基于建筑節(jié)能的高層住宅建筑設(shè)計(jì)探討

周 永

(黃岡師范學(xué)院，湖北黃岡438000)

《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》建筑節(jié)能指的是“民用建筑在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造和使用過程中通過采用新型墻體材料，執(zhí)行建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)建筑物用能設(shè)備的運(yùn)行、管理，合理設(shè)計(jì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，提高采暖、制冷、照明、給排水和通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率以及利用可再生資源，在保證建筑物使用功能和室內(nèi)熱環(huán)境的前提下，降低建筑能源消耗、合理、有效地利用能源的活動(dòng)”[1]。 住宅工程建筑節(jié)能是一個(gè)全方位、全過程、綜合性的系統(tǒng)工程，它包括了墻體、幕墻、門窗、屋面、樓地面、給排水、暖通工程、電氣照明、室內(nèi)外管網(wǎng)及電梯等諸多方面的內(nèi)容。建筑節(jié)能還應(yīng)該貫穿整個(gè)工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收、使用等建筑生命周期全過程。本文以高層住宅為對(duì)象，從建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)、空間設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)圍護(hù)設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)等四個(gè)方面介紹建筑節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。

1 建筑節(jié)能與規(guī)劃設(shè)計(jì)

通過比較分析高層住宅在規(guī)劃設(shè)計(jì)中的各個(gè)方面，我們認(rèn)為影響建筑節(jié)能的最主要的兩個(gè)因素是太陽光輻射和空氣流通。因此，高層住宅節(jié)能規(guī)劃設(shè)計(jì)的主要方向，一個(gè)方面是要降低太陽光輻射，另一個(gè)方面必須增強(qiáng)房屋建筑的自然通風(fēng)效果。

在高層住宅的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，房屋朝向、樓間間距以及房屋之間的相互組合關(guān)系是節(jié)能的重點(diǎn)要素。為滿足高層住宅建筑節(jié)能要求，首先要考慮的應(yīng)該是建筑的朝向，建筑的朝向應(yīng)與當(dāng)?shù)叵募镜闹鲗?dǎo)風(fēng)向一致，建筑群的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口位置應(yīng)結(jié)合主導(dǎo)風(fēng)合理設(shè)置，充分利用自然通風(fēng)，提高居住的舒適度。在建筑物的排列組合時(shí)應(yīng)遵循南小北大、南低北高的原則，南北朝向建筑的好處是冬暖夏涼[2]，因而夏天受到的太陽光輻射也相對(duì)東西朝向建筑少得多，可以大大節(jié)省夏季空調(diào)的用量；而在冬天，建筑受到太陽光輻射的情況則剛好與夏季相反，從而節(jié)約了建筑保溫所需的能耗，更好的起到節(jié)能作用。其次考慮的是建筑的間距，高層住宅的間距應(yīng)在滿足規(guī)范規(guī)定日照間距要求的基礎(chǔ)上適當(dāng)增大，這樣更利于居住小區(qū)內(nèi)的空氣流通，從而使建筑物與外部空氣的熱交換加快，可以有效降低建筑物的內(nèi)部溫度，從而降低建筑能耗。再次，還要考慮合理安排建筑物間的組合，在滿足采光、日照、防火等方面要求下，結(jié)合建筑經(jīng)濟(jì)因素，利用建筑物本身的自遮擋和建筑物間的相互遮擋，從而減少太陽光輻射對(duì)住宅建筑的影響。

2 建筑節(jié)能與空間設(shè)計(jì)

高層住宅建筑節(jié)能在空間布局設(shè)計(jì)上，主要考慮立面和平面兩個(gè)方面，重點(diǎn)要滿足通風(fēng)的要求。

從建筑立面設(shè)計(jì)的角度來看，應(yīng)注意兩點(diǎn)。一是要在建筑物的上部設(shè)置出風(fēng)口，使建筑物有良好的通風(fēng)效果。具體做法是在建筑物中間位置設(shè)置若干上下貫通的垂直空間，出風(fēng)口應(yīng)高出建筑物屋面。二是進(jìn)出風(fēng)口的高低要適宜。因?yàn)檫M(jìn)出風(fēng)口的高低決定了室內(nèi)空氣流動(dòng)的方向，對(duì)室內(nèi)環(huán)境影響很大。進(jìn)出風(fēng)口高度應(yīng)結(jié)合各類房間的實(shí)際使用功能設(shè)計(jì)，起居室、書房、餐廳應(yīng)以坐姿高度為參考，廚房可以站姿高度為參考，臥室可以臥姿為參考，來確定其合理的高度。

