浅谈住宅型节能建筑的综合设计

2012-12-28于芳邓犀月

中国新技术新产品 2012年11期

于芳邓犀月

（1、沈阳市建筑设计院，辽宁沈阳 110031；2、中国中建设计集团有限公司沈阳分公司，辽宁沈阳 110016）

对于住宅型建筑而言，节能的关键体现在三个方面，一是外围护结构保温、隔热性能的改善，二是冷热源的能效比与传输系统效率的提高，三是末端用冷（热）的可调节及费用承担形式。上述三方面相互影响、相互制约，同时在不同的气候条件下节能重点及相互间的影响程度也大不相同。因此进行住宅设计时应遵循因地制宜、整体设计和过程控制的原则，结合气候、技术、经济等诸多因素进行综合设计和整体优化，才能实现节能的目标。

1 节能建筑的主要内容

一个建筑物是否达到节能标准或者是否具有节能性能，能节多少能，需要通过对该建筑物采取的技术措施进行分析、技术手段进行测试评价，其中所用材料的热工性能是最重要的评价依据。

节能建筑有五大特征：①少消耗资源；②高性能品质；③减少环境污染；④长生命用期；⑤多回收利用。

节能建筑应考虑的九大问题：①建筑的环境；②建筑的朝向；③建筑的体型问题；④建筑的面积问题；⑤建筑的物理环境问题；⑥建筑的节水问题；⑦建筑的节地问题；⑧建筑的太阳能利用问题；⑨建筑的装修问题。

节能建筑设计的基本原则和要求：①节能建筑设计应贯彻“因地制宜”的设计原则；②建筑外围护结构的热工设计应贯彻超前性原则；③建筑设计者要有社会责任感。

2 住宅型小区整体规划的重要性

在小区整体规划中，建筑物形状与布置位置不同，会导致建筑物周围的空气流动状况有很大差别。冬季寒冷地区在冬季主导风向下，若在建筑物表面形成较大风速，会使建筑散热量增加；若在建筑两侧形成较大风压，则会增大建筑物的冷风渗透，使耗热量增大10%～20%。而对大多数地区，夏季主导风向下，若建筑两侧不能形成较大的风压，则即使开窗也不会形成较好的自然通风，从而影响热环境，或增加开启空调的时间。同时，建筑物形状与排列，还与表面接受太阳日照时数及体形系数有很大关系，可使采暖需热量产生10%～20%的差别。

建筑物表面色彩与涂料性质不同亦会导致建筑能耗有的差别，以冬季接收太阳辐射并减少夜间天空辐射的热损失为主要目的时需要的措施，与以夏季减少太阳辐射得热量为目的所要求的措施完全不同，因此需根据当地的气候特点分析确定。此外，受住宅设计中建筑密度、下垫面（如道路、草地、建筑表面等）性能、建筑材料、建筑布局、绿地率和水景设施等因素的影响，住宅区室外气温有可能出现“热岛”现象，即小区气温会高于其他地方、尤其是郊区的气温的现象。“热岛”现象在夏季的出现，不仅会使人们高温中暑的概率变大，同时还促使了光化学烟雾的形成，加重污染，并增加建筑的空调能耗，无疑给人们的工作和生活带来严重的负面影响。

3 建筑整体设计的思路

从整体上说，适当的建筑体形、平面布局、色彩、窗墙比可有效实现建筑节能。而从细部设计上看，采用高效的外墙保温方式、屋顶保温隔热方式、高性能的外窗和外遮阳系统都是住宅建筑节能的重要措施。尤其对于北方采暖地区而言，这些措施是实现住宅型建筑能耗降低的关键。近年来，诸如外墙保温、高性能外窗等节能技术或产品在我国得到了一定的发展。但是，如何根据不同的气候条件，从整体设计的原则出发，合理、高效地使用、搭配各项节能部件和技术却有得到应有的重视。

例如，窗墙比对建筑能耗的影响，取决于窗与外墙之间热工性能的差异，相差越大，影响越显著。单层金属窗的夏季空调负荷是同面积244mm厚砖墙的5倍，全年能耗是36倍。窗墙比由0.4减少到0.3，每平方米建筑面积年冷暖耗电量可减少5kW·h。当采用单框双玻加热反射窗帘后，同面积窗的全年能耗只有墙的1.8倍.窗墙比由0.4减少为0.3，每平方米建筑面积减少的年采暖耗电只有1kW·h，节能效果明显下降。此外，窗墙比对建筑能耗的影响还和不同地区不同朝向的太阳辐射强度有关，北方采暖地区的结论对于其他地区并不适用。同时，与体形系数类似，窗墙比不仅影响能耗，也影响建筑立面、室内采光、通风等。窗墙比过小，建筑通风不良，自然采光不足。会增加空调与照明能耗。因此需要通过细致全面的模拟分析来优化设计，选择适当的窗墙比。

另外，在住宅节能设计过程中要注意均匀性原则的合理应用。均匀性原则又称“木桶原则”，即在资金有限的条件下，在处理影响建筑热环境的各项因素之间协调时，使其影响效果尽量均匀，趋向一致。例如在选择外墙、外窗和遮阳设施时，应在一定的投资下使各个方面的效果尽量均匀一致，而不应该选择保温性能特别良好的外墙却因为资金紧张而选用单层窗，或投入大量资金配置保温性能、密闭性能良好的外窗却不做外墙保温设计。结果往往由于围护结构最差的一个环节而影响节能的整体效果，正如木桶的盛水量是由桶壁上最短的一根木条所决定的。

对于不同的供暖方式或者空调方式，它们对墙体围护结构的热工特性要求也有所不同，因此需要从保温和蓄热两方面对墙体围护结构加以系统的分析。以供暖系统为例，传统的连续供热系统只要求墙体有较好的保温性能，即较大的热阻即可；而以削峰填谷为目的的夜间电热膜供暖方式还要求墙体具有较好的蓄热特性，即有较大的热容；相反，对于间歇供暖方式，例如煤气炉供暖方式或水系统分户调节形式，则要求较小的热容以达到“即开即热”的目的。传统的设计过程中，对住宅在冬季供暖方式下的热环境只进行静态的分析因而只强调墙体保温的重要性。随着供暖方式的多样化，围护结构的热工动态特性对供暖系统节能的影响也越来越重要。

在夏季，由于室内外环境平均温度的差别不如冬季明显，因此对墙体围护结构的保温性能的要求相对降低。另一方面，由于各种影响建筑热环境的扰量的动态变化、空调系统的间歇运行、利用昼夜电价差削峰填谷的蓄冷空调方式，或者是采用夜间通风降温方式等，都对墙体围护结构的蓄热性能提出更多的要求。因此需要从能源、环境、经济等多方面与冬季统筹考虑，具体分析，以期达到最优的效果。需要注意的是，对于夏热冬冷地区和夏热冬暖地区，由于室外日均温与热舒适要求的室温差别并不太大，因此外墙保温并非十分重要，而通风、外窗及外墙的遮阳、外窗的光学透过性能等，反而是影响室内热状态和采暖空调能耗的主要因素，因此不可不顾气候差异而简单地推广外墙保温。屋顶的保温及其他隔热措施对低层和多层建筑顶层房间的能耗也有很大影响。仅改进屋顶一项措施，一般可使顶层房间采暖空调能耗降低一半。但是同样值得指出的是，以减少夏太阳得热为主要目的的炎热地区与减少冬季屋顶散热、但希望更多地获得太阳辐射的寒冷地区所要求的措施完全不同。