探討住宅建筑設計整體的節能措施

◎ 宜春市建筑設計院 李兆春

住宅建筑圍護結構指建筑物及房間各面的圍擋物，如墻體、門窗、屋頂、地面等，其中直接與外界空氣環境接觸的圍護結構稱為外圍結構，如外墻、外窗、屋頂等；反之即為內圍護結構，如內墻、樓地面等。降低能耗的前提是滿足居民的居住舒適度的要求，在建筑設計的角度，就是有效控制能量的無端消耗，最大條件下的節約使用能源。

1 建筑物的平面布置及體形系數應滿足節能需要

建筑體形系數是建筑熱工特性的一個重要指標：根據外國建筑物理研究所的研究成果，體形2 系數每降低0.1%，建筑能耗可下降8kwh/(m?a)，圖1 及圖2 分別顯示了兩種典型的住宅平面形式，圖1 是明廚暗廁式設計，圖2 是明廚明廁式設計，在相同建筑面積的情況下，圖2 建筑的體形系數較圖1 高0.032，很明顯從體形系數方面圖1 型式的建筑平面優于圖2。因此，在滿足建筑諸多功能要素的條件下，應盡量減少建筑體形的凹凸或錯落，降低建筑物體形系數。（如圖1、圖2）

圖1 明廚暗廁式設計示意

圖2 明廚明廁式設計示意

2 住宅建筑墻體結構節能措施

目前，在建筑中常用的外墻保溫主要有：內保溫、外保溫、內外混合保溫等方法。外墻內保溫就是外墻的內側使用聚苯板、保溫砂漿等材料，從而使建筑達到保溫節能的作用。外墻內保溫一個明顯的缺陷就是：結構冷熱橋的存在是局部溫差過大導致產生結露現象。由于內保溫保護的位置僅僅在建筑的內墻及梁內側，內墻及板對應的外墻部分的不到保溫材料的保護，因此，在此部分形成冷（熱）橋，冬天室內的墻體溫度與室內墻角（保溫墻體與不保溫板交角處）溫度差約在10℃左右，與室內的溫度差可達到15℃以上，一旦室內的濕度條件適合，在此處即可形成結露現象。而結露水的浸漬或凍融及易造成保溫隔熱墻面發霉、開裂。

內外混合保溫是在設計與施工中，外保溫施工操作方便的部位采用外保溫，外保溫施工操作不方便的部位作內保溫，從而實現對建筑保溫節能的施工方法。混合保溫可以提高施工速度，對外墻內保溫不能保護到的內墻、板同外墻交接處的冷（熱）橋部分進行有效的保護，從而使建筑處于保溫中。然而，混合保溫對建筑結構卻存在著嚴重的損害。外保溫做法部位使建筑物的結構墻體主要受室內溫度的影響，溫度變化相對較小，因而墻體處于相對穩定的溫度場內，產生的溫差變形應力也相對較小；內保溫做法部位使建筑物的結構墻體主要受室內環境溫度的影響，室外溫度波動較大，因而墻體處于相對不穩定的溫度場內，產生的溫差變形應力相對較大。局部外保溫、局部內保溫混合使用的保溫方式，使整個建筑物外墻主體的不同部位產生不同的形變速度和形變尺寸，建筑結構處于更加不穩定的環境中，經年溫差結構形變產生裂縫，從而縮短整個建筑的壽命。保溫節能措施中采用內外保溫混合使用的做法是不合理的，比作內保溫的危害更大。

外墻外保溫則是將保溫隔熱體系置于外墻外側，使建筑達到保溫節能的目的。由于外保溫是將保溫隔熱體系置于外墻外側，從而使主體結構所受溫差作用大幅度下降，溫度變形減小，對結構墻體起到保護作用并可有效阻斷冷（熱）橋，有利于結構壽命的延長。

3 外門窗節能措施

建筑物耗熱量是由圍護結構傳熱耗熱量及門窗空氣滲透耗熱量兩部分組成，通過本地區多層住宅試驗分析，其中圍護結構傳熱耗熱量約占總量的73%～77%，空氣滲透耗熱量占23%～27%，由此可以看出外圍護結構是節能設計中的主體，而在傳熱耗熱量所占的份額中，外墻約占23%～34%；窗戶約占23%～25%；樓梯間隔墻約占6%～11%；屋頂約占7%～8%；陽臺門下部約占2%～3%；戶門約占2%～3%；地面約占2%；將窗的傳熱耗熱量與其空氣滲透耗熱量相加，約占全部建筑耗熱量的50%，由此得出的結論是一棟好的節能建筑，采用保溫性能及密封性能優異的門窗是至關重要的。

此外，外門窗作為住宅能耗散失的最薄弱部位，其能耗占住宅總能耗的比例較大，其中傳熱損失為1/3，冷風滲透為1/3，所以在保證日照、采光、通風、觀景要求的條件下，盡量減小住宅外門窗洞口的面積，提高外門窗的氣密性，減少冷風滲透，提高外門窗本身的保溫性能，減少外門窗本身的傳熱量，其建筑設計過程中的節能措施有：

1）控制住宅窗墻比。住宅窗墻比是指住宅窗戶洞口面積與住宅立面單元面積的比值，JGJ26-1995《民用建筑節能設計標準（采暖居住部分）》對不同朝向的住宅窗墻比做了嚴格的規定，指出“北向、東向和西向、南向的窗墻比分別不應超過20%、30%、35%”。

