張萬利

（中國建材國際工程集團有限公司，上海200063）

住宅建筑的節(jié)能設(shè)計，是創(chuàng)造健康舒適的人居環(huán)境，有效降低建筑能耗的一種建筑技術(shù)手段，對人們的生活質(zhì)量水平和社會的可持續(xù)發(fā)展均有著積極重要的意義，是當(dāng)今住宅建筑發(fā)展的必由之路。我國現(xiàn)有住宅單位面積平均能耗比發(fā)達國家要高一倍，每年新建房屋面積更是高達17～18億m2，超過所有發(fā)達國家每年建成建筑面積的總和，是世界能源浪費較高的國家之一。目前，我國能源利用率只有30%，而發(fā)達國家為50%～60%，差距巨大。民用建筑的采暖、空調(diào)、照明以及相關(guān)家用電器等設(shè)施消耗了全球約三分之一的能源。由此可見，建筑節(jié)能技術(shù)和措施在建筑領(lǐng)域的推行對全球能源的節(jié)約化有著極其重要的意義，而建筑領(lǐng)域的主要建筑類型之一的住宅建筑的節(jié)能設(shè)計，無疑對全社會實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的作用。

1 夏熱冬冷地區(qū)住宅建筑節(jié)能設(shè)計的意義

夏熱冬冷地區(qū)大致在北緯30°～32°之間，介于我國寒冷地區(qū)與炎熱地區(qū)之間，屬于氣候過渡地區(qū)，從地理位置上看大致屬于長江中下游一帶。目前我國的夏熱冬冷地區(qū)涉及包括上海、江蘇、浙江、安徽、福建、江西、湖北、湖南、重慶、四川、貴州省（市）等14個?。ㄖ陛犑校┑牟糠值貐^(qū)。此區(qū)域氣候顯著的特征是：夏季炎熱氣悶，冬季陰冷潮濕。最熱月平均氣溫25～30℃，最高氣溫達40℃以上。2013年夏天全國持續(xù)高溫，夏熱冬冷地區(qū)尤為突出，浙江紹興溫度甚至一度達到了44.1℃；冬季氣候寒冷，日平均溫度為5℃的天數(shù)約20～80d。冬夏兩季空氣濕度均較大，相對濕度經(jīng)常在70%～80%。隨著現(xiàn)代人生活水平的提高及采暖制冷設(shè)備的不斷普及，夏熱冬冷地區(qū)冬天及夏天均需要大量使用空調(diào)或采暖設(shè)備，能耗巨大。因此，在夏熱冬冷地區(qū)大力普及住宅的節(jié)能設(shè)計對節(jié)約能耗有著極其重要的意義。

2 建筑設(shè)計的節(jié)能措施

住宅的節(jié)能設(shè)計是指通過靈活的設(shè)計手段和特定的技術(shù)措施，如選擇合理朝向、優(yōu)化建筑平面及體形設(shè)計、合理控制窗墻比、優(yōu)化圍護結(jié)構(gòu)保溫設(shè)計、積極利用綠色能源等，使相同使用價值的住宅建筑在減少能耗的基礎(chǔ)上提高舒適性。目前我國已經(jīng)全面實行建筑節(jié)能專項審查。根據(jù)我國建筑節(jié)能發(fā)展的基本目標(biāo)：新建采暖居住建筑1986年起，在1980～1981年當(dāng)?shù)赝ㄓ迷O(shè)計能耗水平基礎(chǔ)上普遍降低30%，為第一階段；1996年起在達到第一階段要求的基礎(chǔ)上再節(jié)能30%，達到總節(jié)能50%，為第二階段；2005年起在達到第二階段要求基礎(chǔ)上再節(jié)能30%，達到總節(jié)能65%，為第三階段。2012年起，北京的節(jié)能要求更是達到了總節(jié)能75%。因此，節(jié)能設(shè)計早已過了僅僅是建筑設(shè)計環(huán)節(jié)中錦上添花的一環(huán)的時代，已成為建筑設(shè)計師必須掌握的一項基本技能，因此熟悉掌握各項節(jié)能措施也就無疑成為一名合格建筑師的必修課之一。

