夏熱冬冷地區(qū)住宅節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)

李紅霞

(山西臨汾市政工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西臨汾 041000)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繼續(xù)發(fā)展與人們生活水平的提高，人類(lèi)對(duì)于自然的能源與資源的消耗需求日益膨脹。然而，由于地球資源的有限與科技的限制，制約著人類(lèi)的進(jìn)一步發(fā)展。于是，節(jié)能和環(huán)保逐漸成為了世界與時(shí)代的主題。我國(guó)作為發(fā)展最為迅速的發(fā)展中國(guó)家，由于人口眾多、能源需求量大，資源矛盾更為尖銳。于是，在我國(guó)實(shí)施節(jié)能，環(huán)保更為迫切。文章旨在于此時(shí)代大背景之下，對(duì)于夏熱冬冷地區(qū)住宅節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)做一全面分析，以示啟迪。

1 建筑節(jié)能的概述

1.1 含義

建筑節(jié)能，指在建筑的材料生產(chǎn)、房屋的建筑和構(gòu)筑物的施工及使用中，滿(mǎn)足相應(yīng)需要或達(dá)到相應(yīng)目的的基礎(chǔ)上，盡可能地降低能源的消耗，即節(jié)約能源。建筑節(jié)能，在發(fā)達(dá)國(guó)家被廣泛稱(chēng)為“提高建筑中的能源利用率”，在保障提升建筑本身的人文性、舒適性的基礎(chǔ)上，合理而科學(xué)地使用能源，提升能源利用率。它具體指在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、改造及使用等過(guò)程中，認(rèn)真執(zhí)行、運(yùn)用節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，采取節(jié)能式的建筑技術(shù)、建筑工藝、建筑設(shè)備、建筑材料及建筑產(chǎn)品，提高建筑本身的保溫隔熱功能和采暖供熱等方面的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，加強(qiáng)能源消耗的科學(xué)管理，利用新能源等環(huán)保資源，在保障建筑內(nèi)人們熱環(huán)境需求的基礎(chǔ)上，減少建筑物供熱、制冷制熱、照明供應(yīng)等方面的能耗。

1.2 節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性

人類(lèi)歷史以來(lái)，住宅建筑作為抵擋惡劣自然氣候天氣的一種掩體存在。近代工業(yè)革命后，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)，人類(lèi)逐漸在住宅建筑中考慮生活的舒適性與人文性的需要。所以，近代以來(lái)，各種新式的建筑類(lèi)型、采暖采光等設(shè)備相繼出現(xiàn)，并使人們的居住環(huán)境日益人性化、舒適溫暖如春。然而，這些是建立在大量耗費(fèi)能源的基礎(chǔ)上的，于是，環(huán)境污染、氣候變暖等世界性難題相繼出現(xiàn)并引起了人們的深刻反思。20世紀(jì)后期，隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展與環(huán)保思想的深入人心，在能源與環(huán)境問(wèn)題成為世界與時(shí)代難題的同時(shí)，“環(huán)保”“節(jié)能”意識(shí)及觀念逐漸出現(xiàn)并成為了人們關(guān)注的熱點(diǎn)。尤其是一些發(fā)達(dá)國(guó)家，更是在國(guó)家法律及政府政策等方面付諸于行動(dòng)，加大對(duì)于節(jié)能意識(shí)的宣傳引導(dǎo)，鼓勵(lì)促進(jìn)節(jié)能產(chǎn)業(yè)及行業(yè)節(jié)能方面的研究。其中，建筑節(jié)能被發(fā)達(dá)國(guó)家普遍作為國(guó)家大政方針對(duì)待，并輔之以建筑立法規(guī)定保障。這些極大地推動(dòng)了建筑節(jié)能在實(shí)際中發(fā)展的可能性，也說(shuō)明了其時(shí)代必要性。

新時(shí)期，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，人們生活水準(zhǔn)與需求進(jìn)一步提高。于是，大量舒適性住宅相繼出現(xiàn)，但是，由于以前的這些建筑設(shè)計(jì)缺乏節(jié)能意識(shí)考慮，以致依賴(lài)采暖設(shè)備來(lái)改善室內(nèi)環(huán)境，最終造成了大量的能源消耗與浪費(fèi)，“2000年，建筑能耗更是已達(dá)全國(guó)總能耗的27.8%”。

近年來(lái)，雖然我國(guó)國(guó)民的節(jié)能意識(shí)有所上升，國(guó)家政策、法規(guī)也在加大鼓勵(lì)與支持力度，然而，由于建筑節(jié)能的技術(shù)與手段還不夠健全，許多地區(qū)的建筑能源消耗依然很大，并且建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)低于西方發(fā)達(dá)國(guó)家。因此，建筑節(jié)能的緊迫性在當(dāng)今的我國(guó)極具時(shí)代意義，任重而道遠(yuǎn)。而我國(guó)建筑節(jié)能工作的主要問(wèn)題則是人們節(jié)能觀念意識(shí)薄弱與缺乏具備節(jié)能設(shè)計(jì)能力及責(zé)任心的人才。

