夏熱冬冷地區(qū)住宅建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的探討

摘 要：本人結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)夏熱冬冷區(qū)域性地區(qū)的住宅建筑節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并提到自己的觀點(diǎn)和一些初步的建議，與同行共商。

關(guān)鍵詞：夏熱冬冷；住宅建筑；節(jié)能設(shè)計(jì)；隔熱保溫

在夏熱冬冷地區(qū)實(shí)行住宅建筑節(jié)能意義重大，住宅建筑的節(jié)能化設(shè)計(jì)既可使人們的生活環(huán)境更舒適，又可以提高資源的利用效率。夏熱冬冷地區(qū)的主要矛盾是如何應(yīng)付夏季的高溫酷暑，其次是要注意住宅冬季的保暖。本文從住宅建筑設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，研究該區(qū)域住宅節(jié)能，探討技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理以及社會(huì)和環(huán)境可以承受的建筑技術(shù)措施。

一、建筑空間設(shè)計(jì)的節(jié)能措施

建筑空間設(shè)計(jì)的節(jié)能措施是指利用建筑的造型、朝向、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、保溫構(gòu)造、外窗遮陽(yáng)構(gòu)造以及空間布局的通風(fēng)等來(lái)進(jìn)行節(jié)能降耗設(shè)計(jì)。合理的建筑措施應(yīng)該在夏季有效地組織通風(fēng)和減少太陽(yáng)輻射，防止室內(nèi)過(guò)熱和潮濕。在冬季有效地利用太陽(yáng)能和對(duì)外墻、外窗進(jìn)行保溫，提高室內(nèi)溫度。從建筑設(shè)計(jì)手法來(lái)分析，有采用空調(diào)設(shè)備和不采用空調(diào)設(shè)備兩種情況。

1.1 不采用空調(diào)設(shè)備的建筑設(shè)計(jì)手法

不采用空調(diào)設(shè)備時(shí)，利用自然界的物質(zhì)和環(huán)境的物理性能，以建筑空間組合設(shè)計(jì)的手法來(lái)防止惡劣的室外熱環(huán)境對(duì)室內(nèi)的影響，并組織良好的通風(fēng)條件，以創(chuàng)造出適合人居住的微氣候條件，形成舒適的室內(nèi)熱環(huán)境。這種手法有以下五種。（1）“通”——組合的空間布局能通暢地疏導(dǎo)氣流，從而降低室內(nèi)氣溫和蒸發(fā)熱量，使人體感到舒適。 （2）“敞”—— 建構(gòu)開(kāi)暢的空間，如暢廳、暢廊、暢陽(yáng)臺(tái)、高層中開(kāi)洞的空中花園等形式。 （3）“陰”——建構(gòu)某些太陽(yáng)輻射難以達(dá)到的陰空間，使戶外處于隱蔽的地位，接受的太陽(yáng)輻射熱相對(duì)較少，空間的氣溫較低，從而形成陰涼的空間環(huán)境。（4）“隔”——將住宅中主要使用空間與受熱輻射較大的部位隔離開(kāi)來(lái)。如東西向墻面太陽(yáng)熱輻射強(qiáng)度大，為保證臥室、起居室等主要使用空間的熱環(huán)境條件，將輔助空間如廚房、衛(wèi)生間、樓梯、電梯間、儲(chǔ)藏室等布置在東西向墻與主要居室之間，使兩者隔離。 （5）“避”—— 住宅內(nèi)的居住空間特別是起居室和主臥室，應(yīng)盡量避免東西向，尤其是西向。因西曬時(shí)間長(zhǎng)，夜間難以退涼，使居住者難以入眠。如平面組合中難以避免西向臥室，也應(yīng)采取凹口或鋸齒形墻面，使其改變開(kāi)窗朝向，避免西向開(kāi)窗。

1.2 采用空調(diào)設(shè)備的建筑設(shè)計(jì)手法

在夏熱冬冷地區(qū)，夏季使用能源驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)來(lái)降低室內(nèi)溫度；冬季以空調(diào)機(jī)或其他采暖器制熱以提高室內(nèi)溫度。在濕度高的季節(jié)，還可以用除濕機(jī)除濕，以保證室內(nèi)濕度合適。為了節(jié)省空調(diào)設(shè)備的耗能，建筑空間設(shè)計(jì)的措施是控制體型系數(shù)和窗墻面積比。

（1）降低體形系數(shù)。所謂體形系數(shù)就是建筑物與室外大氣表面接觸的外表面積與其所包圍的體積的比值。由于室內(nèi)外有溫差，建筑的外表面積越小，空調(diào)的能耗越小。夏熱冬冷地區(qū)與北方采暖地區(qū)相比，體型系數(shù)對(duì)全年建筑能耗的影響要小一些，不宜限制過(guò)死，但也不應(yīng)超過(guò)0.3～0.4。如果在設(shè)計(jì)時(shí)忽視住宅的體型系數(shù)，就會(huì)給建筑節(jié)能留下隱患。

（2）縮小窗墻面積比。所謂窗墻面積比是窗戶洞口面積與房間立面單元面積之比值。關(guān)于窗墻面積比的確定，基本原則是依據(jù)這一地區(qū)不同朝向墻面冬、夏日照情況（日照時(shí)間長(zhǎng)短、太陽(yáng)總輻射強(qiáng)度、陽(yáng)光入射角大小），冬、夏季季風(fēng)影響、室外空氣溫度、室內(nèi)采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及開(kāi)窗面積與建筑能耗所占比率等因素，綜合考慮確定，一般控制在0.2～0.5之間。關(guān)于窗墻比主要是東西向，南北向的要求倒沒(méi)那么嚴(yán)。

