夏熱冬冷地區住宅節能優化設計

李紅霞

(山西臨汾市政工程集團有限責任公司，山西臨汾 041000)

0 引言

隨著社會經濟的繼續發展與人們生活水平的提高，人類對于自然的能源與資源的消耗需求日益膨脹。然而，由于地球資源的有限與科技的限制，制約著人類的進一步發展。于是，節能和環保逐漸成為了世界與時代的主題。我國作為發展最為迅速的發展中國家，由于人口眾多、能源需求量大，資源矛盾更為尖銳。于是，在我國實施節能，環保更為迫切。文章旨在于此時代大背景之下，對于夏熱冬冷地區住宅節能優化設計做一全面分析，以示啟迪。

1 建筑節能的概述

1.1 含義

建筑節能，指在建筑的材料生產、房屋的建筑和構筑物的施工及使用中，滿足相應需要或達到相應目的的基礎上，盡可能地降低能源的消耗，即節約能源。建筑節能，在發達國家被廣泛稱為“提高建筑中的能源利用率”，在保障提升建筑本身的人文性、舒適性的基礎上，合理而科學地使用能源，提升能源利用率。它具體指在規劃、設計、改造及使用等過程中，認真執行、運用節能標準，采取節能式的建筑技術、建筑工藝、建筑設備、建筑材料及建筑產品，提高建筑本身的保溫隔熱功能和采暖供熱等方面的運轉效率，加強能源消耗的科學管理，利用新能源等環保資源，在保障建筑內人們熱環境需求的基礎上，減少建筑物供熱、制冷制熱、照明供應等方面的能耗。

1.2 節能優化設計的必要性

人類歷史以來，住宅建筑作為抵擋惡劣自然氣候天氣的一種掩體存在。近代工業革命后，隨著社會經濟與科學技術的發展推動，人類逐漸在住宅建筑中考慮生活的舒適性與人文性的需要。所以，近代以來，各種新式的建筑類型、采暖采光等設備相繼出現，并使人們的居住環境日益人性化、舒適溫暖如春。然而，這些是建立在大量耗費能源的基礎上的，于是，環境污染、氣候變暖等世界性難題相繼出現并引起了人們的深刻反思。20世紀后期，隨著科技的進一步發展與環保思想的深入人心，在能源與環境問題成為世界與時代難題的同時，“環保”“節能”意識及觀念逐漸出現并成為了人們關注的熱點。尤其是一些發達國家，更是在國家法律及政府政策等方面付諸于行動，加大對于節能意識的宣傳引導，鼓勵促進節能產業及行業節能方面的研究。其中，建筑節能被發達國家普遍作為國家大政方針對待，并輔之以建筑立法規定保障。這些極大地推動了建筑節能在實際中發展的可能性，也說明了其時代必要性。

新時期，隨著我國社會經濟的進一步發展，人們生活水準與需求進一步提高。于是，大量舒適性住宅相繼出現，但是，由于以前的這些建筑設計缺乏節能意識考慮，以致依賴采暖設備來改善室內環境，最終造成了大量的能源消耗與浪費，“2000年，建筑能耗更是已達全國總能耗的27.8%”。

近年來，雖然我國國民的節能意識有所上升，國家政策、法規也在加大鼓勵與支持力度，然而，由于建筑節能的技術與手段還不夠健全，許多地區的建筑能源消耗依然很大，并且建筑節能標準遠低于西方發達國家。因此，建筑節能的緊迫性在當今的我國極具時代意義，任重而道遠。而我國建筑節能工作的主要問題則是人們節能觀念意識薄弱與缺乏具備節能設計能力及責任心的人才。

