論嶺南地區建筑節能設計的探索與運用

潘裕盈

（廣東省建科建筑設計院有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

2022年3月，住建部印發的“十四五”建筑節能與綠色建筑發展規劃明確2025年前完成以下目標：對既有建筑進行的節能改造面積達到3.5億m2以上，城鎮新建建筑全面建成綠色建筑，建設發展圍繞“綠色、低碳、循環”為核心，為實現碳達峰奠定基礎。這項政策，標志著“綠色”、“節能”將成為建筑設計的重中之重，如何科學有效、經濟適用地進行建筑節能設計將是本文重點闡述的內容。

建筑節能指的是在建筑的規劃、設計、建（改）造和使用中，采用節能材料、技術、設備等方式提高隔熱保溫性能，在保證室內舒適性的前提下，減少熱水供應、供熱供暖、空調制冷制熱、照明使用的能耗。在日常的工作生活場景中，完備的建筑物保溫措施能縮短空調制冷及供暖全年使用天數，降低使用強度；門窗尺寸與形式的合理設計，能有效改善室內的通風和采光，減少新風系統的安裝或使用，縮短使用空調降溫時長，減少和縮短照明的強度和使用時長。

本文以嶺南地區的建筑為主要研究對象。嶺南地區以南嶺（五嶺）為分界線，南嶺以南即為嶺南。南嶺為江西、湖南、廣東、廣西四省邊界的一條東北-西南走向的山脈，山脈海拔800～2000m。冬季我國天氣受西伯利亞高壓控制，冷空氣從蒙古高原南下，至南嶺受阻，使得嶺南地區冬季氣候溫和；地處亞熱帶地區（部分位于熱帶地區）沿海，夏季受季風和海洋暖濕氣流影響，導致夏季炎熱，雨量充沛。總的來說，嶺南地區幾乎無冬，常年氣溫高且濕度大，溫差小，太陽輻射強烈，降水充沛。在節能設計地域劃分上，嶺南地區按照節能設計標準的地域劃分屬于夏熱冬暖地區，南區可不考慮冬季采暖，北區需兼顧冬季采暖。

1 規劃與建筑空間布局對節能的影響

嶺南地區長夏無冬，炎熱潮濕，建筑的規劃和設計需要重點關注通風散熱。該地區夏季盛行東南風和西南風，在設計上應充分利用沿海地區風力資源，采用自然通風形式改善地區熱環境。建筑布局宜順應主導風向，南北布置，成組建筑物應合理設置建筑位置及樓距，樓棟布局上交錯排列能使房間獲得最大的自然采光和通風，這對小區住宅來說尤為重要。建筑群應整體布局，連續面長度按照規范設計不得過長，不僅增強外立面的美觀程度，更能促進通風導風，增加區域舒適度，強化建筑通風節能效果。在建筑平面布局中，盡可能將主要用房設置在通風良好，采光充足的朝向，增加室內的宜居性，減少對空調、照明的使用[1]。

建筑物體形系數對建筑物保溫性能有一定影響，在冬季室內外溫差較大的北區需要考慮建筑的體形系數，少采用復雜造型，以減少外圍護結構傳熱損失對室內保溫節能的影響。根據這一點，一些存在部分架空或二層及以上局部突出的建筑，其挑空樓板常以鋼筋混凝土為主要材料，鋼筋混凝土傳熱系數高，挑空樓板需額外增加保溫措施，以減少室內溫度散失。

2 圍護結構的節能設計

外圍護結構的節能設計是建筑節能的重要組成部分。建筑室內空間的舒適程度，取決于室外氣候與外圍護結構的性能。本篇將著重從建筑外圍護結構的設計入手，羅列在建筑設計中減少能耗，促進節能的方法。

2.1 外墻

外墻材料的選擇對建筑節能有重要的影響，墻體自保溫隔熱成為趨勢，加氣混凝土、陶粒混凝土空心砌塊等多孔材料的應用也愈加廣泛。在實際的工程項目當中，框架建筑外墻填充墻通常采用加氣混凝土砌塊。加氣混凝土砌塊（B07）密度為700kg/m3，導熱系數為0.180W/（m·K），抗壓強度等級為5MPa，燃燒等級A級。這種材料輕質，密度是普通混凝土的1/5，可以減輕建筑自重，降低建筑造價；材料內部為多孔結構，起到墻體自保溫的作用；多孔結構同時具有一定吸聲能力，滿足普通房間的使用需求，能有效減少造價，降低施工難度，縮短施工時長。

