居住建筑節能設計

　　早在20世紀70年代，建筑節能概念就被正式提出。建筑節能的中心是減少建筑耗能，提高建筑中的能源利用效率。同時，建筑節能需以不影響人們感覺舒適度為前提，即室溫冬季不低于18℃，夏季不高于26℃。時隔30年，2004 年，圍繞著石油與能源問題的“大事件”再次集中發生，而我國的能源問題更是顯露無遺。
　　能源環境惡化的同時，隨著我國改革開放的不斷深入，人民生活水平的不斷提高，人們的居住環境要求也越來越高。近年來我國的建筑規模迅速擴大，同期比較，我國一年建成的房屋建筑面積是發達國家建筑面積的總和還要多。有資料顯示，本世紀20年內，我國的建筑業仍將迅速發展，預計到2020 年底全國房屋建筑將達近700 億m²。
1 建筑節能要求十分迫切
1.1 建筑能耗約占社會總能耗的1/3
　　我國建筑能耗的總量逐年上升，在能源總消費量中所占的比例已從20世紀70年代末的10%，上升到近年的27.45%。而國際上發達國家的建筑能耗一般占全國總能耗的33%左右。以此推斷，國家建設部科技司研究表明，隨著城市化進程的加快和人民生活質量的改善，我國建筑耗能比例最終還將上升至35%左右。如此龐大的比重，建筑耗能已經成為我國經濟發展的軟肋。
1.2 高耗能建筑比例大，加劇能源危機。
　　直到2002 年末，我國節能建筑面積只有2.3億m²。目前，我國已建房屋有400 億m² 以上屬于高耗能建筑，總量龐大，潛伏巨大能源危機。正如建設部有關負責人指出，僅到2000 年末，我國建筑年消耗商品能源共計3.76 億噸標準煤，占全社會終端能耗總量的27.6%，而建筑用能的增加對全國的溫室氣體排放“貢獻率”已經達到了25%。
　　據分析，我國目前處于建設鼎旺期，每年建成的房屋面積高達16億至20億m²，超過所有發達國家年建成建筑面積的總和，而97%以上是高能耗建筑。以如此建設增速，預計到2020 年，全國高耗能建筑面積將達到700 億m²。因此，如果現在不開始注重建筑節能設計，將直接加劇能源危機。
1.3 我國建筑節能狀況落后，亟待改善
　　在70年代能源危機后，發達國家開始致力于研究與推行建筑節能技術，而我國卻忽視了這一方面的問題。時至今日，我國建筑節能水平遠遠落后于發達國家。舉例說明，國內絕大多數采暖地區圍護結構的熱功能都比氣候相近的發達國家差許多。外墻的傳熱系數是他們的3.5~4.5倍，外窗為2~3倍，屋面為3~6倍，門窗的空氣滲透為3~6倍。現在，歐洲國家住宅的實際年采暖能耗已普遍達到m²/6L 油，大約相當于m²/8.57kg標準煤，而在我國，達到節能50%的建筑，它的采暖耗能每m² 也要達到12.5kg，約為歐洲國家的1.5 倍。因此，與當前發達國家建筑能耗已經大大降低的情況相比，我國單位建筑面積采暖能耗是發達國家標準的3 倍以上，與發達國家存在較大的差距。而對于美國而言，全球石油資源的戰略布局以及石油的開采區域和運輸線路等關鍵點的調整工作已基本完成，我國卻沒有那樣強有力的能源后盾支持，在這樣的國情下，建筑節能水平的改善實際上應該比發達國家更為緊迫。
2 節能型居住建筑設計方法
　　建筑節能設計應從以下幾個方面考慮：1）、總體規劃設計；2）、建筑單體設計；3）、建筑設備設計。
2.1 總體規劃設計
　　2.1.1 建筑選址
　　建筑基地不適宜選擇在山谷、洼地及凹地等處，因冬季冷氣流在凹地里易形成對建筑物的“霜洞”效應。位于凹地的底層或半地下層建筑為保持所需的室內溫度所消耗的能量，就會相應的增加。所以建筑基地應盡量選擇在向陽、避風的地段上，為建筑爭取日照創造必要的條件。
　　2.1.2 建筑布局
　　利用建筑樓群合理布局，充分結合特定地點的自然環境因素、氣候特征和建筑物功能，人的行為活動特點等，建立自然—人工生態平衡系統。具體體現在通過樓體排布的方案組合中，按以下原則挑選規劃方案：充分利用和爭取日照；避免風漏斗的出現，合理組織氣流，減少建筑熱損失；利用建筑外界面的反射輻射，對夏季炎熱氣候考慮充分。在規劃布局中，可以通過建筑的手法來盡量改善日照條件，比如：
　　a.多排多列樓棟布局中，采用錯位布置，利用山墻空隙爭取日照；
　　b.點、條組合布局時，點式住宅布置在朝向較好位置，條式布置其后，爭取日照。
　　2.1.3 建筑形態
