住宅節能及太陽能與建筑“一體化”設計

蔣 雪

[摘要]隨著我國經濟的快速發展和人們生活水平的不斷提高,住宅能耗占我國能源總消費量的比例還在逐年上升,通過科學合理的建筑節能設計,盡可能的采用可再生新能源,使建筑可持續發展。

[關鍵詞]能源短缺住宅節能太陽能建筑“一體化”設計

中圖分類號:TU2文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0820082-01

能源問題已成為當今世界共同關注的問題,能源短缺成為制約經濟發展的重要因素。住宅作為人類生活中的重要場所,在其建設與使用過程中,不可避免地需要消耗大量的能源和資源,并且隨著我國經濟的快速發展和人們生活水平的不斷提高,住宅能耗占我國能源總消費量的比例逐年上升。在我國建設節能住宅,推廣住宅節能設計以及開發利用新能源——太陽能已經是迫在眉睫的工作了。

一、住宅節能設計

(一)合理規劃節能居住小區。首先正確選擇房屋的最佳方位,充分利用太陽能。合理的確定建筑位置與朝向,使每幢建筑能接收更多的太陽輻射熱能,在確定建筑的方位時首先應考慮環境情況,按其太陽高度角做出日影響圖,以確定冬季每天的日照時間通過朝向和周圍環境的合理布局,不但對太陽能加以自然利用,而且也節約了常規能源。住宅內小區的道路設計盡量選用可滲透地面或可滲透地磚,這不僅可以蓄積大量的雨水,緩解城市的“熱島效應”,改善環境質量,而且可以緩解對城市下水管網和污水處理管網的壓力。

(二)優化圍護結構屋面設計。在多層建筑圍護結構中,屋頂所占面積較小,因此,加強屋頂保溫節能對建筑造價影響不大,節能效益卻很明顯。目前,大多數住宅仍采用平屋頂,在太陽輻射最強的中午時間,太陽光線對于坡屋面是斜射的,而對于平屋面是正射的。據資料顯示,坡屋面比平屋面大約節約20-30%的能耗。所以平屋面的隔熱效果不如坡屋面。而且平屋面的防水較為困難,且耗能較多。在設計工作中,盡量采用坡屋面,并內置保溫隔熱材料,這樣不僅可提高屋面的熱工性能,還可以提供更多的使用空間,也有利于防水,并有檢修維護費用低、耐久之優點。特別是隨著建筑材料技術的發展,用于坡屋面的坡瓦材料形式多,色彩選擇廣,改變了建筑千篇一律的平屋面單調風格,豐富了建筑藝術造型,對點綴建筑空間起到很好的裝飾作用。

(三)優化圍護結構外墻設計。房屋單體設計時,盡量減少體形系數。一般來講,體形系數越小,節能效果越好。考慮到對西山墻太陽的遮擋,在西山墻門窗處設置遮陽設施,同時在考慮外墻面的保溫隔熱時,對西山墻部位重點處理。另外,將門和樓梯間內墻當作外墻近似處理。圍護結構的保溫材料布置分外側和內側,在寒冷地區的同一氣候條件下,由于材料層次布置不同所取得的保溫效果也不盡相同,為防止墻體內產生冷凝水,保溫層盡量設在外側。由于混凝土空心砌塊保溫效果好,又具有一定強度,在工程中也較為常用。

(四)住宅窗戶的節能設計。窗戶是建筑必不可少的組成部分,其長期使用能耗約占整個建筑長期使用能耗的50%,十分可觀,因此窗戶的節能是建筑節能的重要突破口。窗戶系統的選擇不僅很大程度地影響著建筑能耗,同時顯著影響室內環境的熱舒適性。合理選擇窗戶材料和設計窗戶結構,對降低建筑耗能、節約費用和設計開發節能新產品都具有十分重要的意義。另外,在建筑設計時,嚴格按照《民用建筑節能設計標準(采暖居住建筑部分)》JGJ26-95第4.2.4條規定,不同朝向窗墻面積比不超過以下數值:北向0.25,東、西向0.30,南向0.35。盡量減少冬季窗戶的能耗。建筑南向開窗面積盡可能大些,在滿足采光條件下,北向、東向窗盡可能小些,從而獲得更多的太陽光線,減少熱損失,保持室內舒適的溫度環境。

