夏热冬冷地区居住建筑的节能设计方法研究

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【摘 要】 建筑与工业、交通并称我国能源资源的三大耗能大户，降低建筑行业内的能源消耗已经刻不容缓，建筑节能既是建筑可持续发展的重要内容，也是当今世界的潮流和需要。本文结合夏热冬冷地区的气候特点和居民生活习惯，探讨该地区居住建筑能源消耗的主要影响因素，总结分析了夏热冬冷地区居住建筑节能的技术措施。

【关键词】 夏热冬冷地区；居住建筑；建筑节能；设计方法

【中图分类号】 TU201.5 【文献标识码】 B 【文章编号】 1727-5123（2012）06-082-02

1 前言

随着全球社会经济的不断发展和人口数量的持续增长，世界各国对于能源资源的消耗量不断攀升，煤炭、石油和天然气等三种主要的能源资源都是不可再生资源，面临消耗枯竭的风险。我国作为发展中大国，一方面经济持续快速发展，早已经从能源出口国转变为能源进口国，另一方面能源利用率只有30%左右，比欧美发达国家低20～30%，能源利用形势十分严峻。

近年来，我国的建筑规模迅速扩大，一年建成的房屋建筑面积比欧美发达国家的建筑面积总和还多，其中大部分是新建成的居住建筑。建筑能耗也伴随着建筑总体的不断攀升和居民生活水平的提高，呈现急剧上扬的趋势，目前，建筑能耗已经与工业、交通并称我国能源消耗的三大耗能大户[1]，加强建筑节能已经刻不容缓。建筑节能是执行国家节约能源、实现可持续发展战略的重要组成部分，也是今后建筑技术发展和产业升级的重点。

本文重点结合夏热冬冷地区的气候特点、居民生活习惯，探讨夏热冬冷地区居住建筑的节能设计方法。

2 居住建筑能耗的构成、影响因素

2.1 建筑能耗构成。广义上的建筑能耗包括建造过程的能耗和使用过程的能耗两部分，其中建造过程中的能耗是指建筑材料、建筑设备的生产和运输，以及建筑施工和安装中的能耗；使用过程的能耗是指建筑运行过程中，采暖、通风、空调、照片、家用电器和热水供应中的消耗能耗，其中又以采暖和空调能耗为主[2]。

2.2 影响因素。居住建筑能源消耗的影响因素主要包括以下几个方面[3]：①室外热环境，即各种气候因素，主要有太阳辐射、空气温湿度、风、降水及地区城市小气候等；②建筑围护结构节能设计，包括建筑体型、朝向、日照间距、太阳能利用、窗墙面积比、平面布置室内设计、围护结构节能保温等；③建筑内部的设备使用状况，主要有采暖空调设备能效比、照明灯具能效、家用电器耗能量、人为习惯等。

3 居住建筑节能技术措施

3.1 规划节能设计。在一般居住区项目的规划设计中，总体规划需要考虑的因素很多，但一般冰不认为节能是其中一项举足轻重的因素。建筑规划师考虑的往往是容积率、日照间距、空间形态、景观视线以及建筑与周边环境的协调等方面，而很少以节能为出发点指导总体规划。现行的节能规范虽对规划有一定要求，但大多数属于建议性的。

实际上，把节能融入总体规划设计中，充分考虑建筑与外部环境的关系，是实现建筑节能的先决条件，科学合理的总体规划可以营造理想的室外环境微气候，提高住宅区的室内外日照环境、自然采光和通风条件，改善和提高居住者的身心健康和生活质量。室外微气候环境的改善还可以提高住宅室内不开空调时的热环境舒适度，减少采暖空调设备的开启时间，降低建筑能耗。

太阳辐射和空气流动时影响居住区气候环境最主要的两个因素，因此，在总体规划设计中，根据夏热冬冷地区的气候特征，科学合理处理建筑朝向、建筑间距以及建筑之间的相互组合关系，最终达到降低太阳辐射、增加居住区域的自然通风效果的目的，是规划节能设计的重点方向。优化居住建筑朝向，使其有利于冬季的长时间日照；因地制宜，利用坡地，分层筑台，增大南墙阳光辐射面积，充分利用太阳能，提高居住建筑太阳能利用率。

另外在节约土地资源的前提下，扩大建筑间距，提高居住区域内的的空气流动，加强自然通风，使建筑物与空气的热交换增加，有效降低建筑物的温度，降低建筑能耗。在总体规划设计中，还应力求将热源设在居住区的合理位置，优化布置室外供热管网，在总体布置时兼顾到小区节水、节电。建筑师更应在满足其它要求的同时，尽可能为建筑节能提供有利的条件

3.2 建筑体型和平面设计。在居住建筑体型设计时，力求采用最少的护结构面积，形成满足功能要求的室内空间体积，即控制建筑的体形系数。建筑的外表面积越小越有利于建筑节能，其意义在于减少不必要的墙体外表面积，避免热损失。

在平面形式一定的情况下，建筑高度越高，其体形系数越小。由于建筑的层高和层数有其特定的要求，仅仅出于节能的考虑，建筑师几乎不可能为了减少体形系数而改变建筑的高度，或者把点式多层或低层住宅全换成板式多层住宅或高层住宅。但合宜的平面形式仍是控制住宅体形系数的关键，在在满足规划和设计构思及各种房间自然通风与采光等功能要求的同时，尽可能减少单体建筑在平面形式上不必要的曲折，尽量减少护结构面积[4]。

