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(xué) 土木建筑學(xué)院，廣東 江門 529020；2. 大唐國(guó)際發(fā)電股份有限公司 陡河發(fā)電廠，河北 唐山 063028）

針對(duì)南區(qū)特有的夏熱冬暖氣候，從建筑的總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)材料和體系、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能、建筑節(jié)能新技術(shù)、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(shè)計(jì)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(guó)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(guó)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(dá)國(guó)家的2～3倍. 為改變現(xiàn)狀，各級(jí)政府相繼出臺(tái)了一系列建筑節(jié)能政策和標(biāo)準(zhǔn)，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(jìn)城鄉(xiāng)建設(shè)用地集約化，大力推進(jìn)節(jié)能節(jié)水節(jié)材，加快工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域的節(jié)能降耗技術(shù)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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ75—2003）規(guī)定的南區(qū). 該區(qū)域夏季漫長(zhǎng)，太陽(yáng)高度角大，日照時(shí)間長(zhǎng)，輻射強(qiáng)烈，雨量充沛；氣溫高且濕度大，氣溫年較差和日較差均?。唤ㄖ锏哪芎闹饕糜谙募局评浣禍?，空調(diào)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng). 近年來(lái)該區(qū)域建筑的節(jié)能措施引起了學(xué)者和工程技術(shù)人員的廣泛關(guān)注[1-9]，但這些研究?jī)H限于建筑設(shè)計(jì)、或外圍護(hù)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(shí)現(xiàn)城市建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展.

1 建筑規(guī)劃及總體設(shè)計(jì)

珠三角地區(qū)的居住建筑節(jié)能應(yīng)結(jié)合本地區(qū)氣候特征，從外部空間環(huán)境構(gòu)成、建筑布局和朝向以及建筑體型等方面進(jìn)行考慮，創(chuàng)造有利于節(jié)能的微環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)中應(yīng)重視居住建筑外部熱環(huán)境對(duì)建筑節(jié)能的作用. 充分利用地勢(shì)起伏、建筑體型、高度、間距等條件，采用前后錯(cuò)列、前疏后密等方式對(duì)小區(qū)進(jìn)行規(guī)劃布局，以組織好建筑群間的自然通風(fēng)；利用綠化植被、水體減少太陽(yáng)輻射，降低建筑室外溫度，為單體建筑通風(fēng)創(chuàng)造條件；合理運(yùn)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(yīng)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(dá)到節(jié)能的目的.

1.2 合理設(shè)計(jì)建筑物的朝向和布局

良好的自然通風(fēng)可以降低室內(nèi)溫度，減少空調(diào)使用. 珠三角地區(qū)夏季盛行東南風(fēng)和西南風(fēng)，在總體布局中應(yīng)充分利用這一條件，合理設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方法，合理組織小區(qū)內(nèi)的空氣流動(dòng)，以保證整個(gè)居住區(qū)內(nèi)良好的通風(fēng)環(huán)境. 此外，由于珠三角地區(qū)太陽(yáng)高度角較大，南北朝向或接近南北朝向的建筑物冬季會(huì)有適量的陽(yáng)光射入室內(nèi)，可增加太陽(yáng)輻射熱；夏季還可以減少太陽(yáng)直射室內(nèi)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(dāng)加大房屋南窗的面積，并采用平開窗代替推拉窗對(duì)風(fēng)產(chǎn)生的導(dǎo)向作用，以利于自然通風(fēng)、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(dǎo)風(fēng)向的片墻引導(dǎo)自然風(fēng).

1.3 控制體型系數(shù)

體型系數(shù)是建筑物外表面積與其體積之比，體型系數(shù)過(guò)小，將影響建筑造型、平面布局、采光通風(fēng)等；體型系數(shù)過(guò)大，則建筑物的外表面積大，導(dǎo)致外圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 75—2003）對(duì)珠三角所在的夏熱冬暖地區(qū)的南區(qū)沒(méi)有規(guī)定體型系數(shù)限值，但是設(shè)計(jì)居住建筑時(shí)也應(yīng)在滿足建筑功能的條件下，盡量控制建筑物的體型系數(shù).

