陳宜瑜 張 為

隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展,建筑能耗逐年大幅度上升,已成為中國(guó)能源消費(fèi)的主體之一。建筑節(jié)能,尤其是居住建筑的節(jié)能研究在能源危機(jī)面前尤為迫切。目前,各國(guó)對(duì)居住建筑節(jié)能進(jìn)行了深入研究,在眾多節(jié)能手段的探討與研究中,研制節(jié)能建筑材料,采用新工藝,新型保溫門窗,以及利用新型能源等受到了較多的關(guān)注。然而,建筑整體設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的節(jié)能效應(yīng)長(zhǎng)期以來(lái)被人們所忽視,包括選址、規(guī)劃布局、建筑體型等一系列被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)手段,對(duì)于居住建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)而言,以上諸方面是十分重要且亟待解決的研究領(lǐng)域。

1 夏熱冬冷地區(qū)氣候特征與居住熱環(huán)境狀況

夏熱冬冷地區(qū)是我國(guó)人口最密集,經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度最快的地區(qū),該地區(qū)每年炎熱季節(jié)有3個(gè)～4個(gè)月,寒冷天氣有2個(gè)～3個(gè)月,最熱天氣溫可達(dá)41℃,最冷天氣溫可降至-18℃,而且濕度高達(dá)70%～80%,形成夏季悶熱,冬季濕冷的氣候特點(diǎn)。該地區(qū)的建筑節(jié)能過去一直是被忽視的問題,夏季主要是采用自然通風(fēng)作為降溫的主要手段,冬季基本上不采暖。根據(jù)建設(shè)部的建筑節(jié)能發(fā)展目標(biāo)規(guī)定,該地區(qū)民用建筑從2000年開始執(zhí)行建筑熱環(huán)境及節(jié)能標(biāo)準(zhǔn),2005年重點(diǎn)城鎮(zhèn)開始成片進(jìn)行建筑熱環(huán)境及節(jié)能改造,2010年起各城鎮(zhèn)開始成片進(jìn)行建筑熱環(huán)境及節(jié)能改造。

2 夏熱冬冷地區(qū)建筑節(jié)能研究的現(xiàn)狀

我國(guó)從20世紀(jì)80年代中期開始重視建筑節(jié)能工作,1996年頒布的《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住建筑部分)》要求節(jié)能率達(dá)到50%。夏熱冬冷地區(qū)建筑節(jié)能的研究與以前采暖地區(qū)建筑節(jié)能的研究是不可分割的,采暖地區(qū)建筑節(jié)能研究為夏熱冬冷地區(qū)建筑節(jié)能研究創(chuàng)造了有利條件。20世紀(jì)90年代中后期正式提出夏熱冬冷地區(qū)的建筑節(jié)能問題,2001年頒布JGJ 134-2001夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3 夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能整體設(shè)計(jì)

1)選址。

坡地選址可分為在山頂、山腰、山腳三種情況。理想的建筑選址是向陽(yáng)的山腰位置。在山頂(一般很少有在山頂選址的居住區(qū)實(shí)例)的建筑在冬季受風(fēng)的影響較大,但有利于夏季的通風(fēng)散熱,而且視野開闊、日照充足。所以夏熱冬冷地區(qū)坡地選址優(yōu)先考慮夏季自然通風(fēng)和冬季太陽(yáng)得熱。

2)朝向。

規(guī)劃朝向(大多數(shù)條式建筑的主要朝向)與夏季盛行風(fēng)方向的角度最好控制在30°～60°之間。

夏熱冬冷地區(qū)最惡劣的建筑室內(nèi)熱環(huán)境是夏季的東、西曬和頂曬(在被動(dòng)條件下);另外此地區(qū)夏季室內(nèi)過熱的主要原因是從窗戶進(jìn)入室內(nèi)的大量太陽(yáng)熱輻射;好的規(guī)劃朝向可以使建筑更多的房間朝向南向,充分利用冬季太陽(yáng)輻射熱,節(jié)約采暖能耗;也可以減少建筑東、西向的房間,減弱夏季太陽(yáng)輻射熱的影響,節(jié)約制冷能耗。在一些建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)師為強(qiáng)調(diào)圍合感,犧牲幾棟建筑的朝向(不采用南向或接近南向)并圍合布置。事實(shí)上,圍合感不是在天空中俯瞰大地,而是在地面上感受周圍建筑。所以在通過建筑組合形成圍合感的同時(shí),宜盡可能不犧牲建筑的朝向[2](見圖1)。

