汪進波

(中國建筑西南設(shè)計研究院，四川成都610081)

能源是人類生存和發(fā)展最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。人類現(xiàn)在應(yīng)用能源主要是煤炭、石油和天然氣等化石能源，它們對人類的生存和發(fā)展起著重大作用，人類靠其取得了輝煌的經(jīng)濟和科技，文化的進步。但是隨著消費的增長，世界能源消耗量不斷增長，加之資源分布的不均衡，嚴峻的形勢促使人們意識能源問題的嚴重性和長期性。建筑能耗作為能源消費構(gòu)成的重要部分，在發(fā)達國家已占到能源消耗總量的35%～40%，在我國已經(jīng)占到能源消耗總量的25%以上。因此，建筑節(jié)能設(shè)計研究成為了我國目前亟待深入研究的課題，對于推進建筑節(jié)能的深入發(fā)展對保證能源安全、減少溫室氣體排放、保護大氣環(huán)境及生態(tài)環(huán)境、節(jié)約土地資源、提高人民群眾的生活水平都具有重要意義。

1 現(xiàn)階段的建筑節(jié)能設(shè)計理念

建筑的節(jié)能設(shè)計是長期的、持續(xù)的和發(fā)展的過程，不是絕對，一次就可以達到最理想的狀態(tài)。針對我國建筑節(jié)能工作發(fā)展狀況，就現(xiàn)階段的建筑節(jié)能設(shè)計提出以下設(shè)計理念。

(1)重視氣候環(huán)境因素，爭取有利條件，避免不利因素，使建筑盡可能順應(yīng)自然，滿足人們對建筑室內(nèi)環(huán)境的需求，在方案初應(yīng)為建筑今后運行過程中的節(jié)能創(chuàng)造條件。根據(jù)不同地區(qū)的氣候特點決定建筑節(jié)能設(shè)計，要重視通風(fēng)和采光，對建筑的熱穩(wěn)性設(shè)計要兼顧氣候因素和建筑采暖和空調(diào)系統(tǒng)的運行特點。

(2)針對現(xiàn)有常規(guī)設(shè)計、常規(guī)材料及構(gòu)造在能耗上的薄弱環(huán)節(jié)進行改進，使建筑在經(jīng)濟條件許可的條件下適度超前。

(3)在設(shè)計實踐中貫徹節(jié)能設(shè)計思想，關(guān)注新技術(shù)發(fā)展，循序漸進地向無污染、超低能耗的建筑發(fā)展。

2 建筑平面節(jié)能設(shè)計

建筑節(jié)能設(shè)計需要從整體設(shè)計和建筑單體兩個方面入手。建筑節(jié)能整體設(shè)計又可以分為選址、建筑布局、建筑朝向、建筑通風(fēng)和太陽輻射幾個方面。

(1)在建筑的選址上，首先要爭取日照。人類生存、身心健康、熱工效率均與日照有著密切的關(guān)系。對于居住內(nèi)部空間而言，爭取日照包括爭取更長的日照時數(shù)、更多的日照量和更好的日照質(zhì)量三個方面。在住宅的建筑設(shè)計中，基地應(yīng)選擇在向陽的地段?！白背稀笔俏覈狈矫窬拥慕ㄖ蚨ㄊ?，對于嚴寒和寒區(qū)住宅朝向，應(yīng)以南北向為主，這樣可使每戶均有主要房間朝南，對爭取日照有利。為了滿足要求的日照間距，各地區(qū)應(yīng)該針對所處地理緯度、日照衛(wèi)生標準及城市環(huán)境條件而確定的日照距標準。冷空氣對建筑物圍護體系的風(fēng)和冷風(fēng)滲透均對建筑物冬季防寒保溫帶來不利的影響，尤其嚴寒和寒冷地區(qū)，住宅建筑應(yīng)該選擇避風(fēng)基址建造，采用錯列布局避免“風(fēng)影效應(yīng)”，以建筑物圍護體系不同部位的風(fēng)壓分圖作為進行圍護體系的建筑保溫、建筑節(jié)能設(shè)計、開設(shè)各類門洞口和通風(fēng)口的設(shè)計依據(jù)。