一些特殊建筑，例如監獄、戒毒所等具有監管性質的建筑要求外墻采用實心墻體，如灰砂磚［導熱系數1.100W/（m·K）］、鋼筋混凝土［導熱系數1.740W/（m·K）］等材料。這些材料密度大，導熱系數高，作為外墻不能滿足節能保溫要求，需增加較厚的保溫材料。

除了外墻主體外，建筑外墻面色澤也會對建筑節能效果產生影響，顏色越淺，光澤越好，太陽輻射吸收系數越低，建筑蓄熱能力減小，外墻內表面溫度降低。采用表面光滑的淺色外墻磚比表面粗糙的深色外墻磚節能效果更好[2]，部分公共建筑例如辦公樓、商業大樓、酒店等建筑采用鋁板幕墻、金屬漆作為外墻材料，光澤良好，太陽輻射吸收系數低，性能比外墻飾面磚或普通涂料更突出。對于部分實心墻體的保溫如果采用常規保溫材料如?；⒅?、無機輕集料Ⅰ型等保溫砂漿可能會使保溫層厚度過大，導致內墻局部增厚影響室內空間，同時施工難度上升，產生難以掛漿、保溫系統安全性降低、面層剝落等狀況，反射隔熱涂料與內墻保溫砂漿聯合使用能輔助降低內保溫材料的厚度。

2.2 屋面

由于長時間接受太陽直接輻射，因此屋面是建筑受熱最強的部位之一，需要特別注重隔熱措施。建筑屋面材料的色澤決定屋面的太陽輻射吸收系數，因此宜避免選用深色粗糙材料作為屋面飾面。屋面保溫層通常采用擠塑聚苯乙烯塑料泡沫保溫板（又名XPS保溫板，密度為35.0kg/m3，導熱系數0.030W/（m·K），燃燒等級B1級），XPS保溫板保溫性能好，質量輕，抗壓強度高，吸水性低，難燃燒，能很好地滿足屋面保溫及使用需求，被廣泛應用在屋面、墻體、通風管道等部位。根據嶺南地區降水量大，沿海風速大的特點，還可以采取蓄水屋面、種植屋面、通風屋頂等隔熱形式，采用以上方式需要計算屋面荷載，種植屋面還需計算培植土的厚度，設計種植類型。

2.3 門窗

門窗是整個建筑外圍護結構中保溫性能最薄弱的部分，影響外窗熱工性能主要有以下兩大方面：玻璃遮陽系數和傳熱系數。玻璃遮陽系數反映是玻璃阻擋熱量向室內輻射的能力，玻璃遮陽系數越小，節能效果越好。6mm單片普通透明玻璃的玻璃遮陽系數為0.93，外窗傳熱系數6.46W/（m2·K），雙白中空玻璃（6mm透明+12mm空氣+6mm透明）的玻璃遮陽系數為0.75，外窗傳熱系數4.00W/（m2·K）（以上外窗窗框采用鋁合金窗框，取值均為節能軟件計算值，具體需參考廠家產品參數），同等條件下，中空玻璃窗的傳熱系數遠低于單片玻璃窗，能有效提高玻璃的保溫性能。其次，對玻璃表面進行處理，也能大幅度降低玻璃的傳熱系數，例如吸熱玻璃、熱反射玻璃、Low-E玻璃等。Low-E玻璃作為一種新型節能鍍膜玻璃，它的金屬或化合物膜能有效阻擋透過玻璃的熱輻射，其高透可見光、高反射中遠紅外線的特點，使其成為目前最廣泛使用的節能玻璃之一。除了采用優性能的玻璃外，提高外窗氣密性、限制窗墻比也能提高節能效果[3]。

2.4 遮陽

外窗設置遮擋設施能有效阻擋太陽熱量向室內輻射，使室內溫度維持在相對舒適的水平。日常生活中水平遮陽運用最為廣泛，而近年來，隨著建筑造型設計的不斷突破，不再是以往附加金屬雨篷兼具遮陽擋雨功能的方式，而是各種類型的遮陽形式融入到建筑外立面的設計當中。遮陽設施同樣也在與時俱進，作為百葉遮陽的一種，新型遮陽措施——玻璃中空百葉窗能很好滿足節能遮陽要求，它安全美觀，遮陽效果優秀，適合有較高遮陽要求的建筑。