2 夏熱冬冷地區氣候特征與熱環境狀況

我國處于北半球，位于亞洲東部、太平洋西側，擁有廣闊的地理空間。于是，我國的氣候類型多樣，陸地自南向北分別是熱帶、亞熱帶、暖溫帶、中溫帶及寒溫帶，南北溫差及采光條件差距較大。另外，我國的夏熱冬冷地區多，占我國國土的大部分地區，主要分布在我國東部、中部地區，是我國人口尤為密集、經濟也最為發達的地區。該區域最熱月的室溫均為25℃～30℃，相對濕度均為80%左右。夏季的氣候特點是高溫高濕，較多晴日，由于太平洋副熱帶高壓深入長江內陸，整個長江地區呈現高溫少雨、晴日少風的“火爐”景象。同時，夏季也是晴雨天氣相對較多、較為舒適的時節，此時，雖然氣溫上升迅速，但夜間也降得明顯，雨前悶熱、雨后涼爽宜人。夏季我國第三種天氣便是持續陰雨，如長江的“梅雨”天氣。此時，晝夜溫差小，天氣濕度較大，感到悶濕不適，室內也宜細菌蔓延。

夏熱冬冷地區的冬季則在最冷月份室溫均為0℃～10℃，平均濕度80%左右，南方此時氣溫雖比北方高，但差距不大并且光照條件明顯不如北方，同時，光熱條件自東向西逐漸減弱，西南川蜀地區地處西部又加上受到地形影響，整個冬季天氣陰沉、雨雪綿綿，晴日更少。

西伯利亞高氣壓控制亞歐內陸，此季，西伯利亞寒潮可直接南下肆虐我國大部分地區，直接致使降溫降雪天氣。

總體而言，夏熱冬冷地區并非最惡劣的天氣地區。冬季不如嚴寒極地之冷，夏季也比赤道酷熱地區爽朗，已經是人類最為適宜的氣候地區。住宅建筑的節能設計需要立足本地區的實際氣候變化需要，不斷滿足人們的實際生活舒適需求，在此之上盡力完成節約消耗、環境保護之功效。根據不同的功能住宅建筑空間組成不同，人們在其中的活動內容不同及作息時間段不同等適當調整設計。

研究結果表明：人們對于臥室在夜間的室溫要求較高，某城市住宅生活設計主要考慮臥室里面的熱環境狀況，迫于住宅節能可承受的經濟能力，大多數的居民希望對建筑進行必要的節能改造。

3 夏熱冬冷地區住宅節能優化設計

3.1 住宅節能優化設計的基本思路

住宅節能優化設計在夏熱冬冷地區的應用應根據本區域氣候的特征而定，于是，設計涉及到夏季隔熱、冬季保溫、過渡時節除濕及自然通風等方面的自然因素考慮。所以，在進行住宅圍護結構的設計時，除夏季的隔熱效果是圍護結構設計解決熱工設計的關鍵之處以外，鑒于冬季自然狀況，設計時還需考慮冬季的保溫作用，另外，該地區的空調采暖運行的方式、自然通風和室外熱作用間的關系等方面也需要參考。該地區現有的大多數住宅是磚混式結構，即：外墻為磚墻或者是混凝土輕型空心磚塊、室內外抹灰。

怎樣確立該地區的外圍護結構的熱工設計標準，要考慮以下幾方面：

1)該地區的住宅建筑造價、取暖設備價格、社會等方面的環境費用以及國家對該區域的住宅建筑提出的節能標準要求;

2)該區域住宅詳細的規劃設計、體形、窗墻比和對于自然通風的組織等;