(2)建筑的布局，首先要有合理的選址和規(guī)劃。充分考慮住區(qū)的總體布局，做不同體量、不同角度、不同間距、不同道路走向的建筑物的組合，充分利用自然通風(fēng)和日照，以產(chǎn)生不同的熱量需耗(冬季)和熱量盈余(夏季)。住區(qū)道路的不同走向?qū)︼L(fēng)向和風(fēng)速有明顯的影響，住宅群和道路之間多為速度較小、方向豎直的管狀氣，很難穿越建筑物，所以必須考慮住宅群體的形狀與體量的組合和布局，使住宅高層、低層錯落排列，并利用道路和植被，形成氣流動和自然通風(fēng);使建筑物冬天可保持室內(nèi)熱量，避免冷風(fēng)滲透，到夏季則形成穿堂風(fēng)，達到自然通風(fēng)和降溫。利用建筑的布局，形成優(yōu)化微氣候的良好界面，也就是建立一個小型組團的自然——人工生態(tài)平衡系統(tǒng)，以有利于節(jié)能。

(3)建筑朝向?qū)δ芎牡挠绊懸彩禽^大的。正東、正西的房屋同正南的房屋相比，全年綜合耗電量大約相差20%。在住宅設(shè)計中，坐北朝南似乎已成為一種定律，戶戶朝南又是房產(chǎn)商的招牌售房口號，但這種做法不一定與當?shù)氐奶柸肷浣呛椭鲗?dǎo)風(fēng)向存在因果關(guān)系，理想的日照方向有時恰恰是最不利的通風(fēng)方向。朝向選擇需要考慮的因素有:一是冬季能有適量并具有一定質(zhì)量的陽光射入室內(nèi)，炎熱季節(jié)盡量減少太陽直射室內(nèi)和外墻面;二是夏季有良好的通風(fēng)，冬季避免冷風(fēng)吹襲。由于冬夏季太陽入射角的差別和朝夕日照陰影的變化，我們應(yīng)利用合理的朝向，使建筑在夏季盡量避開南向烈日的炙烤，而冬季爭取盡可能多的溫暖陽光，使建筑獲得冬暖夏涼的宜人室內(nèi)環(huán)境。

(4)建筑通風(fēng)應(yīng)多考慮自然通風(fēng)。自然通風(fēng)是當今節(jié)能建筑所普遍采用的一項比較成熟而廉價的技術(shù)措施。采用自然通風(fēng)方式的根本目的就是取代(或部分取代)傳統(tǒng)空調(diào)制冷系統(tǒng)，主要是利用室內(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)壓差來實現(xiàn)通風(fēng)換氣的，熱壓主要取決于室內(nèi)外空氣溫差和進出氣口的高度差。解決熱壓問題可通過空間布局、門窗洞口的合理設(shè)計，建筑設(shè)計中應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的低窗與高窗相結(jié)合，增加進出氣口的高差，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)為:增加室內(nèi)外溫差;加速室內(nèi)空氣流動。

建筑物所處的室外環(huán)境并不是只與室外氣溫有關(guān)，還與太陽輻射、風(fēng)、雨等有關(guān)，其中太陽輻射是主要因素，建筑的外立面由于朝向不同其得到(或失去)的太陽能量也不同。冬季輻射得熱，南立面與北立面相差甚大。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。對于南北向長方體形建筑，存在一個最佳的長寬比和高寬比，使得建筑外表面所得太陽輻射量很少。

建筑整體布局滿足節(jié)能要求的同時，單體建筑設(shè)計也是節(jié)能設(shè)計的關(guān)鍵，因為建筑單體形式的多樣性和建筑功能的復(fù)雜性，不同類型的單體建筑的節(jié)能設(shè)計又應(yīng)采取不同的方法與措施。

3 建筑立面的節(jié)能設(shè)計

進行建筑立面的節(jié)能設(shè)計，首先需要確定合適的窗墻比。窗墻面積比對建筑能耗的影響，主要取決于窗與外墻之間熱工性能的差異，相差越大，影響越顯著。窗墻面積比不僅影響能耗，也影響建筑立面效果、室內(nèi)采光、通風(fēng)等。但減少窗戶能耗的根本途徑，不是減少窗墻面積比，而是利用高新科技、大幅度提高窗的熱工性能。其次，建立良好的立面遮陽設(shè)施，立面遮陽設(shè)計不僅僅是遮陽構(gòu)造設(shè)計，還可綜合利用陽臺、外廊等建筑構(gòu)件以及垂直綠化、遮陽樹木取得綜合遮陽效果，使立面遮陽設(shè)計與立面形態(tài)處理有機結(jié)合起來。

在建筑單體節(jié)能設(shè)計中，最重要的就是圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計。