在满足使用功能的前提下，平面形状宜为条形，增加冬季直射到室内的阳光，减少夏季太阳的辐射。合理利用穿堂风，加强空气对流，创造夏季适宜的室内小气候，以达到使用便利、环境舒适的效果。

3.3 围护结构节能设计。围护结构的耗热量要占居住建筑采暖热耗的1/3以上，但围护结构方面的投资在建筑的一次投资中占很大的比重，因此如何合理选用不同的保温材料及厚度，使得这部分投资获得最有效的节能效果就非常重要。

近年来外墙保温层的厚度越来越大，外墙保温的节能作用被刻意放大，实际上，外墙导热系数的变化对居住建筑全年能耗的影响幅度并不明显，尤其是近年来，窗墙面积比有逐渐增大的趋势，外墙能耗占围护结构能耗的比重越来越小。因此，在进行围护结构热工设计中，不能盲目通过增加保温材料的厚度来达到节能的目的[5]。

居住建筑的屋面传热量约占整个建筑面积的比例很小，但对顶层房间的影响较大。目前普遍采用颇屋面设计，对于原平屋面进行改造，可以根据本地区的实际情况选用材料密度小，导热系数低的保温材料。防水材料要求防水性能好，耐老化性能强。合理在屋面设置架空层，利用自然通风降低屋面的表面温度，减少传热量。

3.4 确定合理的窗墙比。窗户的主要功能除了通风、采光外，还作为围护结构的一部分担负保温和隔热的作用。然而窗户的热阻较墙体的热阻要小得多，既是太阳辐射的受热构件，又是主要的散热构件，对居住建筑热环境的影响相当大。

在夏季空调季，由于窗玻璃所具有的透明性，太阳辐射大量进入室内，大大增大室内的空调负荷，增加了能耗；而在冬季采暖季，太阳辐射使建筑获得一定的自然热源，可以提高室内舒适度，降低采暖能耗。因此，窗墙面积比的设计应综合多种因素，保证最佳的节能效果[6]。

降低建筑实际能耗和提高室内热舒适性的角度来看，在满足建筑室内采光的前提下，南窗面积可以适当加大，以获得太阳能，北向窗墙比要减小，东西向的外窗面积越小越好，满足一定的采光需求即可。另外，积极采用新型门窗材料，提高外窗的节能设计，改善保温隔热性能，也是建筑节能的有效方法。

3.5 加强护结构遮阳。建筑护结构中的许多部位在夏季都暴露在太阳辐射之下，包括建筑的屋顶、外墙、外窗等，太阳辐射热量投射到护结构表面时，一部分热量被护结构表面反射，另一部分热量在进入表面以后被吸收，被吸收的这部分热量最终传递至室内[7]。通过采取建筑遮阳措施，减小对太阳辐射的吸收、增大对太阳辐射的反射、减少进入建筑内部传热量，可以有效地减少夏季太阳辐射对建筑的影响，是夏热冬冷地区一项重要的节能手段。

建筑护结构的遮阳措施主要包括外窗遮阳和外墙遮阳。其中外窗遮阳的技术手段基本可分为水平式（水平可调节百叶板、水平固定百叶、水平拉棚式等）、垂直式（垂直整板式、垂直可调节式等）、面板式（面板可调节式、面板织物卷帘、面板复合卷帘等）、格栅式（格栅预制花格、格栅金属丝网等）、综合式和自然绿化等6种方式；外墙遮阳的技术措施主要有外墙外表面采用浅色饰面材料、如浅色粉刷、涂层和面砖，或采取垂直绿化、遮阳构件等，降低外墙外表面的温度，减少向室内的热量传递。

3.6 热环境的合理分区。房间是住宅的基本单位，合理的室内房间布局应有利于室内采光和自然通风。由于体形系数、建筑面宽和建筑节地的限制，井不是所有房间均可获得理想的采光和通风条件。

虽然我国建筑节能计算是以建筑作为研究对象的，但不同房间因使用性质、重要性和使用时间的不同而存在对室内热舒适要求的不同，因此在设计中有必要按照对热环境的需要，合理设置分区，确立优先的顺序，把热环境要求较低的厨房、卫生间、过厅等布置在北向，适当减少北向开窗的面积，将卧室和起居室放在南向，冬季充分利用太阳能，保持室内较高的温度。

4 结论

影响居住建筑能源消耗的因素众多，必须统筹考虑建筑节能技术的综合应用，在保证室内功能使用的前提下，通过居住区的总体规划、建筑的体型和平面优化设计、围护结构节能保温、确定合理窗墙面积比等多种节能技术，能够大幅提高建筑室内的热湿环境，减少采暖空调、采暖设备运行时间，有效降低建筑能耗。

参考文献

1 王建辉等.夏热冬冷地区居住建筑节能技术适用性分析[J].暖通空调，2009，39（11）： 3～6

2 付祥钊.夏热冬冷地区建筑节能技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2002

3 李魁山等.居住建筑能耗影响因素分析[J].低温建筑技术，2007，（5）：116～117

4 操雪荣.居住建筑体形系数对建筑能耗影响关系研究[D].重庆：重庆大学，2007

5 闫成文等.夏热冬冷地区外墙构造对住宅能耗的影响[J].新型建筑材料，2006，（12）： 55～57

6 张淑秘等.建筑外窗对建筑节能的影响分析[J].吉林建筑工程学院学报，2008，25（12）： 49～55

7 付衡等.夏热冬冷地区外墙遮阳对建筑热环境与空调能耗的影响[J].建筑技术，2012，43（1）： 67～70