對(duì)夏熱時(shí)間較長(zhǎng)地區(qū)的建筑，首先要?jiǎng)?chuàng)造良好的自然通風(fēng)降溫條件，盡量減少采用空調(diào)的時(shí)間。

二、考慮夏季強(qiáng)化隔熱構(gòu)造的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)措施

夏熱冬冷地區(qū)的節(jié)能，考慮夏季的隔熱，夏季的室外比室內(nèi)熱量大，主要是阻擋外面的熱進(jìn)入居室。如何強(qiáng)化外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱構(gòu)造，就成為實(shí)現(xiàn)良好室內(nèi)熱環(huán)境的關(guān)鍵。強(qiáng)化隔熱構(gòu)造的具體措施有以下幾點(diǎn)：

2.1 屋蓋、墻體的隔熱構(gòu)造

利用物質(zhì)的傳熱、隔熱、對(duì)流、輻射、反射、蒸發(fā)等物理性能，來(lái)設(shè)計(jì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造，可以提高熱阻，減小傳熱系數(shù)，從而減少室外熱環(huán)境對(duì)室內(nèi)影響。特別是建筑的屋蓋和東西向墻體是受太陽(yáng)輻射最多的部位，設(shè)計(jì)中應(yīng)其重點(diǎn)處理。

2.2 門(mén)窗的構(gòu)造

窗是采光、通風(fēng)的通道，同時(shí)也是隔熱的薄弱環(huán)節(jié)，為了提高其隔熱效果，可采取以下措施。①提高門(mén)窗的氣密性。門(mén)窗如采用性能良好的密封條，可減少空氣滲透，在使用空調(diào)時(shí)，能有效減少能耗。②減少玻璃的輻射熱透過(guò)率。如采用熱反射玻璃，在玻璃上貼反射性的鍍膜等，均有較好的效果（圖1，2）。③增加窗的熱阻。如采用中空玻璃，既增加熱阻，又增加隔音效果。④窗的遮陽(yáng)。根據(jù)窗的不同朝向，按太陽(yáng)高度角和方位角，采取水平式、垂直式、擋板式或綜合式的遮陽(yáng)或設(shè)置活動(dòng)遮陽(yáng)，能有效地減少太陽(yáng)光的輻射熱進(jìn)入室內(nèi)（圖3）。

三、做好夏季隔熱設(shè)計(jì)的同時(shí)，還應(yīng)做好建筑冬季保溫的節(jié)能設(shè)計(jì)

在夏熱冬冷住宅建筑中，建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)是熱量損失的一個(gè)重要部分。設(shè)計(jì)人員在考慮做到夏季改善居住建筑隔熱性能同時(shí)，也應(yīng)做好建筑在冬季的保溫性能，這樣就能大大地增強(qiáng)居住建筑物的熱穩(wěn)定性能，從而降低建筑夏季空調(diào)和冬季采暖等能耗，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)居住建筑的節(jié)能。

（1）保溫墻體材料的選擇。通過(guò)在建筑中使用一些保溫墻體材料，比如，混凝土空心砌塊作為一種承重墻的新型墻材，生產(chǎn)能耗低，價(jià)格又廉價(jià)，而且施工也非常方便，是居住建筑節(jié)能墻體的合適選擇，可增強(qiáng)夏熱冬冷地區(qū)居住建筑的保溫隔熱效果，從而推進(jìn)建筑節(jié)能工作。

（2）外墻外保溫體系設(shè)計(jì)措施。目前，在建筑領(lǐng)域相對(duì)成熟使用比較多的外保溫節(jié)能技術(shù)主要有EPS聚苯板外墻外保溫體系、XPS擠塑聚苯板外墻外保溫體系以及高層外墻外保溫成套技術(shù)等。這些外墻外保溫技術(shù)很適合在夏熱冬冷地區(qū)的居住建筑中使用，從而達(dá)到建筑節(jié)能的目的。

（3）節(jié)能門(mén)窗技術(shù)以及屋面保溫體系等方面的設(shè)計(jì)措施。在居住建筑中采用單層玻璃，由于這種玻璃的密封性比較差，所以玻璃的隔熱保溫性能也不太好。在炎熱的夏季，如果沒(méi)有采取一些遮陽(yáng)措施，大量的太陽(yáng)熱輻射就會(huì)進(jìn)入到室內(nèi)，而冬季，冷空氣也會(huì)大量滲透到室內(nèi)中來(lái)。這樣以來(lái)，夏熱冬冷地區(qū)的采暖和空調(diào)使用就會(huì)增加，消耗了許多能源。如果我們依據(jù)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)合理限制建筑中的墻窗比例，就可以增加建筑門(mén)窗的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。

（4）做好夏熱地區(qū)居住建筑屋面隔熱和保溫。第一，在建筑屋面上加蓋巖棉板。巖棉板是一個(gè)具有隔熱保溫作用的方形箱子，它是由水泥膨脹珍珠巖制成，箱子里面有巖棉板，把它倒放在建筑的屋面上，就可以在屋面和板面之間構(gòu)成一個(gè)空氣間層，從而起到保溫隔熱的作用。

結(jié) 語(yǔ)

做好住宅建筑節(jié)能設(shè)計(jì)，既要盡量利用自然界的物理性能去加強(qiáng)通風(fēng)與隔熱降溫，還要從建筑布局、建筑空間處理、建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)和新型隔熱保溫材料選取等方面采取綜合的節(jié)能措施。設(shè)計(jì)時(shí)，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要滿足節(jié)能要求，并要協(xié)調(diào)好采光、通風(fēng)、隔熱保溫等方面的矛盾，使經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益與社會(huì)效益統(tǒng)一起來(lái)，達(dá)到綜合節(jié)能的目的。

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