寒冷地區住宅建筑節能設計應對策略初探

摘要：氣候是影響建筑設計的一個重要因素，在不同的地區，應有不同的建筑形態空間布局，即適應氣候的地域建筑。本文將針對寒冷地區的氣候特征并結合工程實例，從建筑圍護結構的保溫隔熱、建筑布局、建筑空間的組織等來探討該地區住宅建筑節能設計。力圖降低建筑能耗，創造建筑微氣候，并從地域技術、構造設計上來探討適應該地區氣候的住宅建筑。

關鍵詞：住宅建筑構造設計地域氣候節能

前言

隨著人類社會各方面的高速發展，全世界的能源緊缺問題日益加劇，據統計，發達國家建筑業占能源總消耗量的36%左右，而我國的能耗是發達國家的2～3倍，因此，在建筑中推廣節能勢在必行。建筑師必須從 “可持續發展”的角度去審視我們的建筑設計，從根本上降低建筑能耗，減少對采暖的依賴性。接下來，我將通過對建筑外圍護結構的保溫隔熱、建筑布局、建筑空間的組織和太陽能的利用方面介紹和研究，探討一些適合寒冷地區建筑的節能措施。

1.寒冷地區氣候特征

寒冷地區冬季寒冷干燥，夏季炎熱濕潤，降水量相對集中。冬季夏季持續時間長，春秋季短促，氣溫變化劇烈，雨水稀少，多為大風沙天氣，夏季多冰雹和雷暴。這一地區的冬夏兩季的氣候差異巨大，各主要城市冬季月平均溫度基本都在0℃以下，夏季各主要城市的月平均溫度約為26℃左右，與南方城市相差不大。季風氣候也是寒冷地區氣候的一個顯著特點，該地區全年的主導風向呈季節性變化，冬季西北季風和夏季東南季風為主。

根據這一地區的氣候特點，建筑物的冬季保溫、防寒、防凍，夏季隔熱就成為建筑節能設計的主要內容。

2.寒冷地區住宅建筑中的節能設計

為適應寒冷地區的氣候特征，必然要產生一系列適應性的節能措施。

2.1加強圍護結構的保溫措施

寒冷地區由于冬季較為寒冷干燥，使得冬季減少向室外傳遞熱量成為節能的有效方法之一。根據建筑的熱工機理，室內暖氣的輻射熱投射到建筑內表面時，其中一部分被反射回來，一部分被墻體吸收。而被建筑物墻體吸收的熱量一部分向室內傳遞，另一部分則以長波輻射和空氣對流的形式向室外散發。顯然，散發到室外的熱量越多，保留到室內的熱量就越少。因此，加強外圍護結構的保溫性能，即對屋面、外墻、架空或外挑樓板、門窗等部位的保溫措施就成為建筑師進行建筑節能設計的主要內容，從而在外圍護結構中阻隔室內的熱量向室外傳遞，這樣一來，冬季建筑從室內所吸收的熱量將大量地聚集在建筑的內表面，促使建筑的內表面溫度升高，從而進一步提高了建筑內表面與環境之間的溫度差，有利于建筑向室內散熱。同時，在一層地面設置保溫層，增加地面的熱阻，也能達到保溫隔熱效果。還有，該地區屬季風氣候，風沙比較大，在北入口的單元門裝設門斗，也有助于冬季的保溫與防風沙。另一方面，寒冷地區由于夏季炎熱，因此夏季隔熱也就成為建筑節能設計的內容，加強外圍護結構的保溫性能，也有利于夏季隔熱，從而減少空調、風扇等的利用。同時，外墻采用白色粉刷或用淺色飾面來提高外墻輻射，達到隔熱的作用。

在住宅建筑中，窗戶也是一個獨特的圍護結構構件。一方面它要阻擋外界環境變化對室內的侵襲。另一方面是人在室內觀賞室外景物滿足人們心理上的渠道。所以窗戶同時承擔著隔絕與溝通室內外這兩個互相矛盾的任務。一般普通窗戶（包括陽臺的透明部分）的保溫性能比外墻差很多，在建筑能耗中，通過窗造成的能耗占到了建筑總能耗的40%左右，因此，對寒冷地區而言，窗戶的熱工性能問題是外圍護結構設計中的一個極為重要的因素，其主要問題是該如何改善以及防止空氣滲透。從而在冬季滿足自然采光的同時減少熱量從室內向室外傳遞，夏季還要能夠盡可能得使熱量滯留在室外。目前，窗戶節能最常用的方法是采用多層空氣間層的玻璃窗，如使用中空、隔熱和反射的玻璃等。同時，窗框靠墻部位的縫隙，采用如玻璃棉、泡沫膠、礦棉氈等高校保溫材料和嵌縫密封膏密封填堵。