2.1 平面設(shè)計

由于我國大部分地區(qū)都處于北回歸線以北，太陽總在南邊的天空，南向日照時間及強度均較優(yōu)，因此建筑的總體布局宜坐北朝南，如受地形影響有困難時，應(yīng)盡量控制在南偏東15°和南偏西15°之間，充分利用冬季日照并避開冬季主導(dǎo)風(fēng)向，降低冬季空調(diào)能耗。按照國家目前的相關(guān)規(guī)范，應(yīng)滿足每套住宅至少有兩個居室在大寒日9時至15時之間有不少于3h或冬至日8時至16時之間有1h的滿窗日照。在平面設(shè)計中應(yīng)充分合理的組織室內(nèi)風(fēng)環(huán)境，利用夏季的涼爽時段通風(fēng)，盡可能保證每個居室都有穿堂風(fēng)，利用其為室內(nèi)防暑降溫，降低夏季空調(diào)能耗。

2.2 體形設(shè)計

建筑的體形設(shè)計也極大的影響著建筑能耗，其是指建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所覆蓋的體積的比值，體現(xiàn)單位建筑體積所占有的外表面積，其中外表面積中不包括地面面積。從降低建筑能耗的角度出發(fā)，應(yīng)該將體形系數(shù)控制在一個較低的水平上，有關(guān)研究表明，當(dāng)建筑物的體形系數(shù)為0.15時最為節(jié)能。但是，體形系數(shù)不僅影響外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱損失，它還與建筑造型、平面布局、采光通風(fēng)等緊密相關(guān)。體形系數(shù)過小，將制約建筑師的創(chuàng)造性，造成建筑造型呆板，平面布局困難，甚至損害建筑功能。因此，在實際的工程設(shè)計中應(yīng)權(quán)衡好建筑的功能性、美觀性與其的關(guān)系，合理的控制建筑體形，避免一味追求復(fù)雜奇特的外形而忽略合理的體形系數(shù)要求；也應(yīng)注意避免過于拘泥于較小的體形系數(shù)而制約了建筑的創(chuàng)造空間，這對設(shè)計師也提出了更高的要求。

2.3 窗墻比控制

窗墻比是指建筑各朝向開窗面積與其相應(yīng)朝向外表面的比值。根據(jù)常規(guī)材料傳熱系數(shù)數(shù)據(jù)比較可以看出，窗的傳熱系數(shù)約是相同面積的保溫墻體的3～6倍，經(jīng)過窗戶損失的能耗比相同面積墻體的熱量損失要大24倍以上，因此，在其他條件不變的前提下，窗墻比越大，能耗的損失就越大。因此，從節(jié)約能耗的角度出發(fā)，必須控制住宅的窗墻面積比，但也應(yīng)滿足住宅其它的一些要求。一般情況下，窗墻面積比確定的基本原則是依據(jù)這一地區(qū)不同朝向墻面冬、夏日照情況，冬、夏季風(fēng)影響，室內(nèi)采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，室外空氣溫度以及開窗面積，建筑能耗所占比率及建筑立面藝術(shù)設(shè)計等因素綜合來考慮確定的，一般宜控制在0.2～0.5之間。

3 建筑主體節(jié)能措施

在住宅的總體設(shè)計、平面設(shè)計、體形設(shè)計及立面設(shè)計完成之后，制定相應(yīng)的保溫隔熱方案就成了住宅節(jié)能設(shè)計的關(guān)鍵，針對不同的部位合理地選擇保溫材料往往能使節(jié)能設(shè)計的效果事半功倍。

