夏熱冬冷地區(qū)住宅建筑節(jié)能措施探析

夏熱冬冷地區(qū)氣候欠佳，顯著的氣候特點是夏熱、冬冷，長年濕度高。依目前的經(jīng)濟和技術(shù)水平雖不能充分利用現(xiàn)有資源達到預期目標，但我們完全可以從規(guī)劃設(shè)計入手，利用常規(guī)技術(shù)實現(xiàn)建筑節(jié)能。一直以來，該地區(qū)空調(diào)和采暖的費用由用戶自行承擔，可通過建設(shè)節(jié)能型住宅讓用戶大大減少生活使用成本，且生活的舒適度又有明顯的改善。而建筑熱環(huán)境是和能源的使用緊密掛鉤的，只有合理使用并節(jié)約能源，提高能源的利用率，使改善建筑熱環(huán)境和建筑節(jié)能相結(jié)合，才能使建筑節(jié)能成為可行且不造成浪費，做到可持續(xù)發(fā)展。

一、夏熱冬冷地區(qū)住宅建筑能耗現(xiàn)狀

夏熱冬冷地區(qū)地處我國長江流域，其氣候特征表現(xiàn)為夏季悶熱，冬季濕冷。再加之這個地區(qū)水網(wǎng)密布，空氣濕度常保持在80%左右，使人感到悶熱潮濕。據(jù)統(tǒng)計，該地區(qū)全年高于35℃的酷熱天數(shù)有15~30天之多。其次，這一地區(qū)一月份氣溫比同緯度其他地區(qū)一般低8~10℃，絕大部分地區(qū)冬季長達2~2.5個月。濕度高，通常維持在70%~80%且日照較少。這樣的自然環(huán)境更讓人覺得潮濕陰冷。由于這些氣候特征，該地區(qū)的建筑能耗既包括夏季用于制冷降溫的能耗也包括冬季用于取暖升溫的能耗。因此，該地區(qū)建筑節(jié)能技術(shù)的熱工設(shè)計應考慮保溫、隔熱、除濕及自然通風等內(nèi)容。

隨著人民生活水平的不斷提高，夏熱冬冷地區(qū)的居民因不堪忍受酷暑和寒冷，紛紛自行購置安裝空調(diào)器、取暖器等調(diào)溫設(shè)備致使該地區(qū)的能耗增長迅猛。同時，由于環(huán)境潮濕，通風要求更高，使該地區(qū)空調(diào)使用強度大，制冷和采暖時間長，總共需要半年左右。由于存在諸多增大能耗的因素，夏熱冬冷地區(qū)單位面積制冷和采暖的總能耗要比我國其他地區(qū)大很多。

二、夏熱冬冷地區(qū)節(jié)能住宅建筑的設(shè)計要點

夏熱冬冷地區(qū)住宅建筑節(jié)能設(shè)計的要點即建立建筑物室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量的指標體系。該指標體系包括溫度、濕度、風速、壁面溫度等多項指標。由于一般住宅很少設(shè)置中央空調(diào)系統(tǒng)，所以對于濕度、風速和壁面溫度無法定量控制。但對于住宅建筑來講，在室內(nèi)熱環(huán)境的諸多指標中，最起作用的是溫度指標及從人體衛(wèi)生角度考慮必不可少的換氣指標。

1.溫度指標。根據(jù)節(jié)能設(shè)計標準，居室溫度夏季控制在26~28℃，冬季控制在16~18℃。和該地區(qū)原來惡劣的室內(nèi)熱環(huán)境相比，要求是比較高的，基本達到了熱舒適的水平，與目前該地區(qū)住宅的夏熱冬冷狀況比，提高幅度比較大。據(jù)調(diào)查，目前使用空調(diào)器的家庭，空調(diào)運行的設(shè)定溫度大多數(shù)為26 ℃左右，也有一些家庭空調(diào)設(shè)定溫度為24 ℃。冬季采暖的室溫還少有18 ℃那么高的要求，但在以靜態(tài)為主的室內(nèi)活動情況下，維持室內(nèi)冬季的熱舒適，18℃是必要的。

2.換氣指標。室內(nèi)空氣換氣量是室內(nèi)衛(wèi)生要求不可缺少的重要指標，而換氣次數(shù)是室內(nèi)熱環(huán)境的另外一個重要的設(shè)計指標。冬、夏季室外的新鮮空氣進入室內(nèi)一方面有利于確保室內(nèi)的衛(wèi)生條件，但另一方面又要消耗大量的能量，因此要確定一個合理的換氣次數(shù)。一般居住建筑取1.0次/h。