3 建筑節能設計在實際建筑工程中的應用

案例一：建鑫花園一期項目（圖1）位于佛山市順德區樂從鎮，規劃總建筑面積為115711.58m2，包含租賃式住宅、商住樓，配備幼兒園、小學等設施。其中住宅部分采用裝配式結構，南北朝向，建筑高度為100m，外墻為現澆混凝土墻。由于外墻墻體為混凝土，保溫性能較差，采用常規保溫材料無機輕集料Ⅰ型作為外墻內保溫，經過斯維爾節能計算軟件得出保溫層厚度需要做到30mm才能滿足節能的要求。保溫層加上找平層、面層等部分總厚度超過40mm，墻體內表面過厚施工有難度且存在安全隱患。因此根據廠家提供的產品參數：隔熱膩子［導熱系數0.054W/（m·K）］，柔性隔熱反射涂料（外表面太陽輻射吸收系數0.16，修正后：0.32）調整方案，隔熱膩子厚度14mm能滿足節能要求。

圖1 建鑫花園一期項目鳥瞰效果

由于在臥室設置凸窗增加了大量建筑外表面積，不利于節能，需考慮如何減少通過外窗產生的熱量傳遞，在夏熱冬暖地區主要考慮的因素是夏季太陽直射導致的熱輻射過大，使室內溫度上升過高，增加使用空調產生的能耗。從兩方面入手，一方面是采用性能良好的窗戶，例如采用Low-E玻璃甚至是中空Low-E玻璃，配隔熱窗框。另一方面需要增強外遮陽設施的布置。百葉遮陽在遮陽構件中效果最佳，采用玻璃中空百葉窗能很好地滿足遮陽要求，但30多層總共1500多扇玻璃窗造價過高，最終采用以下方案：在凸窗四周設置綜合遮陽構件，玻璃窗上窗扇作為固定扇，增加與固定扇等高百葉作為遮陽構件，既不影響窗扇開啟，也能一定程度上起到遮陽隔熱作用。

案例二：中山大學珠海校區一號學院樓群項目（圖2）位于珠海市高新區，項目含1棟公共服務中心和2棟教學樓，規劃地上總建筑面積約為2.9萬m2。該項目依據甲方對建筑外立面的造型需求，設置了大量跨層玻璃幕墻，最高一扇玻璃幕墻橫跨1～5層，高度達21m。這樣大片的玻璃幕墻，不僅需按照消防要求在上下樓層之間設置防火封堵，還需要對節能提高重視。在造型上，裝飾構件設計為凸出墻體，為玻璃幕墻提供了遮陽的條件，形成了綜合遮陽。外窗采用鋁合金窗框+雙白中空玻璃的形式，通過減小玻璃的遮陽系數，增強阻擋熱輻射的能力，達到節能的目的。

圖2 中山大學珠海校區一號學院樓群項目

4 從其他方面談節能

除了土建設計，節能仍存在于建筑設計的各個面面，涵蓋各領域，貫穿從選址規劃、土建設計、設備系統設計、施工與安裝、以及后期交付使用整個流程。例如，在給排水設計中，優化熱水供應系統，增設回水管，減少冷水的浪費；配置相應的減壓裝置，降低低層用戶水壓；充分利用再生水資源，用于綠化灌溉等[4]。在電氣設計中，優化供配電系統及線路，降低能耗；采用節能燈具，把白熾燈替換成性能更高，節能環保的LED燈；采用節能型空調，發展太陽能技術和電氣智能系統，提高節能效果[5]。

5 結語

本文從建筑設計的角度，通過對建筑規劃設計、外圍護結構設計、遮陽系統設計等多個方面進行研究，結合實際工程案例運用，對建筑節能設計提出了探討。在新時代，為應對全球氣候變化，響應國家節能減排政策，實現2030年前碳達峰、2060年前碳中和目標，應重視建筑節能工作的開展，優化建筑節能設計模式，結合新型節能材料與技術，針對具體項目采取合適的節能手段。