰砂磚［導(dǎo)熱系數(shù)1.100W/（m·K）］、鋼筋混凝土［導(dǎo)熱系數(shù)1.740W/（m·K）］等材料。這些材料密度大，導(dǎo)熱系數(shù)高，作為外墻不能滿足節(jié)能保溫要求，需增加較厚的保溫材料。

除了外墻主體外，建筑外墻面色澤也會對建筑節(jié)能效果產(chǎn)生影響，顏色越淺，光澤越好，太陽輻射吸收系數(shù)越低，建筑蓄熱能力減小，外墻內(nèi)表面溫度降低。采用表面光滑的淺色外墻磚比表面粗糙的深色外墻磚節(jié)能效果更好[2]，部分公共建筑例如辦公樓、商業(yè)大樓、酒店等建筑采用鋁板幕墻、金屬漆作為外墻材料，光澤良好，太陽輻射吸收系數(shù)低，性能比外墻飾面磚或普通涂料更突出。對于部分實心墻體的保溫如果采用常規(guī)保溫材料如?；⒅椤o機輕集料Ⅰ型等保溫砂漿可能會使保溫層厚度過大，導(dǎo)致內(nèi)墻局部增厚影響室內(nèi)空間，同時施工難度上升，產(chǎn)生難以掛漿、保溫系統(tǒng)安全性降低、面層剝落等狀況，反射隔熱涂料與內(nèi)墻保溫砂漿聯(lián)合使用能輔助降低內(nèi)保溫材料的厚度。

2.2 屋面

由于長時間接受太陽直接輻射，因此屋面是建筑受熱最強的部位之一，需要特別注重隔熱措施。建筑屋面材料的色澤決定屋面的太陽輻射吸收系數(shù)，因此宜避免選用深色粗糙材料作為屋面飾面。屋面保溫層通常采用擠塑聚苯乙烯塑料泡沫保溫板（又名XPS保溫板，密度為35.0kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)0.030W/（m·K），燃燒等級B1級），XPS保溫板保溫性能好，質(zhì)量輕，抗壓強度高，吸水性低，難燃燒，能很好地滿足屋面保溫及使用需求，被廣泛應(yīng)用在屋面、墻體、通風(fēng)管道等部位。根據(jù)嶺南地區(qū)降水量大，沿海風(fēng)速大的特點，還可以采取蓄水屋面、種植屋面、通風(fēng)屋頂?shù)雀魺嵝问剑捎靡陨戏绞叫枰嬎阄菝婧奢d，種植屋面還需計算培植土的厚度，設(shè)計種植類型。

2.3 門窗

門窗是整個建筑外圍護結(jié)構(gòu)中保溫性能最薄弱的部分，影響外窗熱工性能主要有以下兩大方面：玻璃遮陽系數(shù)和傳熱系數(shù)。玻璃遮陽系數(shù)反映是玻璃阻擋熱量向室內(nèi)輻射的能力，玻璃遮陽系數(shù)越小，節(jié)能效果越好。6mm單片普通透明玻璃的玻璃遮陽系數(shù)為0.93，外窗傳熱系數(shù)6.46W/（m2·K），雙白中空玻璃（6mm透明+12mm空氣+6mm透明）的玻璃遮陽系數(shù)為0.75，外窗傳熱系數(shù)4.00W/（m2·K）（以上外窗窗框采用鋁合金窗框，取值均為節(jié)能軟件計算值，具體需參考廠家產(chǎn)品參數(shù)），同等條件下，中空玻璃窗的傳熱系數(shù)遠低于單片玻璃窗，能有效提高玻璃的保溫性能。其次，對玻璃表面進行處理，也能大幅度降低玻璃的傳熱系數(shù)，例如吸熱玻璃、熱反射玻璃、Low-E玻璃等。Low-E玻璃作為一種新型節(jié)能鍍膜玻璃，它的金屬或化合物膜能有效阻擋透過玻璃的熱輻射，其高透可見光、高反射中遠紅外線的特點，使其成為目前最廣泛使用的節(jié)能玻璃之一。除了采用優(yōu)性能的玻璃外，提高外窗氣密性、限制窗墻比也能提高節(jié)能效果[3]。

2.4 遮陽

外窗設(shè)置遮擋設(shè)施能有效阻擋太陽熱量向室內(nèi)輻射，使室內(nèi)溫度維持在相對舒適的水平。日常生活中水平遮陽運用最為廣泛，而近年來，隨著建筑造型設(shè)計的不斷突破，不再是以往附加金屬雨篷兼具遮陽擋雨功能的方式，而是各種類型的遮陽形式融入到建筑外立面的設(shè)計當中。遮陽設(shè)施同樣也在與時俱進，作為百葉遮陽的一種，新型遮陽措施——玻璃中空百葉窗能很好滿足節(jié)能遮陽要求，它安全美觀，遮陽效果優(yōu)秀，適合有較高遮陽要求的建筑。

