夏熱冬冷地區超低能耗住宅暖通設備管理及維護研究

王震，孫小梅

（濰坊市建筑設計研究院有限責任公司，山東 濰坊 261000）

1 工程概況

該項目地處于江蘇省東南部，南臨長江、東瀕黃海，屬于夏熱冬冷地區，夏季悶熱冬季濕冷。該項目占地面積545.98m2，建筑總面積2311.94m2，地上4層，建筑朝向南偏西16°，底層采取架空層設計。在社會經濟快速發展的背景下，我國提倡建設資源節約型社會。被動式節能設計符合“資源節約型社會”建設理念，具有以下優點：一是靈活性。通過采取被動式節能設計策略，可以更好地適應外界自然環境，利于充分地利用外界自然資源。二是能耗低。通過應用被動式節能設計策略指導設計工作，可以在不使用機械設備的情況下就可以降低建筑物的能耗。比如，通過采取建筑保溫隔熱設計策略，就可以有效地調節室內溫度，進而減少電能的使用。三是適用性強。采用被動式節能設計策略，可以增強建筑物的適用性，滿足居民對建筑物性能的需求。該項目就從“建設資源節約型社會”的角度出發構建了被動式節能設計方案，并開展了建設活動。同時在建設該項目時還采用了多種節能環保技術。所以說，該項目屬于“被動式節能住宅項目”。

2 場地規劃中的被動式節能設計

2.1 引導通風的平面布局

若是一個住宅項目能夠自然通風，就可以更好地調節室內溫度，以保證住宅項目能夠在夏季時自然通風，在冬季時獲得充足的日照，從而提高居民居住的舒適度，降低能源消耗。所以，一定要關注住宅自然通風設計工作。該住宅項目就產生了良好的自然通風效果。

2.2 風環境模擬

通過開展風環境模擬分析活動，有利于強化住宅項目通風設計效果，因此需要認識到“風環境模擬分析活動”的重要性，并認真地踐行此項工作。本項目進行了風環境模擬分析活動，詳細見圖1。由于風速圖分析，該項目在室內通風通道中能夠形成多項標準風道，最大的風速能夠達到1.2m/s；其室內的其余位置，風速處于0.1～0.8m/s范圍內，有利于確保室內空氣的流通性。此外，主要活動房間空氣齡較短，時長低于420s，大概能夠形成8.6次/h的換氣標準，也就是說，能夠保證室內空氣的清新度，有助于居民健康生活。

圖1 項目軟件模擬風速矢量

2.3 日照分析采光與溫度調節

日照分析：使用日照分析軟件11.0計算大寒日南通三建產業園外邊緣的連續日照，根據項目地區設置日照參數：項目的地理位置：東經120度12分，北緯31度41分；測試日期為冬至日；測試的間隔時間為1min；起始與結束時間分別為9時和15時，本圖計算高度為所有建筑一層窗臺最不利高度為1.05m。經過測試研究發現，在大寒日，該地區所規劃的建筑南向有3h以上的連續日照時間?？梢?，該項目的采光條件好。

溫度調節：在該項目室外采用了電動可調節外遮陽卷簾，詳細見圖2。之后，就可以有效阻擋外部熱量、紫外線等強烈光線，避免室內溫度過高，從而起到節約能源的效果。熱回收新風機是利用回收排風熱量（冷量），降低室內冷熱負荷的裝置。所以，在該項目中還應用了熱回收新風機，詳細見圖3。在熱回收新風機的作用下，就能夠合理地調節室內溫度，減少能源消耗，同時還能夠通過引入室外空氣，提高室內空氣清新度。

圖2 電動可調節外遮陽卷簾

圖3 熱回收新風機

3 建筑單體的被動式節能設計

3.1 建筑體形系數

建筑體形系數指的是建筑物外部與室外空氣接觸的面積與其所包圍的體積的比值。體型系數與熱量消耗成正比，即體型系數越大所消耗的熱量越大，體型系數越小所消耗的熱量越小。為合理降低熱量消耗，節約能源，則需要盡可能地設計體形系數小的建筑。該項目設計人員需要研究建筑體形系數設計要點，清楚該項目設計需求，進而科學地開展建筑體形系數設計工作?！断臒岫涞貐^居住建筑節能設計標準》規定體形系數值為≤0.40。而該項目體形系數值為0.34。即該項目的體形系數值符合規定，詳見表1。為符合該項目的體形系數值符合相關規定，設計人員十分注重減少過多凹凸變化和裝飾構件，從而降低外圍護結構面積。在這種情況之下，就實現了減少建筑體形系數的目的。

設計值 《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》規定 結論體形系數 0.34 ≤0.40 滿足

3.2 合理的平面設計

本次主要以該項目A2戶型作為研究案例，重點介紹了該項目的平面設計工作，詳見圖4（見圖3）。房間客廳、主臥、老人房是居住常生活的地區。在針對這些房間開展平面設計工作時，一定要關注房間的使用功能，其中需要從采光性、通風性等角度考慮房間的使用功能。在A2戶型中，這些房間布置在建筑的南面，利于提升房間的采光性以及通風性，為居民創造舒適的生活環境。此外，在A2戶型中將衛生間、子女房等布置在建筑的東西側、北側。另外，該項目的開窗均設置在南北面，南北通透，加之開窗開門位置相對，所以建筑的通風性以及采光性比較好。