3)建筑在該地區氣候環境條件下的熱過程特征狀況，尤其是夏季的高溫條件下，對于圍護結構熱穩定狀況的考驗特征等。

建筑圍護結構的構造與熱工參數表見表1。

表1 建筑圍護結構的構造與熱工參數表

3.2 靈活性設計應對冬夏氣候矛盾

適合這一地區特色的合理住宅節能設計必須是以氣候環境、建筑處于的場所環境以及居住人的具體情況而考慮設定的。夏季高溫多雨、冬季嚴寒干燥是這一地區的主要特點，冬夏季節氣候變化大、南北受太陽輻射條件及季風等因素影響以致光熱、溫度、濕度差距亦是懸殊。所以在這一地區冬夏氣候矛盾的情況下，如何靈活設計夏熱冬冷地區住宅節能以適應四季變化則是問題的關鍵，需要我們在總體的環境布置、空間的建筑結構、造型的處理等方面綜合考慮，此外強化運用技術與自然環保資源采暖節能，創造舒適的居住環境。總體住宅布局上，要考慮氣候環境的特征合理布局住宅建筑的朝向、建筑間距與小區綠化問題等，以達到夏季良好通風、降溫散熱、遮陽避暑，冬季利用光照、阻擋寒風保暖等效果;建筑間距對于散熱通風十分關鍵，應根據地區的夏季較多東南風、冬季西北風及夏冬太陽光照不同等特點而設計。此外，住宅區域內的植被綠化工作對于建筑不同季節的熱環境影響明顯，也應該充分利用。

總之，靈活性的設計需要對住宅外圍護結構根據當地的氣候變化做出適當的調節，如：建筑空間的封閉與開敞的調節等。于是，住宅設計將被動建筑體和附加住宅設備相結合，使構造更加舒適、節能而環保。

3.3 地下的冷熱源及相變制冷技術

夏熱冬冷地區年均溫度是18℃左右，已經是人類適宜的溫度。鑒于地表溫度的變化在地下土壤中逐漸銳減及變化相對滯后的特性，所以在冬季，地下淺層的溫度較地表高，在夏季則相反。于是，可以說，地下淺層是一個很好的冷熱源。所以我們可以將空氣輸入地下淺層埋藏的管道中，然后經過加熱或者冷卻輸往室內，如此將室內冷熱負荷與地下冷熱源進行靈活互動，利于改善我們的室內熱環境。

相變制冷技術則是利用了太陽能蒸發多孔材料水分的原理來冷卻建筑的外表層。研究曾表明，此法效果明顯，夏季建筑表層受強烈輻射溫度達50℃以上，使用后可使其降低近1/2的溫度，利于室內溫度與濕度的調節。

3.4 植被綠化調節溫度

住宅建筑小區的植被綠化對于區域內的氣候具有一定調節的良好作用，在當代城市住宅環境調節與保護中具有重要意義。植被綠化是利用了植物的光合作用、從地面吸收水分及葉面蒸發、蒸騰的作用對環境進行調節溫度與濕度。植物有利于降低建筑外圍護結構的外表面溫度，調節室內熱環境，降低室內空調的能耗，達到能源節約與生態保護的雙重效果。此外，住宅區綠化還利于改善小區的環境、豐富小區生活、減少住宅區空氣與噪聲污染、降低溫室效應及調節碳氧平衡的多重作用。住宅區植被綠化調節溫度示意圖如圖1所示。

圖1 住宅區植被綠化調節溫度示意圖

4 結語

總之，在社會經濟與科學技術不斷發展進步的今天，人們的環保節能意識與追求舒適生活環境的觀念也在不斷提高。于是，又在科技日新月異的時代下，我們需要駕乘時代進步的風帆，實現夏熱冬冷地區住宅節能的優化設計，不斷提升我們的節能技術水平及應用。如此，我們的居住環境才會真正的實現可持續化的舒適。在我國人口眾多、能耗巨大，經濟與社會發展面臨資源短缺與環境壓力的今天，加快住宅的優化節能設計更具深遠的現實意義。

［1］ 常婧瑩.建筑節能的重要性及建筑的節能設計［J］.河南建材，2010(3)：41-42.

［2］ 何偉驥.夏熱冬冷地區太陽能利用與建筑整合設計策略研究［D］.杭州：浙江大學，2007.

［3］ 彭邦敏.住宅建筑節能技術在夏熱冬冷地區的運用研究［D］.景德鎮：景德鎮陶瓷學院，2011.

［4］ 肖 健.淺談建筑節能的重要性及建筑的節能設計［J］.今日科苑，2009(20)：18-19.

［5］ 陳 豐.夏熱冬冷地區居住建筑節能技術綜合應用研究［D］.長沙：湖南大學，2008.

［6］ 張聲波.采暖區城市既有住宅生態化改造設計研究［D］.天津：河北工業大學，2007.