三、夏熱冬冷地區(qū)住宅建筑節(jié)能的有效措施

夏熱冬冷地區(qū)居民冬季常用電暖器采暖，夏季使用的空調(diào)器能效比也不高，采暖和空調(diào)的能源消耗量將是非常大的。因此必須從建筑圍護結(jié)構(gòu)和采暖、空調(diào)設(shè)備兩方面人手，采取一定的節(jié)能措施，提高采暖、空調(diào)能源利用效率。而在現(xiàn)有情況下讓居民主動降低采暖和空調(diào)電器的使用率并不現(xiàn)實。因此，提高建筑圍護結(jié)構(gòu)的保溫、隔熱性能則是這一地區(qū)現(xiàn)階段普遍可行的節(jié)能措施。

1.外墻節(jié)能。墻體是建筑外圍護結(jié)構(gòu)的主體。主要起承重和圍護作用的單一材料墻體，往往難以同時滿足較高的保溫隔熱要求。因此，為做好建筑的外墻節(jié)能，必須要找到一種可行且經(jīng)濟的手段。結(jié)合夏熱冬冷地區(qū)的氣候特點，采用外保溫復合外墻不僅能較好地解決熱(冷)橋問題，還能在不減少房屋使用面積的情況下起到保溫隔熱的作用，因此將是一種行之有效的節(jié)能辦法。例如可以在外墻外表面和結(jié)構(gòu)層之間增加一層復合硅酸鹽保溫隔熱板。夏季在太陽照射時，保溫材料因熱惰性小將引起外表面溫度快速升高，但由于保溫材料的熱阻很大，其與結(jié)構(gòu)墻體接觸的另一面溫度卻并不很高，使得墻體的得熱量遠小于直接曝曬在太陽輻射中的得熱量。夜間，墻體外側(cè)的保溫材料由于熱惰性小，其溫度可以隨著室外氣溫的降低而快速下降。采用復合硅酸鹽保溫隔熱板進行保溫的西向外墻與普通外墻根據(jù)《采暖通風設(shè)計手冊》進行熱計算，計算結(jié)果見表1。

2. 外窗節(jié)能。建筑外窗是建筑圍護結(jié)構(gòu)中的薄壁、質(zhì)輕構(gòu)件，受建筑外窗影響而產(chǎn)生的建筑能耗往往占到建筑總能耗的一半左右。現(xiàn)在，夏熱冬冷地區(qū)的建筑外窗多為白色玻璃的推拉窗和平開窗，因其結(jié)構(gòu)簡單，冬季密閉性和保溫隔熱性能差，夏季傳導、滲透熱量高，大大增加了建筑取暖和空調(diào)制冷的能耗。事實證明，若想走可持續(xù)發(fā)展的道路，提高該地區(qū)的建筑門窗性能、進行建筑門窗節(jié)能設(shè)計刻不容緩。

其一，建筑外窗的整體設(shè)計。根據(jù)建筑中窗體所處的位置和朝向，合理的選擇窗戶的大小和窗墻比，適當增加建筑遮陽設(shè)計是建筑外窗設(shè)計的重點。夏季，住宅室內(nèi)溫度過高的主要原因是太陽輻射通過外窗照射到室內(nèi)，可在建筑外立面上設(shè)計遮陽減少陽光輻射，達到降低室內(nèi)溫度的作用；冬季，室內(nèi)應多照進陽光，但因為冬季太陽高度角較小，所以應根據(jù)不同地區(qū)的特點適當減小遮陽尺寸，達到夏季遮擋陽光，冬季不影響日照的目的，這樣既可以減少夏季空調(diào)制冷能耗，又可以在冬季多利用太陽能減少采暖能耗的支出。另外，夏熱冬冷地區(qū)太陽輻射的熱量東西向最大，應嚴格控制建筑外窗的朝向和窗墻比。對于北面外窗由于得不到太陽輻射熱，應在滿足采光的條件下，窗戶面積較小為好。

其二，外玻璃的選用。在建筑外窗中，玻璃的面積占到了整個窗戶面積的70%~80%，因此，建筑外窗玻璃性能對整個建筑節(jié)能的影響較大。玻璃的選用應從采光性能、抗風性能、保溫隔熱性能幾方面考慮。本文中，僅從玻璃的保溫、隔熱性能角度考慮對建筑節(jié)能的影響。首先，玻璃的熱導性能直接決定著室外溫度對室內(nèi)溫度的影響，盡管玻璃的熱導系數(shù)不大，但因為厚度較小，單層玻璃的傳熱性仍然很高。而將兩片或多片玻璃用干燥的空氣隔開制成中空玻璃，中空玻璃中的固定氣體阻斷了室外熱量向室內(nèi)的熱傳導，從而可以大大降低傳熱（見表2）。

