淺析我國(guó)住宅節(jié)能設(shè)計(jì)

【摘 要】近年來，隨著國(guó)際油價(jià)上漲，環(huán)境溫室效應(yīng)嚴(yán)重，“創(chuàng)建資源節(jié)約型社會(huì)”已經(jīng)成為我國(guó)一項(xiàng)重要國(guó)策。在目前已建成的建筑中，城鄉(xiāng)住宅中絕大部分均為高能耗建筑。住宅節(jié)能和能耗控制是十分緊迫和必要的。開展住宅節(jié)能研究，并調(diào)和人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的舒適度需求，將是建筑業(yè)目前所需要解決的重要問題之一。為此，從源頭抓起，由設(shè)計(jì)入手，多層次、多方面協(xié)調(diào)建設(shè)、節(jié)能和舒適的關(guān)系，發(fā)展建筑節(jié)能行業(yè)刻不容緩。

【關(guān)鍵詞】住宅節(jié)能；舒適；設(shè)計(jì)

1 引言

在改革開放國(guó)策實(shí)行以后，我國(guó)建筑業(yè)發(fā)展空前擴(kuò)發(fā)。截止到2002年底，全國(guó)城鄉(xiāng)房屋建筑面積總計(jì)達(dá)到388億平方米，城市房屋建筑面積為131.8億平方米。權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2020年底，我國(guó)房屋建筑總面積將達(dá)到686億平方米，其中城市為261億平方米。然而，到目前為止，400多億平方米新建建筑中99%為高能耗。

高能耗建筑的建造，并沒有帶來同等的舒適度體驗(yàn)。高能耗建筑往往造成能量的浪費(fèi)。大開窗和高能耗空調(diào)制冷供暖，造成嚴(yán)重城市光污染。城市建筑中的空調(diào)和供暖系統(tǒng)將帶來自然空氣流通障礙。所以，從設(shè)計(jì)層面出發(fā)，做到節(jié)能與舒適度的協(xié)調(diào)，將是建筑行業(yè)所需要著重研究的課題之一。

2 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)存在的問題

我國(guó)建筑節(jié)能自20世紀(jì)90年代提出以來，一直得不到有效落實(shí)。主要問題列舉如下：

2.1 許多建筑設(shè)計(jì)單位由于部門之間交流溝通不到，單純考慮建筑美觀和實(shí)用性，追求資產(chǎn)快速變成產(chǎn)值，忽視新建建筑的節(jié)能和舒適設(shè)計(jì)。

2.2 行政主管部門對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)監(jiān)管沒有有效落實(shí)，缺乏行政手段。

2.3 目前我國(guó)國(guó)有廠礦性企業(yè)是建筑節(jié)能諸多漏洞之一。在福利性供熱的背景下，以廠代勞，能源欠自然經(jīng)濟(jì)化，資源浪費(fèi)問題不能夠被重視。

3 國(guó)內(nèi)外住宅節(jié)能案例分析

建筑層面的節(jié)能低碳設(shè)計(jì)主要采用太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崂醚b置、能量循環(huán)利用裝置等。歐美等國(guó)家對(duì)現(xiàn)代化建筑的基本理念是實(shí)現(xiàn)低能耗和高舒適度的完美結(jié)合，并盡量減少能源和資源的浪費(fèi)。

BedZED

BedZED（圖1）是“貝丁頓零能源發(fā)展社區(qū)”的字母縮寫。該生態(tài)村采用“零能源”理念。建筑主體均采用可回收材料，節(jié)約能源。通過加強(qiáng)房屋墻面厚度（設(shè)計(jì)厚度70cm），設(shè)置空心墻壁并添加隔熱內(nèi)層來保溫。社區(qū)為每一棟建筑配備太陽(yáng)能電板，通過支持渦輪機(jī)收集雨水為花園實(shí)現(xiàn)灌溉。屋頂上的花園設(shè)置，充當(dāng)天然隔熱層，達(dá)到美化和凈化空氣的目的。而且，由太陽(yáng)能支持的自然通風(fēng)“煙道”，幫助改善建筑內(nèi)部的室內(nèi)條件，減少了空調(diào)的使用時(shí)間。