3.1 外墻

外墻保溫按照保溫層的位置大概可以分為外墻外保溫體系、外墻內(nèi)保溫體系、外墻夾心保溫體系3種類型。

外墻內(nèi)保溫體系是一種把保溫層放置在主體墻材內(nèi)側(cè)的保溫做法。這是一種傳統(tǒng)的保溫方式，它本身做法簡單，造價較低，但是很容易在熱橋的處理上出現(xiàn)問題，如結(jié)露水的浸漬或凍融而造成保溫隔熱墻面發(fā)霉、開裂等。近年來在我國的應(yīng)用逐漸減少，一般不再單獨使用，常常作為外墻外保溫的補充。

外墻夾心保溫體系是將保溫材料置于同一外墻的內(nèi)、外側(cè)墻片之間的保溫做法。內(nèi)外側(cè)墻體均可使用傳統(tǒng)的粘土磚、混凝土空心磚砌塊，由于此類傳統(tǒng)材料的防水、耐候性能均良好，因此對保溫材料的選材要求不高，聚苯乙烯、玻璃棉、巖棉均可使用；對施工季節(jié)和施工條件要求不高，不影響冬期施工，在寒冷地區(qū)得到一定應(yīng)用。在夏熱冬冷地區(qū)，此類墻體偏厚，且內(nèi)外墻之間須有連接件連接，構(gòu)造較傳統(tǒng)墻體復(fù)雜，且在地震區(qū)建筑中圈梁及構(gòu)造柱的設(shè)置，有熱橋存在，保溫材料的效率等不到充分發(fā)揮，因此鮮有使用。

外墻外保溫體系是一種把保溫層放置在主體墻材外面的保溫做法，因其可以基本消除熱橋影響，同時保護主體墻不受大的溫度變形應(yīng)力，是目前應(yīng)用最廣泛的保溫做法，也是目前國家大力倡導(dǎo)的保溫做法。因為保溫材料置于建筑物外墻的外側(cè)，基本上可以消除建筑物各個部位的冷、熱橋影響，能充分發(fā)揮新型輕質(zhì)高效保溫材料的保溫效能。相對于外墻內(nèi)保溫和夾心保溫墻體，在使用相同保溫材料情況下，需要保溫材料的厚度較小，達到較高的節(jié)能效果。建筑外墻外保溫提高了墻體的保溫隔熱性能，減少室內(nèi)熱能的傳導(dǎo)損失，增加了室內(nèi)的熱穩(wěn)定性。另外還在一定程度上阻止了風(fēng)霜雨雪等對外圍墻體的浸濕，提高了墻體的防潮性能，避免了室內(nèi)的霉斑、結(jié)露、透寒等現(xiàn)象，進而創(chuàng)造了舒適的室內(nèi)居住環(huán)境。并且因保溫材料鋪貼于墻體外側(cè)，避免了保溫材料中的揮發(fā)性有害物質(zhì)對室內(nèi)環(huán)境的污染。常用的外墻外保溫材料有膨脹聚苯板、擠塑聚苯板、巖棉板、硬泡聚氨酯、酚醛樹脂等。近年來由于大型火災(zāi)事故的頻發(fā)，此類耐火性能為B級的保溫材料層一度被禁用，為適應(yīng)市場的需求，在膨脹聚苯板（EPS）、擠塑聚苯板（XPS）的基礎(chǔ)上研發(fā)出基本未降低保溫性能的、耐火等級為A級的保溫材料，如HX隔離式防火保溫板等。HX隔離式防火保溫板是在B1級XPS（EPS）板的基礎(chǔ)上，采用按一定格式開槽嵌入的方式將保溫砂漿及高效防火劑置入XPA（EPS）板當(dāng)中，并沒有改變XPS（ESP）板的材料性質(zhì)。在保持原有XPS（ESP）板良好物理力學(xué)性質(zhì)基礎(chǔ)上，提高了XPS（EPS）板的強度和剛度，減少了收縮變形，增強了與基層墻體的粘結(jié)強度，該材料是江蘇省推薦的A級保溫材料之一。