(1)屋頂?shù)墓?jié)能設(shè)計。對多層和高層建筑而言，屋頂在整個外圍護結(jié)構(gòu)中所占比例較小，因此通過它的熱量損失也較小，但是對頂層住戶而言，屋頂溫度對室內(nèi)溫度的影響最顯著，因此，有必要對屋頂?shù)谋馗魺嵝阅芙o予足夠的重視。除了增厚屋面保溫材料層的厚度之外，在南方地區(qū)，還要采取架空屋面、種植屋面等隔熱的措施以減小屋頂?shù)奶栞椛涞臒帷?/p>

(2)建筑外墻的節(jié)能設(shè)計。多年以來，我國建筑墻體一般采用單一材料，如空心砌塊墻體、加氣混凝土墻體等。單一材料導(dǎo)熱系數(shù)大，一般為高效保溫材料的20倍以上。由于建筑節(jié)能的需要(住建部將出臺強制性規(guī)定)，現(xiàn)行《建筑物外墻外保溫技術(shù)規(guī)程》規(guī)定己不能滿足保溫隔熱的要求，并已逐漸被新型的復(fù)合墻體所替代。這種復(fù)合墻體主要通過在墻體主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加一層或幾層復(fù)合的絕熱保溫材料來改善整個墻體的熱工性能。復(fù)合墻體能夠很好地發(fā)揮兩種材料的長處，既不會使墻體過厚，又能承重，保溫效果又好，因此，發(fā)達國家新建建筑已基本上采用了此種方式。我國要達到節(jié)能50%的要求，除部分采用加厚的加氣混凝土單一墻體外，使用復(fù)合墻體將是大勢所趨。根據(jù)復(fù)合材料與主體結(jié)構(gòu)位置的不同，分為外墻內(nèi)保溫技術(shù)、外墻外保溫技術(shù)及夾心保溫技術(shù)。對復(fù)合墻體保溫，應(yīng)大力推廣外墻外保溫技術(shù)。

(3)節(jié)能門窗設(shè)計。節(jié)能型建筑門窗是指達到現(xiàn)行節(jié)能建筑設(shè)計標準的門窗。凡是門窗的保溫隔熱性能(傳熱系數(shù))和空氣滲透性能(氣密性)兩項物理性能指標，達到或高于所在地區(qū)《民用建筑節(jié)能設(shè)計標準(采暖居部分)》及其各省、市、區(qū)實施細則技術(shù)要求的建筑門窗統(tǒng)稱為節(jié)能門窗。節(jié)能門窗可以是單層窗，也可以是雙層窗，在高緯度嚴寒地可采用三層窗。一般而言，窗戶的傳熱系數(shù)要遠大于墻體的傳熱系數(shù)，所以盡管窗戶在外圍護表面中占的比例不如墻面大，但通過窗戶的傳熱損失卻有可能接近甚至超過墻體。窗戶的保溫隔熱性能要從三個方面著手來提高。首先是玻璃，玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)很大，薄薄的一層玻璃熱量很容易流出或流入，因此必須考慮采用雙層玻璃、中空玻璃、低輻射玻璃等保溫性能較好的玻璃來做窗戶。其次窗戶的框材也要加以考慮，，如果是鋁型材或鋼型材窗框，則必須對型材做斷熱處理，即將型材朝室內(nèi)的一面和朝室外的一面斷開，用導(dǎo)熱性能差的材料將兩者連接起來。最后對夏熱冬冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)，窗戶還要考慮安裝上遮陽裝置，減少太陽輻射透過窗戶形成空調(diào)負荷。除了安裝遮陽裝置外，也可以采用鍍膜玻璃，反射掉一大部分曬到玻璃上的太陽光。

[1]林海燕.居住建筑圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能問題[C]∥中國綠色建筑/可持續(xù)發(fā)展建筑國際研討會論文集.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2001

[2]韋峰.建筑自然通風(fēng)在設(shè)計中的應(yīng)用[J].河南科技大學(xué)學(xué)報，2004，25(5)

[3]劉衡.建筑的綜合節(jié)能措施[J].墻材革新與建筑節(jié)能，2001(2)

[4]劉加平，武六元.建筑節(jié)能與建筑設(shè)計中的新能源利用[J].能源工程，2001(2)

[5]陸慎嵐.淺談節(jié)能型住宅的設(shè)計[J].沿海企業(yè)與科技，2006(9)

[6]陳偉.淺談住宅建筑節(jié)能設(shè)計[J].山西建筑，2004(19)

[7]李朝宇.淺析任宅的設(shè)計與節(jié)能[J].遼寧建材，2004(5)

[8]汪移山.探討建筑節(jié)能設(shè)計的方法[J].醫(yī)藥工程設(shè)計，2006(5)