鋒尚國(guó)際公寓

位于北京的鋒尚國(guó)際公寓是中國(guó)首例應(yīng)用歐洲高舒適度低能耗環(huán)保優(yōu)化設(shè)計(jì)理論，設(shè)計(jì)建成的公寓式住宅建筑，是我國(guó)首例 “告別空調(diào)暖氣時(shí)代”的住宅小區(qū)。

該工程施工中開發(fā)應(yīng)用了天棚低溫輻射采暖制冷系統(tǒng)、干掛飾面磚幕墻聚苯復(fù)合外墻外保溫系統(tǒng)、健康新風(fēng)系統(tǒng)、低輻射保溫密閉外窗系統(tǒng)、垃圾處理系統(tǒng)、防噪音系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、屋面及地下系統(tǒng)等環(huán)保裝飾施工成套技術(shù)。其中天棚低溫輻射采暖制冷系統(tǒng)施工技術(shù)為核心技術(shù)。

天棚低溫輻射采暖制冷系統(tǒng)主要通過預(yù)埋在天棚中的均布水管進(jìn)行低溫輻射采暖制冷，管路采用PB管敷設(shè)，敷設(shè)前預(yù)先加壓，并保持3Mpa，帶壓澆砼。依靠低溫?zé)崴疄闊崦剑韵募竟?jié)送水為20℃，回水溫度為22℃，冷卻的天棚可以吸收室內(nèi)大量多余熱量，通過系統(tǒng)的循環(huán)水帶走。冬季送水28℃，回水溫度為26℃，2℃溫差，以輻射方式工作，該系統(tǒng)依靠設(shè)在地下的中央機(jī)組（YORK冷水機(jī)組）控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。

對(duì)比來看，我國(guó)節(jié)能工作于發(fā)達(dá)國(guó)家相比起步較晚，能量浪費(fèi)十分嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)建筑采暖耗熱量：外墻大體上位氣候條件接近發(fā)到國(guó)家4-5倍，屋頂2.5-5.5倍，外窗為1.5-2.2倍；門窗透氣性為3-6倍，總耗能為3-4倍。我國(guó)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)任重而道遠(yuǎn)。

4 住宅節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)及策略

4.1 規(guī)劃設(shè)計(jì)

在規(guī)劃前期，要考慮選址、建筑布局、建筑體型、間距、朝向、季風(fēng)風(fēng)向、睡眠和綠化配置等因素對(duì)建筑節(jié)的影響，改善建筑熱環(huán)境。在設(shè)計(jì)階段，綜合考慮氣候因素，盡量布置在向陽(yáng)和避風(fēng)的地方，應(yīng)充分利用太陽(yáng)能和通風(fēng)條件。避免人口密度與建筑密度較高的功能區(qū)連片布置，控制區(qū)域密度。《民用建筑通則》規(guī)定，“住宅應(yīng)每戶至少有居室，…能夠獲得冬至日滿窗日照不少于1h。”相關(guān)建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)注意做好規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，控制相關(guān)參數(shù)，保證建筑物采光通風(fēng)。

4.2 體型和朝向設(shè)計(jì)

4.2.1 體型系數(shù) 體型系數(shù)即建筑物同室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的體積的比值。建筑物的立面結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，其體型系數(shù)越大，散熱面積也就越大，其能量消耗也就隨之增加了。《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ26：“建筑物體型系數(shù)宜控制在0.30以下”。照此分析，設(shè)計(jì)師可以采用一下幾個(gè)方案降低體型系數(shù)：適當(dāng)增多建筑單元聯(lián)列，縮小外墻面積；增加建筑物層數(shù)；當(dāng)單元平面面積相同時(shí)，提高建筑物進(jìn)深；選擇合適的平面形狀（圓形和多邊結(jié)構(gòu)比較有利）；建筑物平面空間組合集中緊湊，減少凹凸變化；增大建筑物體量等。

