刍议住宅建筑设计中的节能措施

摘要：在住宅建筑设计中,如果要达到高舒适度、低能耗标准，需要较多的技术支撑和设计经验，建筑师要充分考虑住宅建筑规划布局，体型系数、建筑平面设计、建筑外围护结构的优化设计、内部各技术系统之间的配合、生态能源系统的应用等方面的因素。只有在住宅设计中采取有针对性的节能措施,才能进一步节约能源,提高建筑的舒适度。

关键词：住宅建筑设计;节能措施

1、节能住宅建筑设计的依据

我国是人口大国，是一个人均能源不丰富的国家,随着社会、经济的发展和人民物质文化生活水平的提高,能源消耗引发的紧张局面已经逐步凸现出来。如果综合考虑住宅使用中的耗能和建材耗能，住宅总能耗占全国能耗的37%，这一比例正在逐年加大。据统计：城市建成区用地的30%用于住宅建设;住宅能耗占全国总能耗的20%左右;城市水资源的32%在住宅中消耗;住宅建设耗用的钢材占全国用钢的20%：水泥用量占全国总用量的17.6%。因此，在我国建设节能住宅，推广节能技术已经是迫在眉睫，势在必行了，也已经引起各级政府部门的重视，例如我国西北、华北地区等寒冷地区提出了65%的强制性节能标准，夏热冬冷地区提出了50%的强制性节能标准。并把建筑节能要求体现在建筑规范和标准中,先后制定了一批技术法规和标准规范,如：《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》(JGJ26—8 6)、《采暖通风与空气调节设计规范》(GBJ19—87)、《民用建筑热工设计规范》(GB5017693)、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134—2001)以及《夏热冬暖居住建筑节能设计标准》JGJ 75等等。另外，国家建设部于2005年发布了《公共建筑节能设计标准》(GB50189—2005)，国务院发出《关于做好建设节约型社会近期重点工作的通知》，对新建建筑提出要求—“严格实施节能50%的设计标准,不达标准,不准施工、验收备案和销售使用”。我国政府把建筑节能列入“十一五”规划，提出建设“节能省地型住宅”和“2020年建筑节能远景规划目标”。以上标准、规范的颁布实施及国家相关政策的提出对保护环境,节约能源起到了重要作用,也为建筑节能设计提供了设计依据。

2、住宅建筑的节能设计措施

2.1住宅建筑的布局和体型

住宅建筑设计所涉及的自然地理环境，建筑单体的朝向、体型、间距、高度，道路网的布局以及广场绿地的分布等都会影响居住区的微气候,影响建筑的日照和通风,由此影响到住宅建筑的能耗。住宅建筑布局和体型优化设计要充分结合当地的自然环境因素、气候特征、建筑功能、居民行为模式、风俗文化等因素,从布局、朝向、间距、夏季主导风向、太阳辐射及建筑外部环境构成等多方面进行考虑。比如：住宅朝向的选择,尽量采用南北朝向,避免东西朝向,以期有利于夏季的自然通风,冬季增长日照时间，避免东西晒问题。在建筑设计中,考虑到建筑节能的需要,应尽量减少建筑形体的凹凸,在采暖居住建筑中体型系数宜控制在0.3以内,住宅进深应适当扩大,以10～14m为宜,住宅长度以55m左右较为适宜。此外,在总体规划中,夏热冬暖地区应合理选择单体组合方案,形成风道，以充分利用自然风,减少空调等能耗。

2.2住宅建筑的平面设计

住宅建筑平面设计目的是为住户的供给在设计上所进行的工作。包括如何满足家庭构成、生活方式和价值观等多样化方面的要求，要注意功能多样性、采光通风性、舒适度、面积利用率和功能布局合理性等五个方面。节能住宅满足上述要求的同时，主要考虑建筑平面形状、热环境分布以及温度阻尼区的设置等方面的因素。住宅建筑平面形状应规整,尽量减少外围护结构面积,增加冬季直射室内的阳光,减少夏季太阳辐射。比如把房屋外墙面积大、开窗多的一面正对太阳辐射强度大的南向,使建筑在冬季可以有效地收集太阳能,北侧外墙只开设小窗,主要满足通风的需要,而东西方位不开窗或开小窗。热环境分区中把要求较低的厨房、厕所、过厅布置在北向。而尽量争取将居室布置在南向,充分利用太阳能,保持冬季室内有较高的温度。住宅建筑中设置一定的温度阻尼区可有效地减少传热损失。例如,夏热冬冷地区楼梯间由过去的开敞式改为封闭式,楼梯间设窗;北向单元入口均设门斗,避免冬季西北风灌入：对屋面上入孔密封处理,使整个楼梯间形成一个温度阻尼区。在夏热冬暖地区合理控制户内空气流速和空气龄，创造良好的室内环境。