2 結(jié)構(gòu)材料和體系

鋼結(jié)構(gòu)住宅作為節(jié)能環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展的結(jié)構(gòu)體系，技術(shù)含量和產(chǎn)業(yè)化程度高、取材對(duì)環(huán)境破壞小、建筑風(fēng)格靈活豐富、戶內(nèi)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(jià)比、適合于不同氣候環(huán)境，滿足綠色節(jié)能建筑和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的要求，因此，2005年鋼結(jié)構(gòu)住宅體系被建設(shè)部納入“新的建筑業(yè)十項(xiàng)新技術(shù)”加以推廣應(yīng)用. 珠三角地區(qū)是中國(guó)改革開放的前沿，經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)，在國(guó)家政策的支持下，完全有條件在居住建筑中推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)住宅體系.

常用的鋼結(jié)構(gòu)體系有：鋼框架體系、新型抗側(cè)力體系、交錯(cuò)桁架體系、鋼框架－支撐體系等[4]. 鋼框架體系側(cè)向剛度差，用于高層建筑時(shí)經(jīng)濟(jì)性較差；新型抗側(cè)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(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)建筑物高度及水平力作用情況采用不同的抗側(cè)力體系；交錯(cuò)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(cuò)布置，該體系布置靈活、樓板跨度小、結(jié)構(gòu)自重輕、造價(jià)低. 在墻體平面內(nèi)布置由角鋼或槽鋼構(gòu)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(cè)向剛度，減少層間位移，當(dāng)房屋較高時(shí)，還比純鋼框架體系經(jīng)濟(jì).

3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能

地處夏熱冬暖地區(qū)的珠三角，夏季室內(nèi)得熱主要是太陽(yáng)輻射和圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)得熱，建筑物的能耗主要用于制冷降溫，空調(diào)的能耗占全部耗電量的1/3，且峰谷耗電達(dá)到2:1；因此，這一地區(qū)建筑節(jié)能的重點(diǎn)是提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能科技含量，降低空調(diào)能耗.

3.1 屋頂節(jié)能

珠三角地區(qū)太陽(yáng)高度角大，陽(yáng)光幾乎直射平屋頂，加上日照時(shí)間長(zhǎng)、輻射強(qiáng)度大，使得屋面溫度高，屋頂?shù)妮椛涞脽崃恳葔w的輻射得熱量大，造成頂層住宅室內(nèi)環(huán)境溫度高；因此，必須對(duì)屋頂結(jié)構(gòu)采取良好的隔熱措施，防止大量輻射熱侵入室內(nèi).

常用的屋面隔熱措施有：通風(fēng)屋面、淺色坡屋面、倒置式隔熱屋面、種植屋面. 通風(fēng)隔熱構(gòu)造做法由于屋頂女兒墻的擋風(fēng)作用，造成架空的空氣層流動(dòng)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?、抗壓性、低?dǎo)熱和抗輻射性的優(yōu)點(diǎn)，在夏熱冬暖地區(qū)的應(yīng)用有著廣闊的前景[5]80；種植屋面利用植被對(duì)太陽(yáng)能的吸收、轉(zhuǎn)化作用，降低室外熱作用而達(dá)到隔熱效果，避免了強(qiáng)烈冷、熱空氣對(duì)屋面的直接影響，減小了屋頂內(nèi)、外表面的溫度波動(dòng)幅度，改善了建筑室內(nèi)、外環(huán)境. 另外，通過(guò)遮陽(yáng)技術(shù)控制屋頂?shù)奶?yáng)輻射，也可降低近70%的屋頂傳熱負(fù)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(yáng)輻射得熱為主；因此，外窗的節(jié)能應(yīng)控制窗墻面積比，同時(shí)盡量改善玻璃的熱工性能，并減小玻璃的遮陽(yáng)系數(shù). 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(yuǎn)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(duì)外窗采取遮陽(yáng)措施，降低夏季外窗的輻射透過(guò)率，可大幅度地降低空調(diào)的能耗，還可以明顯改善自然通風(fēng)的室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量. 遮陽(yáng)玻璃與普通玻璃相比，可減少得熱70%左右. 對(duì)于珠三角地區(qū)，水平式遮陽(yáng)板適用于南向窗口；垂直式遮陽(yáng)板適用于北向窗口；綜合式遮陽(yáng)板適用于東南和西南向窗口；而擋板式遮陽(yáng)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(yáng)臺(tái)、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(shù)的應(yīng)用