　　節能建筑的形態不僅要求體型系數(外表面積／體積)小，同時需要夏季日輻射得熱少，冬季還需要對避寒風有利，但滿足此三項需要的建筑形體常不一致，因此應考慮多種因素的制約，包括當地夏季氣溫和日輻射照度、建筑朝向、各圍護結構的保溫狀況和局部的風環境情況，需要具體權衡得熱和失熱的具體情況，優化組合各項因素后得出結論。僅從夏季得熱的角度，建筑應有合適的長寬比。加大進深由8m 增加到14m，可以使建筑耗熱指標降低11%~33%，因此對于1000~8000m² 的住宅，進深控制在12~14m 有利于建筑節能。
　　2.1.4 建筑間距
　　陽光對于個人不僅有衛生學的意義，同時對人的心理及精神也具有一定的影響。它不但是熱源，同時還可以提高室內的日照水平，保證住宅室內具有一定的日照量，從而決定建筑間最小間距，并結合其他條件綜合考慮建筑群體的布置。建筑采用斜屋頂在滿足日照的前提下可以縮小住宅間距。
　　2.1.5 建筑通風
　　適當布置建筑物，冬季降低冷風風速，可減少建筑物和場地表面熱損失，節省能耗；夏季可以組織良好的
通風，在建筑物之間及建筑內部形成良好過堂風。
　　2.1.6 建筑朝向
　　朝向的選擇考慮因素有：冬季具有適量和一定質量的日光照入室內；炎熱季節盡量減少太陽直射室內及居
室外墻面；夏季通風良好，冬季避免冷風吹襲；充分利用地形和節約用地；照顧居住建筑群體組合的需要。浙江省居住建筑的適宜朝向為南偏東30°~南偏西15°。
　　2.1.7 環保概念的體現
　　環保一個重要的體現方面是小區綠化。小區綠化要綜合考慮綠化覆蓋率、人均公共綠地指標和生物多樣性、植被的生態效應等諸多因素。可以考慮喬灌草相結合，以喬木為主；同時建議多布置立體綠化，見縫插綠；步行道、停車坪、水體護岸和水底地面不宜一概“硬化”，應該給大地以透水透氣的余地。屋頂綠化不僅可以改善小區的環境綠化條件，還能改善建筑屋面的熱工性能。
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2.2 建筑單體設計
　　2.2.1 圍護結構
　　2.2.1.1 外窗
　　外窗的能耗包括通過玻璃、窗框的傳熱，窗縫的空氣滲透，夏天太陽輻射得熱三個方面。普通外窗的能耗遠遠大于外墻。傳統方法有控制窗墻比（窗戶面積與窗戶面積加外墻面積之比值）；提高門窗制作質量，加密封條，減少冷風滲透等；注意隔熱條的選用（隔熱條對隔熱門窗的整體穩定性起到關鍵作用）。
　　門窗節能中，改善窗戶保溫效果是比較有效的手段之一。市場上中高檔的住宅產品多采用中空玻璃、隔熱玻璃、反熱玻璃等，隨著節能技術的發展，像低輻射鍍膜玻璃(Low-E 玻璃)等節能玻璃，在成熟產品中的應用也逐步在得到加強。
　　2.2.1.2 屋頂和外墻
　　傳統的外圍護墻體由單一材料組成，其熱工性能指標已經不能滿足節能建筑的要求。復合墻體充分利用各種材料的不同性能，來達到節能建筑所要求的圍護墻體的熱工性能指標。
　　在不斷改進建筑外墻、外窗的保溫性能后，還必須進一步加強屋面保溫隔熱的研究。屋面節能措施的要點，其一是屋面保溫層不宜選用密度較大、導熱系數較高的保溫材料，以免屋面重量、厚度過大;其二是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時因保溫層大量吸水而降低保溫效果，如選用吸水率較高的保溫材料，屋面上應設置排氣孔以排除保溫層內不易排出的水分。現在，高效保溫材料已經開始應用于屋面，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的瀝青珍珠巖或水泥珍珠巖做法，就克服了常規作法的諸多缺點。這種保溫芯板施工方便、價格低廉、不污染環境;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，其保溫工程更可顯示出它的優越性。其主要技術指標，表觀密度為110～150kg/m³;導熱系數為0.04～0.06W/m•K;蓄熱系數為0.90～0.11m²•K。抗壓強度大于0.2MPa;吸水率小于0.01%;蒸汽滲透系數為2.18×10～7g/m.n.Pa。這些指標充分體現了膨脹珍珠巖密度較小，導熱系數較低，而且吸水率和蒸汽滲透系數也都很低。這是保溫性能好的材料所必須具備的。浙江省《居住建筑節能設計標準》DB33/1015-2003 中規定外墻K≤1.5 D≥3.0 和K≤1.0 D≥2.5；屋頂K≤1.0 D≥3.0 和K≤0.8 D≥2.5.當外墻和屋頂采用含有輕質的絕熱材料的復合結構時，會出現熱惰性指標很低的情況。這樣，在夏季自然通風狀態下，屋頂和外墻的內表面溫度可能過高。為此根據不同的轉熱系數，規定屋頂和外墻的熱惰性指標不低于3.0 和2.5。對屋頂和外墻的熱惰性指標提出要求，同時可使屋頂和外墻具有更好的熱穩定性。