2.2建筑布局

在寒冷地區，因大部分地區日照非常充足，西曬比較嚴重，為減少西曬的影響和符合當地居民喜好，所以住宅樓以行列式、南北向為主進行布置。同時，由于太陽高度角和方位角的變化規律，南北朝向的建筑冬季可以增加建筑物輻射得熱，從而，降低建筑物的采暖負荷。計算證明，建筑物的主要朝向如果由南北改為東西向，耗熱量指標明顯增大。同時，根據寒冷地區夏季的最大頻率風向，建筑物的主體朝向南北向，也有利于自然通風。所以，寒冷地區建筑物的大部分應以南北向為主進行布置。

2.3內部空間的組織與劃分

為了適應寒冷地區的氣候特點，達到節能降耗的目標，建筑物在內部空間的組織和外部體型上都帶有明顯的地域性。具體做法是：住宅采用多單元組合，平面采用簡單的矩形平面，避免出現過多的凸凹變化，并適當加大住宅的進深，從而減小建筑物的體型系數。門窗采取“南大北小、東西少”的形式，在保證通風與采光的條件下，減少窗戶的建筑能耗。在平面布局上采取南北通透，保證不同方位的住房之間有流暢的氣流用以形成穿堂風，盡量減少人工照明、設備采暖及制冷的使用，從而達到節能的效果。

2.4太陽能的利用

太陽能取之不盡，用之不竭，除了設備成本外幾乎無需再投入，具有很好的經濟效益。太陽能加熱每噸水相比電加熱可省電20～30KW·h，按照每戶每天用熱水量120kg計算，每年每戶可省約800元。同時，太陽能集中供熱水系統采用智能化的控制技術，只要有太陽光，太陽能集熱器就會產生熱水，實現了最大程度利用太陽能，最少消耗能源的的效果，是未來節能手段的發展趨勢之一。

3.具體的方案實例分析

下圖為某寒冷地區國有工礦棚戶區改造項目的戶型，該戶型較好的利用了地域性建筑設計的構造特點，滿足建筑節能的設計思想。

該工程建筑物在住宅的外墻、屋面、樓地面、門窗、樓梯間等處均采取前述保溫節能措施，使每戶形成一個封閉的絕熱系統，有效的防止了“冷橋”的產生，節能的同時使居住的舒適度大大提高。在建筑布局上采用行列式、南北向為主進行布置，從而，降低建筑物的采暖負荷，有利于自然通風。建筑平面設計時，采用簡單的矩形平面，通過合理控制戶型的開間、進深，保證每個房間均有足夠的采光和通風，客廳、臥室等主要房間朝南，爭取最大限度利用太陽能直接得熱，餐廳、廚房、衛生間等朝北布置，成為南向臥室的防寒空間，南向的窗戶較大，北向的窗戶較小，保證通風、采光的情況下，減少能耗。同時，在屋頂設置太陽能集中供熱水系統，將太陽能熱水與住戶的給水系統相結合，保證了用戶水龍頭即開即熱，實現了一次投資，長期收益，達到節能環保的作用。

在寒冷地區我們可以找到許多類似的建筑形式：沒有過多凸凹變化矩形平面設計、封閉陽臺、 “南大北小、東西少”的門窗形式等。這都是勞動人民根據當地的氣候特征，所創造出的建筑形態，是一種建筑文化的體現。在建筑設計中應該在氣候環境設計的基礎上尋求一種繼承文脈的理念，因為氣候不只是影響建筑的一個自然環境，還與文化息息相關，設計者應該貫徹“形式追隨氣候的”思想。盡可能的對該地區的建筑文化進行更深層次的追求與思考。

結束語

隨著國民經濟的不斷發展，我國的住宅工程經歷了提供必要的居住條件和滿足一定的舒適性要求兩個發展階段。近幾年，人民對住宅的舒適性要求越來越高，能源的需求量也隨之日益增加，能源利用情況緊張，而常規能源的大量使用必將對環境造成不利影響。在這種前提下，有在不犧牲環境質量的前提下，以較低的能耗為人們提供健康、舒適的居住環境。就成為建筑師進行建筑設計的理念之一。對于人居環境的探討，一直以來都是建筑界所關注的問題。無論是在建筑節能、降低建筑能耗，還是在提高人居舒適度，創造新型的住宅建筑，都應該是未來住宅設計的方向。所以我們要從建筑的各個方面出發，實現開源節流，降低建筑能耗、提高可再生能源的利用，向著真正的綠色建筑邁進，實現建筑領域真正節能。

參考文獻：

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