2）提高住宅外窗的氣密性，減少冷空氣滲透。如設置泡沫塑料密封條，使用新型的、密封性能良好的門窗材料。而門窗框與墻間的縫隙可用彈性松軟型材料、彈性密閉型材料、密封膏以及邊框設灰口等密封；框與扇的密封可用橡膠、橡膠或泡沫密封條以及高低縫、回風槽等；扇與扇之間的密封可用密封條、高低縫及縫外壓條等；扇與玻璃之間的密封可用各種彈性壓條等。

3）改善住宅窗的保溫性能。戶門與陽臺門應結合防火、防盜要求，在門的空腹內填充聚苯乙烯板或巖棉板，以增加其絕熱性能；窗戶最好采用鋼塑復合窗和塑料窗，這樣可避免金屬窗產生的冷橋，可設置雙玻璃或三玻璃，并積極采用中空玻璃、鍍膜玻璃，有條件的住宅可采用低輻射玻璃；縮短窗扇的縫隙長度，采用大窗扇，減少西歐窗扇，擴大單塊玻璃的面積，減少窗芯，合理地減少可開啟的窗扇面積，適當增加固定玻璃及固定窗扇的面積。

4）設置“溫度阻尼區”。所謂溫度阻尼區就是在室內與室外之間設有一中間層次，這一中間層次象熱閘一樣可阻止室外冷風的直接滲透，減少外墻、外窗的熱耗損。在住宅中，將北陽臺的外門、窗全部用密封陽臺封閉起來，外門設防風門斗，防止冷風倒灌，樓梯間設計成封閉式的，對屋頂上人孔進行封閉處理等措施均能收到良好的節能效果。

4 屋面節能措施

在不斷改進建筑外墻、外窗的保溫性能后，還必須進一步加強屋面保溫隔熱的研究。屋面節能措施的要點，其一是屋面保溫層不宜選用密度大、導熱系數較高的保溫材料，以免屋面重量、厚度過大；其二是屋面保溫層不宜選用吸水率較大的保溫材料以防屋面濕作業時因保溫層大量吸水而降低保溫效果，如選用吸水率較高的保溫材料，屋面上應設置排水孔以排除保溫層內不易排出的水分。

現在，高效保溫材料已經開始應用于屋面，一些建筑的屋面保溫，采用膨脹珍珠巖保溫芯板保溫層代替常規的瀝青珍珠巖或水泥珍珠巖做法，就克服了常規作法的諸多缺點。這種保溫芯板施工方便、價格低廉、不污染環境；芯板為柔性制品，不僅適用于具有平面的屋面，也可用于帶有曲面的屋面，其保溫工程更可顯示出它的優越性。其主要技術指標，表觀密度為110kg/m3～150kg/m3；導熱系數為0.04W/m?K～0.06W/m?K；蓄熱系數為0.09m2?K～0.11m2?K。抗壓強度大于0.2MPa；吸水率小于0.01%；蒸汽滲透系數為2.18×10-7g/m?n?Pa。這些指標充分體現了膨脹珍珠巖密度小，導熱系數較低，而且吸水率和蒸汽滲透系數也都很低。這是保溫性能好的材料所必須具備的。

此外，屋頂綠化已成為許多現代城市住宅的節能選擇，既美化了屋頂，又能起到良好的節能效果，且環保、可持續發展。

5 其它節能降耗措施

1）降低夏季空調能耗

夏季室內外溫差較小，根據人們在非寒冷季節通風換氣的生活習慣，窗的開啟面積要適當，保證衛生需求，應不低于1.0 次/h。當室外溫度低于室內溫度時，應該主要依靠通風換氣排除室內產熱能和進人的太陽輻射熱。試驗表明，增大通風換氣次數對降低夏季空調耗效果明顯，而且達到10 次/h 通風換氣并不困難，只要建筑平面布局合理，窗的開啟面積適當，是完全可以滿足的。

2）充分利用太陽能資源

太陽能作為一種天然的潔凈能源，也是住宅建筑設計上廣泛推廣的節能設計之一。從近年來的能源使用和發展情況來看，煤、電、油的供應緊張已經不容忽視，太陽能應該由補充能源向“代替能源”發展。特別是太陽能熱水器經過20年的發展，產品的生產研發技術日趨成熟，越來越受到消費者的青睞。另外，從使用效果和居衛的淋浴費用和投資回收周期來看，太陽能熱水器也具有較大的成本優勢。

然而由于各方面原因，目前太陽能熱水器仍以一家一戶的零散安裝使用方法為主，存在破壞建筑結構、熱水溫度不穩定等因素。要解決這些問題就必須將太陽能利用裝置納入到建筑設計規范當中，在設計時將太陽能熱水器設備納入到建筑設計之中預留太陽能設置位置，特別是在廚房衛生間內。如果太陽能熱水器能夠充分加以推廣應用，就可以大大節省常規能源，也是建筑節能的發展方向。

6 結語

綜上所述，建筑物作為一個完整的系統，如何實現高效率地利用資源，最低限度造成對環境的影響是節約能源的重要環節。總之，只要按照建筑節能設計新標準嚴格把好建筑節能設計關，監督好施工節能用材關，就能有效提高居住建筑節能效率，降低建筑能源耗費，節約居家生活成本，為住戶打造真正的環保節能、舒適、健康、方便的高品質住宅，為國民經濟可持續發展做出貢獻。