4.2.2 建筑朝向 建筑物朝向宜為南北設(shè)置，這樣可以有效利用風(fēng)能并減少太陽(yáng)直射。寒冷地區(qū)，在冬季建筑物南向所獲得的太陽(yáng)輻射和輻射總量比其他方位大很多；南偏東西角度越大，接受的太陽(yáng)輻射越小。因此，增加建筑物南向朝向獲熱面積對(duì)節(jié)能是有益的。此外，需要注意處理建筑朝向與季風(fēng)風(fēng)向關(guān)系。在南方炎熱地區(qū)，建筑物朝向宜于夏季主導(dǎo)風(fēng)向入射角度保持在30-60度范圍內(nèi)

4.3 外圍及圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

建筑外圍及圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要有墻體、屋頂和門窗幾部分構(gòu)成。“冷橋”效應(yīng)和門窗等部件的散熱量占總散熱量的1/3以上。顯然，處理好外圍與圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能問題，是解決建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

4.3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu) 由圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱方程，單位時(shí)間內(nèi)通過建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱量及穩(wěn)態(tài)傳熱方程為：

其中，

Q——單位時(shí)間通過建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱量；

A——圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面積；

、 ——圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面空氣溫度；

K——傳熱系數(shù)；

、 ——圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面熱轉(zhuǎn)移系數(shù)；

d——圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度；

——圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)；

按照上式分析，減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱能耗的方法可以為：增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度；減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面熱轉(zhuǎn)移系數(shù)；減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)；減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外表面積；減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)、外表面位差和增加建筑氣密性。

從設(shè)計(jì)層面來看，主要就是減少“冷橋”效應(yīng)散熱結(jié)果，對(duì)“冷橋”結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面護(hù)理，防止鋼筋混凝土外置結(jié)構(gòu)熱量散失。同時(shí)，根據(jù)建筑設(shè)計(jì)要求，設(shè)置內(nèi)層、中層或者外層保溫層。

4.3.2 門窗 建筑外門和窗式冬季冷風(fēng)入侵和夏季陽(yáng)光入射的主要通道，也是傳熱和熱能耗的主要地點(diǎn)。設(shè)計(jì)應(yīng)控制建筑物門窗的開窗率。在開窗時(shí)，減少使用門窗縫隙過大的設(shè)計(jì)，同時(shí)使用夾層或者中空玻璃，提高建筑物保溫性能。目前，國(guó)內(nèi)節(jié)能型門窗主要以斷橋型鋁合金隔熱門窗和多腔室PVC塑鋼門窗為主。而其中采用雙層玻璃、鍍膜玻璃、三層玻璃，而以高水密性、氣密性的中空玻璃為最佳。

4.3.3 屋頂 隔熱屋頂是在屋頂構(gòu)造中設(shè)置隔熱層以阻擋屋面的太陽(yáng)輻射熱向室內(nèi)傳導(dǎo)，迫使屋面溫度升高以增大屋面與環(huán)境和空氣的溫差。屋面設(shè)計(jì)中，可以使用“倒屋頂”設(shè)計(jì)，即采用倒鋪法，保溫材料 設(shè)在防水層以上。國(guó)外較多在屋面內(nèi)部設(shè)置貼鋁箔的封閉空氣層，采用多孔材料做屋面面層。比較可行的是做架空保溫屋頂，通過外層遮陽(yáng)板同屋面形成空氣層，來利用空氣流動(dòng)帶走熱量。此外，種植綠色植物，建造蓄水屋頂也是比較好的節(jié)能設(shè)計(jì)方法。

4.4 設(shè)計(jì)評(píng)估

目前國(guó)內(nèi)專業(yè)節(jié)能評(píng)估設(shè)計(jì)軟件仍然不成熟。工程實(shí)踐表明，在節(jié)能設(shè)計(jì)中適當(dāng)采用國(guó)外節(jié)能評(píng)估軟件的辦法是比較可取的。美國(guó)當(dāng)前建筑節(jié)能評(píng)估軟件有70多種。這些評(píng)估軟件的開發(fā)和運(yùn)用不僅可定量或定性地對(duì)建筑能耗進(jìn)行評(píng)估，還可以促進(jìn)建筑節(jié)能法規(guī)的實(shí)施。1990年起開始實(shí)施的節(jié)能認(rèn)證“能源之星”軟件，可以節(jié)省約50%左右建筑能耗。此外，德國(guó)和日本的供熱及建筑物評(píng)估軟件也可用以評(píng)估我國(guó)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)。

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