熱工性能良好的建筑外圍護結(jié)構(gòu)是保證減少能耗的必要條件，因此大力提高外圍護結(jié)構(gòu)中占比最大的外墻的熱工性能是建筑節(jié)能設(shè)計見效較大的一個重要途徑。

3.2 門窗幕墻

玻璃門窗及玻璃幕墻是建筑采光、通風(fēng)的通道，同時也是建筑保溫隔熱的薄弱環(huán)節(jié)，經(jīng)過窗戶損失的能耗比相同面積墻體的熱量損失要大24倍以上，占到了建筑物能耗的50%以上?？梢酝ㄟ^以下措施減少其能耗：

1）采用中空玻璃，其氣體間層的厚度不宜小于9mm，當(dāng)用于幕墻時，其厚度不應(yīng)小于9mm，宜采用12mm或以上厚度，但不宜超過20mm。當(dāng)需進一步提高保溫性能時，可采用Low－E中空玻璃，充惰性氣體的Low－E中空玻璃，兩層或多層Low－E中空玻璃等。Low－E玻璃又稱低輻射玻璃，是在玻璃表面鍍上多層金屬或其他化合物組成的膜系產(chǎn)品，具有優(yōu)異的隔熱效果和良好的透光性，其輻射率可降至0.15以下。嚴(yán)寒地區(qū)可以采用雙層外窗，雙層呼吸式玻璃幕墻進一步提高保溫性能。

2）門窗型材采用木－金屬復(fù)合型材、塑料型材、斷熱鋁合金型材、玻璃鋼型材等，幕墻可通過采用斷熱型材、斷熱連接緊固件、隱框結(jié)構(gòu)等措施避免形成熱橋。

3）結(jié)合外立面設(shè)置固定或活動外遮陽并采用智能化控制裝置進行調(diào)節(jié)，以達到遮陽采光的協(xié)調(diào)，最大限度的減少建筑的空調(diào)能耗和照明能耗。

3.3 屋頂

對屋頂應(yīng)用節(jié)能技術(shù)主要是隔離太陽輻射熱，減少陽光直射，可采用加設(shè)保溫隔熱層、架空屋面、淺色屋面，安裝太陽能熱水器，屋面種植等技術(shù)措施。還有設(shè)計通風(fēng)屋面、蓄水屋面等節(jié)能措施，從而達到減少空調(diào)冷負荷和空調(diào)節(jié)能的目的。屋頂?shù)谋夭牧显谙臒岫涞貐^(qū)使用最多的是擠塑聚苯板，該材料是以聚苯乙烯樹脂輔以聚合物在加熱混合的同時，注入催化劑，而后擠塑壓出連續(xù)性閉孔發(fā)泡的硬質(zhì)泡塑料板，其內(nèi)部為獨立的密閉式氣泡結(jié)構(gòu)，是一種具有高抗壓、吸水率低、防潮、不透氣、質(zhì)輕、耐腐蝕、超抗老化（長期使用幾乎無老化）、導(dǎo)熱系數(shù)低等優(yōu)異性能的環(huán)保型保溫材料，保溫節(jié)能效果極佳。

4 可再生能源的利用

未來夏熱冬冷地區(qū)住宅建筑節(jié)能的發(fā)展趨勢是利用可再生的天然能源，以實現(xiàn)住宅節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展。在節(jié)約不可再生能源的同時，人類還在尋求開發(fā)利用新能源以適應(yīng)人口增加和能源枯竭的現(xiàn)實，這是歷史賦予現(xiàn)代人的使命，而新能源有效地開發(fā)利用必定要以高科技為依托。如開發(fā)利用太陽能、風(fēng)能、潮汐能、水力、地?zé)峒捌渌稍偕淖匀唤缒茉?，必須借助于先進的技術(shù)手段，并且要不斷地完善和提高，以達到更有效地利用這些能源。其中太陽能及地下冷熱源的利用在夏熱冬冷地區(qū)有很高的利用價值。