3 建筑節(jié)能設(shè)計在實際建筑工程中的應(yīng)用

案例一：建鑫花園一期項目（圖1）位于佛山市順德區(qū)樂從鎮(zhèn)，規(guī)劃總建筑面積為115711.58m2，包含租賃式住宅、商住樓，配備幼兒園、小學(xué)等設(shè)施。其中住宅部分采用裝配式結(jié)構(gòu)，南北朝向，建筑高度為100m，外墻為現(xiàn)澆混凝土墻。由于外墻墻體為混凝土，保溫性能較差，采用常規(guī)保溫材料無機輕集料Ⅰ型作為外墻內(nèi)保溫，經(jīng)過斯維爾節(jié)能計算軟件得出保溫層厚度需要做到30mm才能滿足節(jié)能的要求。保溫層加上找平層、面層等部分總厚度超過40mm，墻體內(nèi)表面過厚施工有難度且存在安全隱患。因此根據(jù)廠家提供的產(chǎn)品參數(shù)：隔熱膩子［導(dǎo)熱系數(shù)0.054W/（m·K）］，柔性隔熱反射涂料（外表面太陽輻射吸收系數(shù)0.16，修正后：0.32）調(diào)整方案，隔熱膩子厚度14mm能滿足節(jié)能要求。

圖1 建鑫花園一期項目鳥瞰效果

由于在臥室設(shè)置凸窗增加了大量建筑外表面積，不利于節(jié)能，需考慮如何減少通過外窗產(chǎn)生的熱量傳遞，在夏熱冬暖地區(qū)主要考慮的因素是夏季太陽直射導(dǎo)致的熱輻射過大，使室內(nèi)溫度上升過高，增加使用空調(diào)產(chǎn)生的能耗。從兩方面入手，一方面是采用性能良好的窗戶，例如采用Low-E玻璃甚至是中空Low-E玻璃，配隔熱窗框。另一方面需要增強外遮陽設(shè)施的布置。百葉遮陽在遮陽構(gòu)件中效果最佳，采用玻璃中空百葉窗能很好地滿足遮陽要求，但30多層總共1500多扇玻璃窗造價過高，最終采用以下方案：在凸窗四周設(shè)置綜合遮陽構(gòu)件，玻璃窗上窗扇作為固定扇，增加與固定扇等高百葉作為遮陽構(gòu)件，既不影響窗扇開啟，也能一定程度上起到遮陽隔熱作用。

案例二：中山大學(xué)珠海校區(qū)一號學(xué)院樓群項目（圖2）位于珠海市高新區(qū)，項目含1棟公共服務(wù)中心和2棟教學(xué)樓，規(guī)劃地上總建筑面積約為2.9萬m2。該項目依據(jù)甲方對建筑外立面的造型需求，設(shè)置了大量跨層玻璃幕墻，最高一扇玻璃幕墻橫跨1～5層，高度達21m。這樣大片的玻璃幕墻，不僅需按照消防要求在上下樓層之間設(shè)置防火封堵，還需要對節(jié)能提高重視。在造型上，裝飾構(gòu)件設(shè)計為凸出墻體，為玻璃幕墻提供了遮陽的條件，形成了綜合遮陽。外窗采用鋁合金窗框+雙白中空玻璃的形式，通過減小玻璃的遮陽系數(shù)，增強阻擋熱輻射的能力，達到節(jié)能的目的。

圖2 中山大學(xué)珠海校區(qū)一號學(xué)院樓群項目

4 從其他方面談節(jié)能

除了土建設(shè)計，節(jié)能仍存在于建筑設(shè)計的各個面面，涵蓋各領(lǐng)域，貫穿從選址規(guī)劃、土建設(shè)計、設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計、施工與安裝、以及后期交付使用整個流程。例如，在給排水設(shè)計中，優(yōu)化熱水供應(yīng)系統(tǒng)，增設(shè)回水管，減少冷水的浪費；配置相應(yīng)的減壓裝置，降低低層用戶水壓；充分利用再生水資源，用于綠化灌溉等[4]。在電氣設(shè)計中，優(yōu)化供配電系統(tǒng)及線路，降低能耗；采用節(jié)能燈具，把白熾燈替換成性能更高，節(jié)能環(huán)保的LED燈；采用節(jié)能型空調(diào)，發(fā)展太陽能技術(shù)和電氣智能系統(tǒng)，提高節(jié)能效果[5]。

5 結(jié)語

本文從建筑設(shè)計的角度，通過對建筑規(guī)劃設(shè)計、外圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計、遮陽系統(tǒng)設(shè)計等多個方面進行研究，結(jié)合實際工程案例運用，對建筑節(jié)能設(shè)計提出了探討。在新時代，為應(yīng)對全球氣候變化，響應(yīng)國家節(jié)能減排政策，實現(xiàn)2030年前碳達峰、2060年前碳中和目標，應(yīng)重視建筑節(jié)能工作的開展，優(yōu)化建筑節(jié)能設(shè)計模式，結(jié)合新型節(jié)能材料與技術(shù)，針對具體項目采取合適的節(jié)能手段。