在建筑平面設(shè)計(jì)上應(yīng)注重以下幾個(gè)問題：一是盡可能地形成室內(nèi)空氣對(duì)流。通過合理安排各個(gè)房間的門窗位置和窗戶朝向，形成穿堂風(fēng)，增加房間內(nèi)部的空氣流動(dòng)，利于室內(nèi)空氣的更新。二是應(yīng)該盡可能地增加進(jìn)出風(fēng)口面積，并合理選擇窗戶的開啟形式，這樣可以使室內(nèi)保持較為穩(wěn)定的風(fēng)速和均勻的流暢性，從而大大提高室內(nèi)的舒適度。

3 建筑節(jié)能與圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

無論是住宅的冬季保溫還是夏季隔熱，都主要是通過墻、屋頂、門和窗等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱及空氣滲透來實(shí)現(xiàn)的。因此，在高層住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)。

3.1 墻體節(jié)能

墻體是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主體，其所用材料的保溫性能直接影響著建筑物的耗熱量?，F(xiàn)階段我國南方地區(qū)建筑外墻普遍采用240 mm厚粘土空心磚和實(shí)心粘土磚為墻體主要材料[3]，雖然基本能夠滿足節(jié)能要求，但從發(fā)展的角度來看，國家大力提倡采用加氣混凝土砌塊作為建筑外墻材料，這種材料的導(dǎo)熱系數(shù)較低，約0.2～0.3，可以很大程度上降低墻體傳熱系數(shù)，達(dá)到節(jié)能的效果。

3.2 屋面節(jié)能

目前，許多高效保溫材料已經(jīng)開始應(yīng)用在屋面工程中，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(guī)的瀝青珍珠巖或水泥珍珠巖做法，這樣可以克服常規(guī)作法的諸多缺點(diǎn)。屋面節(jié)能設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是：①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(yè)時(shí)因保溫層大量吸水而降低保溫效果，如果選用吸水率較高的保溫材料，屋面上應(yīng)設(shè)置排氣孔以排除保溫層內(nèi)不易排出的水分[4]。②屋面保溫層不宜選用密度較大、導(dǎo)熱系數(shù)較高的保溫材料，以免屋面重量、厚度過大。采用膨脹珍珠巖保溫芯板作為屋面保溫層，施工方便、價(jià)格低廉、不污染環(huán)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，其保溫效果更可顯示出它的優(yōu)越性。

3.3 門窗節(jié)能

外門窗是住宅能耗散失的最薄弱部位，其能耗占住宅總能耗的40%。因此，我們?cè)谑紫缺ＷC日照、采光、通風(fēng)、觀景等要求的前提下，應(yīng)盡量減小住宅外門窗洞口的面積，提高外門窗的氣密性，通過減少冷風(fēng)滲透，提高外門窗本身的保溫性能，從而減少外門窗本身的傳熱量。

(1)控制窗墻比。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，按照《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住部分)》的要求，對(duì)不同朝向的房屋窗墻比做了嚴(yán)格的規(guī)定，指出北向的窗墻比不應(yīng)超過20%、東向和西向的窗墻比不應(yīng)超過30%、南向的窗墻比不應(yīng)超過35%[5]。

(2)合理選擇窗體材料。改善住宅門窗的保溫性能，減少冷空氣滲透。窗戶上的傳導(dǎo)損失主要是通過中空玻璃邊部和窗框發(fā)生的，通過改進(jìn)邊部材料，使用更絕熱的邊部密封材料以及改進(jìn)門窗型材設(shè)計(jì)可以有效地減少這些損失，所以窗戶最好采用鋼塑復(fù)合窗和塑料窗，這樣可避免金屬窗產(chǎn)生的冷橋，可設(shè)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，提高窗的節(jié)能效果。