4.1 太陽能

太陽能一般是指太陽光的輻射能量，在現(xiàn)代一般用作發(fā)電。太陽能是大自然饋贈給人類的取之不盡用之不竭的自然資源。我們地球所接受到的太陽能，只占太陽表面發(fā)出的全部能量的二十億分之一左右，這些能量相當(dāng)于全球所需總能量的3～4萬倍。我國有豐富的太陽能資源，全國三分之二以上地區(qū)的全年太陽能輻照量大于5 700J／（m2·a），全年日照時數(shù)大于2 200h。

目前建筑上對太陽能的利用主要有以下幾種方式：

1）太陽能熱水

太陽能熱水器將太陽光能轉(zhuǎn)化為熱能，將水從低溫度加熱到高溫度，以滿足人們在生活、生產(chǎn)中的熱水使用。太陽能熱水器按結(jié)構(gòu)形式分為真空管式太陽能熱水器和平板式太陽能熱水器，以真空管式太陽能熱水器為主，占我國太陽能熱水器的95%。太陽能熱水器在夏熱冬冷地區(qū)的應(yīng)用十分廣泛，部分地區(qū)甚至將其列為新建建筑必須執(zhí)行的強制性規(guī)范。

2）光伏建筑一體化

光伏建筑一體化，是應(yīng)用太陽能發(fā)電的一種新概念，簡單地講就是將太陽能光伏發(fā)電方陣安裝在建筑的圍護結(jié)構(gòu)外表面來提供電力。根據(jù)光伏方陣與建筑結(jié)合的方式不同，光伏建筑一體化可分為兩大類：一類是光伏方陣與建筑的結(jié)合。另一類是光伏方陣與建筑的集成。如光電瓦屋頂、光電幕墻和光電采光頂?shù)取?/p>

4.2 地下冷熱源

由于地表以下受太陽輻射小，土壤或水體溫度冬季為12～22℃，溫度比環(huán)境空氣溫度高，夏季為18～32℃，溫度比環(huán)境空氣溫度低，可以為我們所利用。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。地源熱泵是一種利用淺層地?zé)崮茉矗ㄒ卜Q地能，包括地下水、土壤或地表水等的能量）的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能系統(tǒng)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現(xiàn)由低品位熱能向高品位熱能轉(zhuǎn)移。一般在空調(diào)系統(tǒng)中，地能分別在冬季作為熱泵供熱的熱源和夏季制冷的冷源，即在冬季，把地能中的熱量取出來，提高溫度后，供給室內(nèi)采暖；夏季，把室內(nèi)的熱量取出來，釋放到地能中去。

5 結(jié) 語

夏熱冬冷地區(qū)的節(jié)能的途徑和措施還有很多，如何選擇一套既經(jīng)濟又高效的住宅建筑的節(jié)能方案還有待我們所有的從業(yè)者不斷地在實踐中摸索。從建筑節(jié)能的角度來看，夏熱冬冷地區(qū)住宅建筑設(shè)計應(yīng)從建筑布局、建筑空間處理、建筑構(gòu)造設(shè)計等方面采取綜合的節(jié)能措施，要盡量利用自然界的物理性能去加強通風(fēng)與隔熱降溫，圍護結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要滿足節(jié)能要求，寧可多花一次性的基建投資費用而少花日常經(jīng)營管理和采用人工空調(diào)的費用，并要協(xié)調(diào)好采光、通風(fēng)、隔熱保溫等方面的矛盾，使經(jīng)濟效益、環(huán)境效益與社會效益統(tǒng)一起來，達到綜合節(jié)能的目的。此外，在建筑與規(guī)劃設(shè)計中要重視對可再生能源的利用，這也是今后夏熱冬冷地區(qū)住宅節(jié)能的發(fā)展趨勢。

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［3］ 程明勇.淺談城市住宅節(jié)能設(shè)計［J］.中國水運，2007，7.

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