人們常年生活在這樣的氣條件下，一直飽受寒冷和酷暑的煎熬。由此可見，我們今天來改善這個地區(qū)的建筑熱環(huán)境，不僅為我們自己，也為子孫后代造福。其次，降低玻璃的遮陽系數(shù)也是一種行之有效的減少熱輻射傳導的方法。可采用在玻璃表面鍍膜玻璃（如低輻射鍍膜玻璃或稱Low-E玻璃）、制造過程中加入著色劑制成著色玻璃（如綠著色玻璃）以及在玻璃表面印涂色油經(jīng)燒結(jié)制成彩釉玻璃等。將上述制造技術(shù)復合使用，便可獲得性能各異的節(jié)能玻璃。

3.屋面節(jié)能。根據(jù)夏熱冬冷地區(qū)的氣候特點，該地區(qū)的建筑應以夏季隔熱為主，兼顧冬季保溫。而建筑隔熱又以屋頂隔熱最為重要。因此，做好屋頂?shù)母魺釋⒋蟠蠼档徒ㄖ覂?nèi)制冷的能耗，起到節(jié)能的作用。

其一、采用雙層通風屋頂。通風屋頂是利用空氣從進風口進入架空通風層，再由出風口流出把通風層內(nèi)大量熱量帶走，起到降低通風層內(nèi)的溫度進而降低建筑頂層溫度的作用。熱量帶走多少，主要取決于通風口的風口設(shè)置的是否合理。此外，還取決于通風層內(nèi)的空氣流速，以及進出風口的熱壓和風壓。而熱壓和風壓主要是由建筑本身的構(gòu)造決定的。在夏熱冬冷地區(qū)，夏季風速不大，架空通風層隔熱主要取決于通風層的熱壓，因此應將進出風口分別設(shè)置在不同的正負壓區(qū)，且架空通風層內(nèi)表面應光滑、平直。

夏熱冬冷地區(qū)現(xiàn)普遍采用的是單層通風屋頂，可以使屋頂內(nèi)表面溫度比無通風屋頂有較大降低，同時單層通風屋頂具有一定的保溫能力。盡管如此，單層通風屋頂?shù)母魺嵝Ч圆惶硐搿６谖蓓敾鶎由箱佋O(shè)保溫層的基礎(chǔ)上設(shè)置雙層通風屋頂，并采用屋面淺色處理(主要起發(fā)射降溫的作用)，則可比原有的單層通風屋頂內(nèi)表面溫度下降5℃~6℃，室內(nèi)溫度最高下降2℃。可見，雙層通風屋頂?shù)母魺嵝Ч置黠@，可以作為屋頂建筑節(jié)能設(shè)計的主要選擇。

其二，選用蓄水屋面和種植屋面。平屋頂采用蓄水屋面和種植屋面，同樣可起到較好的隔熱效果。蓄水屋面是在剛性防水屋面上做蓄水層，利用蓄水層的反射、吸收和蒸發(fā)，及流水的排泄帶走屋頂熱量，從而有效地減弱了屋面的傳熱量和降低屋面溫度。另外，由于在屋面上蓄上一定厚度的水，增大了整個屋面的熱阻和溫度的衰減倍數(shù)，從而降低了屋面內(nèi)表面的最高溫度。經(jīng)實測，深蓄水屋面的頂層住戶的夏日溫度比普通屋面要低2~5℃。因此是一種較好的隔熱措施，是改善屋面熱工性能的有效途徑。

種植屋頂是在屋頂上覆土或蛭石，在上面種草等密葉植物，植物遮陽，覆土隔熱保溫。當平屋面上的找坡層平均厚100mm，再加上覆土厚度為80mm的屋面，其傳熱系數(shù)K<1.5 W/（m2·K），若覆土厚度大于200mm時，其傳熱系數(shù)K<1.0 W/（m2·K）。夏季綠化屋面與普通隔熱屋面比較，表面溫度平均要低6.3℃，屋面下的室內(nèi)溫度相比要低2.6℃。因此，屋頂綠化作為夏季隔熱有著顯著效果，可以節(jié)省大量空調(diào)用電量。

（作者單位：江西理工大學 應用科學學院）