3)間距與布局。

日照間距與建筑的高度和兩建筑之間的距離有關(guān),從居住區(qū)規(guī)劃的角度考慮,建筑的高度與建筑之間的距離又與規(guī)劃的容積率和建筑占地率有關(guān)。建筑占地率越小,綠化率就可以越大,容積率越小,每戶享受綠化面積也就可以越大。所以間距大小不僅與住戶獲得日照的情況緊密相關(guān),還由于與之相關(guān)的容積率和建筑占地率的關(guān)系,反映住戶享受綠化節(jié)能效果的情況。

從節(jié)能角度考慮,夏熱冬冷地區(qū)居住區(qū)規(guī)劃的布局形式主要是在夏季獲得良好的自然通風(fēng)。其設(shè)計(jì)手法大致可包括(假定規(guī)劃的居住小區(qū)四面為城市道路):a.布局不宜封閉夏季盛行風(fēng)的入風(fēng)口;b.南面臨街不宜采用過長(zhǎng)的條式多層(特別是條式高層);c.東、西臨街不宜采用條式多層或高層,這樣不但住宅單體的朝向不好,而且影響進(jìn)風(fēng),宜采用點(diǎn)式或條式低層(作為商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)等非居住用途);d.周邊式布局不利于夏季通風(fēng),如將東、西和南面的條式建筑底層架空,可起到一定的彌補(bǔ)作用;e.建筑高度宜南低北高,北面臨街的建筑可采用較長(zhǎng)的條式多層甚至是高層(可以提高容積率,又不影響本居住區(qū)的日照間距);f.非臨街建筑的組合宜采用錯(cuò)列式,使通風(fēng)(道路)通而不暢。

4)綠化。

建筑節(jié)能與建筑所處環(huán)境關(guān)系密切。綠化可有效地改善居住區(qū)的熱微環(huán)境,水面也具有明顯調(diào)節(jié)熱環(huán)境的功能。

由于樹冠的大小和特征不同,所以無(wú)論是在調(diào)節(jié)熱微氣候方面,還是在改善室外空氣質(zhì)量方面,都是喬木的效果最好,灌木次之,草地最差。因此居住區(qū)綠化在保證綠化率的同時(shí),應(yīng)盡可能多栽植喬木和灌木?？梢猿浞掷酶鞣N條件進(jìn)行綠化,屋頂綠化和墻面綠化(主要是指攀緣植物)不但有助于改善居住區(qū)室外熱微氣候,而且對(duì)建筑也有極好的保溫隔熱效果。

建筑綠化環(huán)境設(shè)計(jì)又可分為平面環(huán)境設(shè)計(jì)和立體環(huán)境設(shè)計(jì),平面綠化在建筑中有屋面綠化和地面綠化。

5)體型。

建筑體型可分為單一體型和復(fù)合體型[3]。建筑體型常采用的連接方式有:形體直接連接或咬接、兩個(gè)形體之間加通廊連接和兩個(gè)形體之間加連接體連接等方式。

常見的居住建筑平面體型有:一字形、工字形、L形、Z形、T 形、Y 形、U 形、山形、長(zhǎng)方形或周邊形(“口”形),還有“王”形等。

合理地選擇建筑的平面體型,是組織自然通風(fēng)的重要措施。體型系數(shù)是影響建筑耗能水平的重要因素,體型系數(shù)越小,耗熱量越小,即越節(jié)能。體型系數(shù)小的建筑體型稱為節(jié)能體型。建筑師在設(shè)計(jì)過程中盡量選擇最佳節(jié)能體型。