2.3围护结构及材料设计

住宅建筑的围护结构,由包围空间的将室内与室外隔开的结构材料和表面装饰材料构成,在建筑围护结构中,屋面、墙体、门窗和地面是建筑能耗的四大部位,所占能耗比例依次为屋面22%,墙体24%,门窗33%,地面15%。围护结构必须平衡通风和采光的需求,并提供适合建筑地点气候条件的热湿保护。围护结构的热工设计对于建筑在运行中的耗能是一个主要因素。

2.3.1屋面节能

屋面的面积在整个围护结构中比例不大,但是对于顶层房间而言却是非常重要。因此,屋面节能措施的要点：①屋面保温层不宜选用密度较大、导热系数较高的保温材料,以免屋面重量、厚度过大;②屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料,以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果。现在,屋面保温节能多采用高效保温材料保温屋面、架空型保温屋面、浮石沙保温屋面和倒置式保温屋面等节能屋面。南方地区更强调隔热效果,可采用种植屋面、高反射率屋面或遮阳屋面。

2.3.2墙体节能

墙体节能技术多采用复合墙体节能。复合墙体节能是指在墙体主体结构基础上增加一层或几层复合的绝热保温材料来改善整个墙体的热工性能。复合墙体节能多采用岩棉、玻璃棉、聚苯乙烯塑料、聚氨酯泡沫塑料及聚乙烯塑料等新型高效保温绝热材料以及复合墙体,降低外墙的传热系数。根据复合材料与主体结构位置的不同,主要分为内保温技术和外保温技术两大类外墙内保温施工,是在外墙结构的内部加做保温层。外保温是目前大力推广的一种建筑保温节能技术。外保温与内保温相比,技术合理,有其明显的优越性,使用同样规格、同样尺寸和性能的保温材料,外保温比内保温的效果好。外保温技术不仅适用于新建的结构工程,也适用于旧楼改造,适用范围广,技术含量高;外保温层位于主体结构外侧,能够保护主体结构,延长建筑物的寿命,有效减少了建筑结构的热桥,增加建筑的有效空间,同时消除了冷凝,提高了居住的舒适度。在南方地区,尤其是夏热冬暖地区应注重采用浅色外饰面,减少太阳辐射吸收系数。

2.3.3外门窗节能

据统计,通过外窗的热损失占建筑能耗的35～45%,可见外窗是建筑围护结构中比较薄弱的部位。外窗的窗框材料、玻璃品种及有无遮阳措施都会显著影响其热工性能。普通的单玻铝合金外窗的传热系数为6.4 W/m2.K,是墙体的六倍。因此,应使用新型保温节能外窗。外窗玻璃应尽量选择中空玻璃、吸热玻璃、反射玻璃等。目前热工性能较好的外窗采用双玻中空双腔充惰性气体(厚度为40mm)玻璃,窗框为铝合金断热桥型材,这种外窗的传热系数可达到1.5W/m2.K。

此外,窗墙面积比也是影响建筑围护结构节能的主要因素。确定窗墙面积比要综合考虑多方面的因素,其中主要因素是不同地区冬夏季日照情况(日照时间、太阳总辐射强度、阳光入射角)、季风、室外温度、室内采光设计标准及外窗开窗面积等。一般外窗的保温性能比外墙差很多,窗墙面积比越大,暖通空调系统能耗越大。因此,应在保证自然采光的前提下合理控制窗墙面积比,一般北向不大于25%,南向不大于35%,东西向不大于30%。

3、结语

建筑节能是一项系统工程,作为设计行业的人员,在对建筑进行节能设计的同时应根据当地资源条件,因地制宜,就地取材,合理利用。在住宅建筑设计中,如果要达到高舒适度、低能耗标准,需要较多的技术支撑和设计经验,设计师要充分考虑住宅建筑布局和体型系数、建筑平面设计、建筑外围护结构的优化设计、内部各技术系统之间的配合、生态能源系统的应用等方面的因素。只有在住宅设计中采取有针对性的节能措施,才能进一步节约能源,提高建筑的舒适度。

参考文献

[1]舒秋华,等.可持续发展与改善城市环境[M].21世纪建筑新技术论丛,上海：同济大学出版社,2000.7.

[2]赵凡,陈建平.论建筑门窗节能与环保[J].陕西建材,200l(6).