(3)住宅外門及陽臺(tái)門。住宅外門及陽臺(tái)門在節(jié)能設(shè)計(jì)中可采用具有保溫、隔聲、防盜等功能的多功能戶門及夾板門等。夾板門一般中間填充玻璃棉或礦棉等作為保溫材料，節(jié)能效果較好。

4 建筑節(jié)能與環(huán)境設(shè)計(jì)

4.1 建筑綠化設(shè)計(jì)

建筑綠化在節(jié)能上的效用已是眾所周知，它可以調(diào)節(jié)溫度，尤其是降低夏季溫度，利用樹木枝葉形成濃蔭可以遮擋太陽光輻射和地面、墻面和相鄰物的反射熱。經(jīng)過測(cè)試，夏季林地及草坪的氣溫要平均低于普通場(chǎng)地氣溫2～3℃。同時(shí)在中午至下午3時(shí)的升溫速率，四周有綠化房間明顯優(yōu)于無綠化房間。不同的建筑綠化布置方法也對(duì)節(jié)能起到一定效果。如臨街綠化、樓間綠化、樓旁綠化、屋頂綠化、墻體綠化等，尤其是屋頂綠化和墻體綠化對(duì)房屋內(nèi)溫度有直接影響。在樹種選擇上，以種植由高大常綠喬木與灌木組成的足夠量的綠化帶，從生態(tài)角度來改善居住環(huán)境。

4.2 建筑外遮陽設(shè)計(jì)

建筑外遮陽能有效地阻隔部分太陽光直接照射到建筑物的外圍結(jié)構(gòu)，特別是防止太陽輻射穿過窗戶直接進(jìn)入室內(nèi)，從而有效降低室內(nèi)溫度，達(dá)到節(jié)能的最終目標(biāo)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，首先要合理選擇外遮陽方式。建筑外遮陽的設(shè)置與建筑物的朝向都有著密切的關(guān)系。對(duì)窗戶遮陽而言，柵格遮陽是較好的選擇，擋板式遮陽、簾式遮陽、百葉遮陽等方式對(duì)于窗戶遮陽都有非常好的效果[4]。對(duì)于建筑墻體和屋面的遮陽，柵格遮陽和綠化遮陽是較為有效的方法。同時(shí)要合理設(shè)置遮陽板，避免影響室內(nèi)空氣的流動(dòng)速度。

4.3 合理利用再生資源

太陽能、風(fēng)能都是生態(tài)環(huán)保的可再生能源，如果能合理利用將是建筑節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。建筑內(nèi)部可以設(shè)置“太陽能煙囪”，可以實(shí)現(xiàn)無風(fēng)狀態(tài)的自然通風(fēng)。還可在建筑內(nèi)部設(shè)置太陽能熱水系統(tǒng)、空氣能熱水系統(tǒng)、太陽能供電系統(tǒng)，不僅能大大節(jié)約用電量，還減少了對(duì)周圍環(huán)境的污染。

5 結(jié)束語

建筑節(jié)能設(shè)計(jì)是我國大力推廣綠色生態(tài)建筑的一個(gè)重要方面，而住宅節(jié)能又是建筑節(jié)能的重要一環(huán)，節(jié)能住宅代表著住宅的未來，建筑節(jié)能是自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是我國現(xiàn)階段建筑業(yè)快速發(fā)展的必然選擇，大力提倡住宅建筑節(jié)能，是提高居民居住生活質(zhì)量的重要途徑，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。

[1] 中華人民共和國建設(shè)部.民用建筑節(jié)能管理規(guī)定[S].2006

[2] 吳芝葉.建筑節(jié)能在居住建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].山西建筑，2011,(16)：213-214

[3] 陳大昆. 基于現(xiàn)代住宅建筑設(shè)計(jì)中的節(jié)能處理分析探討[J]. 中外建筑，2010,(2)：133-135

[4] 王朝勇. 現(xiàn)代住宅建筑節(jié)能技術(shù)趨勢(shì)探討[J]. 荊楚理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2010,(11)：32-34

[5] GB 50411-2007建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S]