6)自然通風(fēng)與居住建筑節(jié)能。

自然通風(fēng)是利用室內(nèi)外溫差造成的熱壓和風(fēng)吹向建筑物而在不同表面上造成的風(fēng)壓差來(lái)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)換氣的。自然通風(fēng)的效果往往是兩者共同作用的結(jié)果。

熱壓主要取決于室內(nèi)外空氣溫差和進(jìn)出氣口的高度差。解決熱壓?jiǎn)栴}可通過空間布局、門窗洞口的合理設(shè)計(jì),建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的低窗與高窗相結(jié)合,增加進(jìn)出氣口的高差,熱空氣上升,經(jīng)由高窗排出,涼爽的空氣由低矮的洞口進(jìn)入室內(nèi),這就是常見的煙囪效應(yīng)。

自然通風(fēng)在建筑中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:a.增加室內(nèi)外的溫差;b.加速室內(nèi)空氣流動(dòng)。

7)太陽(yáng)輻射。

我國(guó)夏熱冬冷地區(qū)普遍熱濕,隔熱的內(nèi)容包括太陽(yáng)輻射熱和空氣熱。就空氣熱而言,空調(diào)房間室內(nèi)外平均溫差一般為5℃左右,然而在太陽(yáng)輻射下,室外綜合溫度大大高于空氣溫度,室內(nèi)外平均溫差高達(dá)10℃以上。因此隔熱的主要內(nèi)容是太陽(yáng)輻射,利用太陽(yáng)輻射的方位特性可以優(yōu)化建筑體型設(shè)計(jì)使其有利于隔熱。

從建筑冬季日照和夏季防熱綜合考慮,南向是建筑最佳朝向。對(duì)于南北向長(zhǎng)方體形建筑,存在一個(gè)最佳的長(zhǎng)寬比和高寬比,使得建筑外表面所得太陽(yáng)輻射量很少。這種最佳尺寸與夏季日照有關(guān),鑒于我國(guó)大部分地區(qū)7月最熱,因此以7月大暑日確定建筑的最佳尺寸較為合理。對(duì)于防太陽(yáng)總輻射,建筑的最佳尺寸較小。對(duì)于防太陽(yáng)直接輻射,建筑的最佳尺寸較大。在指導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)時(shí),建議以相對(duì)總輻射量小于0.98,相對(duì)直接輻射量小于0.85作為建筑長(zhǎng)寬比和高寬比的確定范圍。對(duì)我國(guó)大部分熱濕地區(qū),推薦建筑的長(zhǎng)寬比為1.8～2.6,高寬比為1.9～3.3。

4 結(jié)語(yǔ)

1)提高群眾的節(jié)能意識(shí)。節(jié)能建筑的普及,關(guān)鍵在于人們觀念意識(shí)的變化,應(yīng)通過宣傳教育等方式換取社會(huì)與民眾的共識(shí),改變以往只考慮局部利益的功利思想,對(duì)節(jié)能建筑的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),從專業(yè)的角度出發(fā),建立可比條件,對(duì)節(jié)能投資與節(jié)能收益進(jìn)行權(quán)衡,分析建筑節(jié)能的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益。2)利用新材料、新技術(shù)。我們已經(jīng)跨入一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的新世紀(jì),新材料、新技術(shù)在飛速的向前發(fā)展。建筑作為生活的物質(zhì)產(chǎn)品,每一步的變革和發(fā)展都伴隨著新材料、新技術(shù)的運(yùn)用。建筑節(jié)能的前提是高技術(shù)。3)法律、法規(guī)的支撐。加強(qiáng)建筑節(jié)能的法制建設(shè),加強(qiáng)建筑節(jié)能的行政執(zhí)法和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作,做到有法可依,依法嚴(yán)格監(jiān)督管理;在建筑節(jié)能立法中,本著逐步推進(jìn)、重點(diǎn)先行的原則,建立和完善建筑節(jié)能法規(guī)體系。

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

[2] 祝金良.建筑節(jié)能設(shè)計(jì)探討[J].山西建筑,2007,33(14):236-237.