圖4 A2戶型平面圖

3.3 造型與遮陽相結合的建筑立面

住宅項目需具備遮陽的功能，這樣才可以更好地滿足人們的居住需求，提高人們的居住水平。為保證該項目的遮陽性，根據建筑造型構建遮陽設計方案。陽臺、飄窗等屬于建筑的造型，在開展設計工作時，就合理地改變了陽臺、飄窗等建筑立面，以發揮其遮陽性能，保證建筑造型的美觀性、獨特性。為加劇建筑的科技感，在部分建筑外立面區域應用了灰色涂料涂刷。采用坡屋頂設計方案同樣可以提高建筑的遮陽性能，因此在該項目中構建了坡屋頂設計方案。通過依托坡屋頂設計方案開展建筑設計工作，使得坡屋頂增加了一個三角形的隔離空氣層。在隔離空氣層的作用下，就可以有效地阻隔外界熱量，避免外界過多的熱量進入室內，防止室內溫度過高。研究項目的4個立面圖發現，項目南、北兩個面為主要開窗面，其中南面的開窗面積最大，窗墻比達到了0.31，北面的窗墻比0.19。之所以采取這種方法設計開窗面，是因為以下原因。通過采取這種設計方法，可以確保夏季風直接從南面進入建筑，再從北面流出形成穿堂風，提升建筑物的通風性能。而南面開窗面積大于北面的開窗面積就可以保證風較好地流動，實現自然通風的目的。項目南立面的陽臺上設置了陽臺掛壁太陽能熱水器，將集熱器放在了南向的陽臺上。通過開展這種設計工作，不僅可以利用太陽能，為居民提供熱水，而且可以更好地為居民遮陽。該設計符合建筑節能理念，有利于調節室內溫度，避免室內溫度過高。

3.4 外圍護結構的節能構造

在設計節能性的住宅項目時，需要積極地推進外圍護結構的節能構造工作，以此提高建筑節能水平。本次主要從以下方面探究了該項目外圍護結構的節能構造設計。

（1）外墻、屋面、樓板。外墻部分：外墻的保溫效果極大影響著建筑的節能性，為此一定要做好外墻保溫設計工作。墻體的熱阻值越大代表墻體的保溫隔熱效果比較好，所以需要從該角度出發開展外墻保溫設計工作。熱阻值計算公式：厚度δ(m)=熱阻值R(m.k/w)×導熱系數K[W/(m.k)]。通過研究該公式發現，為提高墻體的熱阻值，可以在保證導熱系數不變的情況下增加墻體厚度，也可以在保證厚度不變的情況下降低導熱系數。在開展該項目的設計工作時，選擇“改良型EPS模塑聚苯板”這種性價比高的導熱材料。同時要應用了鋼筋混凝土建造項目外墻，最終形成了鋼筋混凝土60mm+改良型EPS模塑聚苯板120mm+鋼筋混凝土200mm的外墻。研究發現，該建筑外墻的平均導熱系數為0.29w/m2·k，其符合建筑導熱標準。采用該種材料以及結構的外墻，可以起到保溫、隔熱、隔音、耐低溫等多種效果。為此，有必要積極地推廣該種外墻設計策略，以此強化外墻功能，提高建筑物的實用性。屋面部分：應用平屋頂+鋼結構坡屋頂的方式開展屋頂的建設工作。通過采用該種設計建造方式，利于屋頂通風換氣，也利于屋面保溫。可見，該種設計策略對于提升屋頂建設水平具有積極意義，因此需要主動地采取該種設計建造方式、手段。樓板部分：在該項目中，需要應用模塑聚苯板、減震墊等，進行樓面建設工作。為強化建筑的保溫性能以及減震性能，該項目的主要樓板應用了“85mm厚模塑聚苯板+5厚減震墊”。另外，廚房衛生間采用65厚模塑聚苯板+5厚減震墊。計算研究得出，樓面部分的平均傳熱系數為0.4w/m2·k。從中可以了解到，該項目樓面的隔熱性能好。

（2）門窗部分。在該住宅項目中，需要做好門窗部分的設計工作，以此確保項目的節能效果。本次項目應用了5mm透明鋼化+20A暖邊+5mmLow-E半鋼化+0.15V+5mm透明半鋼化聚酯合金窗（三玻兩腔）。在這種情況之下，就可以起到保溫作用。為增強外門窗的氣密性、水密性、抗風性等，應用了隔氣薄膜開展外門窗的加強設計工作。若是外門的隔音效果不好，外界嘈雜的聲音就容易穿過外門進入室內。在這種情況之下，居民就容易受到噪音污染，不利于其休息。為此，需要采取合理的措施，提高外門的隔音性能。而在本次項目設計中就充分地考慮了外門的隔音性能，其中外門采用隔聲門，并且內襯玻璃棉或巖棉等材料，以增強外門的隔音性能。

（3）熱橋設計。針對該項目采用了無熱橋設計，進而提升建筑的節能性。為保證建筑外墻的保溫性能，使用了聚氨酯的保溫設備，增強外墻連接縫隙的密實性，防止外部熱量灌入室內，也防室內散失熱量。此外，應用斷橋保溫設備連接外墻保溫系統，從而強化了外墻保溫效果。另外，應用了保溫連接件把挑板與主體進行連接，進而阻斷陽臺、設備平臺等地方的熱橋?？偠灾?，設計人員從多種角度出發開展了無熱橋設計工作。

4 結語

綜上所述，被動式節能建筑屬于綠色建筑，通過建設被動式節能建筑，有利于提高建筑節能水平，促進社會健康發展。夏熱冬冷地區住宅所消耗的能源普遍大于其他地區的建筑，為節約能源、提升建筑行業發展水平，有必要研究夏熱冬冷地區住宅被動式節能設計策略，從而強化住宅節能效果。同時還需要結合現實情況、技術發展情況等創新夏熱冬冷地區住宅被動式節能設計思路，便于進一步提高能源利用率。