　　2.3 建筑設備節能
　　2.3.1 空調
　　家用空調器選用節能型(高效制冷壓縮機、換熱器和風扇，采用變頻調速，并匹配良好)；空調器的安裝位置宜不受太陽直射；不設定過低室溫，經常清洗。采用熱泵技術，同時滿足夏季制冷與冬季采暖的需要。
　　2.3.2 電氣
　　盡可能充分利用自然光；采用高效照明光源及燈具。
　　2.3.3 衛生器具
　　盡可能采用節水型衛生器具。
3 工程實踐
　　居住建筑
　　工程概況:
　　工程位于浙江省溫州市。工程規劃建設用地面積為5900.00m²，總建面積為22205.70m²。
　　氣候概況：
　　溫州市屬亞熱帶海洋性季風氣候，氣候溫暖濕潤、雨量充沛、四季分明，平均溫度為17.9℃。年平均最高氣溫為21.9℃，最低氣溫為-4.5℃。年平均日照率為41%，市區無霜期269.2 天。年平均降雨量為1694.6㎜。主導風向夏季為東南偏東風，冬季為西北風，夏秋之交受臺風侵襲，登陸瞬間風力為8~12 級。
　　節能設計方案綜述
　　3.1 節能目標
　　通過采用增強建筑圍護結構保溫隔熱性能和提高采暖、空調設備能效比的節能措施，在滿足以下要求的室內環境指標的前提下，與未采取節能措施前相比，采暖、空調能耗應節約50％。
　　3.1.1 冬季暖室內熱環境設計指標，應符合下列要求：
　　3.1.1.1 臥室、起居室室內設計溫度取16-18 度；
　　3.1.1.2 換氣次數取1.0 次/h；
　　3.1.2 夏季空調室內熱環境設計指標，應符合下列要求：
　　3.1.2.1 臥室、起居室室內設計溫度取26-28 度；
　　3.1.2.2 換氣次數取1.0 次/h。
　　3.2 節能設計
　　3.2.1 主要圍護結構的節能體系及其特性
　　本設計從工程的實際情況出發，在滿足建筑的使用功能的前提下，使用性價比優秀的材料組合。
　　3.2.1.1 外墻、樓板節能體系
　　根據本工程項目的實際情況，在設計中采用了聚苯顆粒保溫漿料，分別用于外墻外保溫及樓板的保溫。主要有以下特性：
聚苯顆粒保溫漿料是由聚苯乙烯顆粒、高分子聚合物、水泥和助劑組成，具有適中的保溫性能和較高強度的漿料型外墻保溫材料，施工方便，適用于夏熱冬冷地區使用，而且還可抹涂于砌體或砼表面，替代粉刷層，實現粉刷和保溫合二為一。
　　3.2.1.2 屋面節能體系
　　從本工程所在地的實際情況，在保溫層采用了適用于倒置式屋面的擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS），其基本組成及主要特性如下：
　　擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）是由可發性聚苯乙烯粒料在專用擠出機中加熱熔化后經擠出頭擠出成型的。與EPS 板相比，該產品具有以下兩個突出特點：①密度和機械強度高；② 長期吸水率低。其主要的熱工參數：
　　3.2.1.3 入戶門和外窗、陽臺門窗節能體系
　　入戶門選用多功能用戶門，其同時具有防盜、防火、保溫、隔聲等功能。
　　窗的主要功能是采光和通風，在各類建筑窗中，塑料窗在保溫節能方面有優良的性能價格比。從現有情況
出發，在設計中采用ＰＶＣ塑料門窗。
　　幾種常用窗戶類型的熱工指標參數如下：
　　本設計中各圍護結構的基本構造主要參考浙江省標準《居住建筑節能設計標準》“DB33/1015-2003”中的構造做法，所選做法在實際工程中應用較為普遍，計算標準以及計算公式均采用現行國家規范《民用建筑熱工設計規范》“GB5017-93”以及其它現行的國家及地方性條文和法規。
4 結束語
　　對人居環境的探討，一直以來都是建筑界所關注的問題。無論在建筑節能，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，都取得了很大的成效。但是面對這個龐大的建筑領域，建筑能耗是顯而易見的，微小的能耗變化，都將決定對能源的如何分配。
　　在不同區位下，采取的節能措施也不盡相同，對地域技術的研究同樣是首要面臨的關健性問題。本文所提到的幾點建議，是微不足道的一小部分，要想實現建筑領域真正節能，還需要建筑界及相關部門同仁不懈的努力。