建筑節(jié)能是一項(xiàng)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(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，還應(yīng)因地制宜地積極推廣發(fā)展可再生能源的使用，如太陽(yáng)能、雨水資源等.

4.1 太陽(yáng)能光熱技術(shù)

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

4.2 太陽(yáng)能光電技術(shù)

太陽(yáng)能光伏板是一種很好的可再生能源，但目前國(guó)際上光伏板發(fā)電效率偏低，在太陽(yáng)光垂直入射條件下測(cè)試的最高效率僅為15%. 該技術(shù)不適合在珠三角地區(qū)推廣，原因是：珠三角地區(qū)的太陽(yáng)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(yáng)輻射量小，導(dǎo)致發(fā)電效率更低；太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)要求建筑密度低，有足夠的空間安裝光伏板；同時(shí)光伏系統(tǒng)價(jià)格高，通常需要政府補(bǔ)貼，如在建筑密度高的珠三角地區(qū)大力推廣太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)并給予政府補(bǔ)貼，既浪費(fèi)了國(guó)家財(cái)政資源，又不能有效地促進(jìn)可再生能源利用的健康發(fā)展[11].

4.3 雨水利用技術(shù)

我國(guó)水資源短缺，節(jié)約用水有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)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(diào)蓄排放3種技術(shù)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(yīng)在建筑設(shè)計(jì)中充分運(yùn)用這一優(yōu)勢(shì)；可將回收的雨水用于景觀用水及補(bǔ)水、綠化用水、路面沖洗用水；還可把過(guò)濾或處理的雨水循環(huán)到太陽(yáng)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(guān)行政主管部門應(yīng)制定相應(yīng)的技術(shù)政策、產(chǎn)業(yè)政策和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展政策[13]，如編制與修訂住宅相關(guān)的地方標(biāo)準(zhǔn)，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(hù)的綜合性標(biāo)準(zhǔn)體系；完善和提高通用住宅部件的配套體系，形成符合模數(shù)協(xié)調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品系列，加快住宅產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程；對(duì)環(huán)保且節(jié)約資源的材料、產(chǎn)品及節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材新技術(shù)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(jìn)其工業(yè)化生產(chǎn)和普及應(yīng)用.

6 結(jié)語(yǔ)

建筑節(jié)能直接關(guān)系到國(guó)家資源戰(zhàn)略、可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)，是建筑業(yè)一項(xiàng)重要、緊迫而又艱巨的任務(wù)，應(yīng)值得全社會(huì)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(shù)不能直接照搬北方地區(qū)的做法，應(yīng)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(jīng)濟(jì)型住宅的節(jié)能設(shè)計(jì)研究：以夏熱冬暖地區(qū)經(jīng)濟(jì)型住宅節(jié)能設(shè)計(jì)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(xué)，2006, 22(4): 28-31.

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

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[13] 譚慶璉. 關(guān)于建設(shè)節(jié)能省地型住宅的幾點(diǎn)思考[J]. 土木工程學(xué)報(bào)，2005, 41(10): 1-4.

[責(zé)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(jié)構(gòu)非線性性能及建筑節(jié)能，E-mail: fengzheng403@126.com.