二、太陽能與建筑“一體化”設計

太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的可再生能源,已為人們的生活帶來很多方便,也成為世界各國開發新能源的主要方向和目標。我國太陽能的熱利用特別是太陽能光熱利用技術日趨成熟,而太陽能的利用和建筑一體化這項新的課題引起了各界的關注和重視,它將為社會節約大量能源,凈化環境,造福民眾。太陽能與住宅建筑一體化設計在高層住宅、多層住宅和別墅中均可得到廣泛的應用。

(一)高層住宅。高層住宅本身就標志著現代科學技術在建筑工程領域的成就,太陽能熱水器一體化的設計可與之相輔相成。由于管線和住戶密度的原因,高層建筑中的太陽能集熱器常常安裝在墻面和陽臺,頂部的集熱器只能為上部幾層提供熱水。集熱器可以集中連續布置,也可以與窗或陽臺的凹凸處理結合形成豎向的劃分,使整個建筑在垂直方向上形成強烈的韻律感。太陽能熱水器的水箱放置于室內,不破壞立面整體效果。太陽能集熱器由于采用了吸收性涂層而具備特殊的色澤和質感,其表面非常光亮,如果將其與高層頂部的電梯間或水箱間結合,既可以起到裝飾的作用,也能為上部幾層的住戶提供生活熱水。

(二)多層住宅和別墅。多層住宅太陽能熱水器一體化設計首先可以從形式和體量出發,由于集熱器需要南向的坡屋面或墻作為安裝的依托,爭取盡量多的實體面積和可利用空間就成為一體化住宅形體設計的指導思想。通?？梢云錂M斷面類似于臺階或三角形的位置來安放集熱器。在一些住宅中,常采用大面積的玻璃窗,同時配備遮陽構件,而利用出挑的集熱板充當遮陽體,由它形成的陰影增加了造型的虛實對比和空間的層次,可達到一物多用的效果。

(三)在住宅建筑中的安放位置的問題。太陽能熱水器一體化住宅外觀設計的美學原則和手法以及構造方案與系統選擇,是建筑師對太陽能熱水系統所做的二次產品設計和加工,是實現“一體化”的關鍵步驟。內容包括安裝部位選擇和構造方案設計,既要考慮到保證太陽能熱水器的工作效率,又要與住宅的結構、使用功能以及美觀相協調。為了保證足夠的日照時數,集熱器可能的安裝位置包括屋頂和南向的外墻和陽臺。當太陽能熱水器安裝在屋頂時,由于其位置較高,可以形成自然壓力,管路選擇比較靈活,相應集熱器類型也有較大的自由度。就熱水器的安裝而言,平屋頂的施工比較方便,集熱器或支架與屋頂結構的連接技術難度較小。而且平屋頂在一般視點是無法看到的,因此不需過多考慮集熱器的外形與建筑立面的協調。而坡屋頂安裝太陽能熱水器,根據其坡度不同,可以直接將集熱器安裝在屋頂,也可以用支架安裝,但都要做到不影響房屋的使用和外觀,施工時應注意防水的問題;在墻面或陽臺安裝太陽能熱水器,可以減小管路的長度。對于高層住宅是其他安裝方式不能替代的。而且其位置往往處于立面的視覺焦點,可以成為立面構成的重要因素,這也更加符合一體化設計的思想。由于與用水端沒有足夠的高差,所以在墻面或陽臺安裝的系統必須采用頂水式管路。且應選擇集熱器與儲水箱分離的系統,可以減小墜落傷人的概率和對建筑立面的影響。

三、結束語

在世界能源供給結構轉軌的大趨勢下,不考慮建筑節能而建造的房屋,終有一日會因為沒有能源可用,終被社會淘汰。呼吁建筑節能,很重要的一點就在于減少使用石油、天然氣等不可再生資源,通過科學合理的建筑節能設計,盡可能的采用可再生新能源,使建筑可持續發展。

作者簡介:

蔣雪(1972-),女,1995年7月畢業山東建筑大學建筑學專業,現山東省平邑縣建設局工程師。