2 夏熱冬冷地區(qū)氣候特征與熱環(huán)境狀況

我國(guó)處于北半球，位于亞洲東部、太平洋西側(cè)，擁有廣闊的地理空間。于是，我國(guó)的氣候類(lèi)型多樣，陸地自南向北分別是熱帶、亞熱帶、暖溫帶、中溫帶及寒溫帶，南北溫差及采光條件差距較大。另外，我國(guó)的夏熱冬冷地區(qū)多，占我國(guó)國(guó)土的大部分地區(qū)，主要分布在我國(guó)東部、中部地區(qū)，是我國(guó)人口尤為密集、經(jīng)濟(jì)也最為發(fā)達(dá)的地區(qū)。該區(qū)域最熱月的室溫均為25℃～30℃，相對(duì)濕度均為80%左右。夏季的氣候特點(diǎn)是高溫高濕，較多晴日，由于太平洋副熱帶高壓深入長(zhǎng)江內(nèi)陸，整個(gè)長(zhǎng)江地區(qū)呈現(xiàn)高溫少雨、晴日少風(fēng)的“火爐”景象。同時(shí)，夏季也是晴雨天氣相對(duì)較多、較為舒適的時(shí)節(jié)，此時(shí)，雖然氣溫上升迅速，但夜間也降得明顯，雨前悶熱、雨后涼爽宜人。夏季我國(guó)第三種天氣便是持續(xù)陰雨，如長(zhǎng)江的“梅雨”天氣。此時(shí)，晝夜溫差小，天氣濕度較大，感到悶濕不適，室內(nèi)也宜細(xì)菌蔓延。

夏熱冬冷地區(qū)的冬季則在最冷月份室溫均為0℃～10℃，平均濕度80%左右，南方此時(shí)氣溫雖比北方高，但差距不大并且光照條件明顯不如北方，同時(shí)，光熱條件自東向西逐漸減弱，西南川蜀地區(qū)地處西部又加上受到地形影響，整個(gè)冬季天氣陰沉、雨雪綿綿，晴日更少。

西伯利亞高氣壓控制亞歐內(nèi)陸，此季，西伯利亞寒潮可直接南下肆虐我國(guó)大部分地區(qū)，直接致使降溫降雪天氣。

總體而言，夏熱冬冷地區(qū)并非最?lèi)毫拥奶鞖獾貐^(qū)。冬季不如嚴(yán)寒極地之冷，夏季也比赤道酷熱地區(qū)爽朗，已經(jīng)是人類(lèi)最為適宜的氣候地區(qū)。住宅建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)需要立足本地區(qū)的實(shí)際氣候變化需要，不斷滿(mǎn)足人們的實(shí)際生活舒適需求，在此之上盡力完成節(jié)約消耗、環(huán)境保護(hù)之功效。根據(jù)不同的功能住宅建筑空間組成不同，人們?cè)谄渲械幕顒?dòng)內(nèi)容不同及作息時(shí)間段不同等適當(dāng)調(diào)整設(shè)計(jì)。

研究結(jié)果表明：人們對(duì)于臥室在夜間的室溫要求較高，某城市住宅生活設(shè)計(jì)主要考慮臥室里面的熱環(huán)境狀況，迫于住宅節(jié)能可承受的經(jīng)濟(jì)能力，大多數(shù)的居民希望對(duì)建筑進(jìn)行必要的節(jié)能改造。

3 夏熱冬冷地區(qū)住宅節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 住宅節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本思路

住宅節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)在夏熱冬冷地區(qū)的應(yīng)用應(yīng)根據(jù)本區(qū)域氣候的特征而定，于是，設(shè)計(jì)涉及到夏季隔熱、冬季保溫、過(guò)渡時(shí)節(jié)除濕及自然通風(fēng)等方面的自然因素考慮。所以，在進(jìn)行住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，除夏季的隔熱效果是圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解決熱工設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之處以外，鑒于冬季自然狀況，設(shè)計(jì)時(shí)還需考慮冬季的保溫作用，另外，該地區(qū)的空調(diào)采暖運(yùn)行的方式、自然通風(fēng)和室外熱作用間的關(guān)系等方面也需要參考。該地區(qū)現(xiàn)有的大多數(shù)住宅是磚混式結(jié)構(gòu)，即：外墻為磚墻或者是混凝土輕型空心磚塊、室內(nèi)外抹灰。

怎樣確立該地區(qū)的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，要考慮以下幾方面：

1)該地區(qū)的住宅建筑造價(jià)、取暖設(shè)備價(jià)格、社會(huì)等方面的環(huán)境費(fèi)用以及國(guó)家對(duì)該區(qū)域的住宅建筑提出的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求;

2)該區(qū)域住宅詳細(xì)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、體形、窗墻比和對(duì)于自然通風(fēng)的組織等;

3)建筑在該地區(qū)氣候環(huán)境條件下的熱過(guò)程特征狀況，尤其是夏季的高溫條件下，對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定狀況的考驗(yàn)特征等。

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造與熱工參數(shù)表見(jiàn)表1。

表1 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造與熱工參數(shù)表

3.2 靈活性設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)冬夏氣候矛盾

適合這一地區(qū)特色的合理住宅節(jié)能設(shè)計(jì)必須是以氣候環(huán)境、建筑處于的場(chǎng)所環(huán)境以及居住人的具體情況而考慮設(shè)定的。夏季高溫多雨、冬季嚴(yán)寒干燥是這一地區(qū)的主要特點(diǎn)，冬夏季節(jié)氣候變化大、南北受太陽(yáng)輻射條件及季風(fēng)等因素影響以致光熱、溫度、濕度差距亦是懸殊。所以在這一地區(qū)冬夏氣候矛盾的情況下，如何靈活設(shè)計(jì)夏熱冬冷地區(qū)住宅節(jié)能以適應(yīng)四季變化則是問(wèn)題的關(guān)鍵，需要我們?cè)诳傮w的環(huán)境布置、空間的建筑結(jié)構(gòu)、造型的處理等方面綜合考慮，此外強(qiáng)化運(yùn)用技術(shù)與自然環(huán)保資源采暖節(jié)能，創(chuàng)造舒適的居住環(huán)境。總體住宅布局上，要考慮氣候環(huán)境的特征合理布局住宅建筑的朝向、建筑間距與小區(qū)綠化問(wèn)題等，以達(dá)到夏季良好通風(fēng)、降溫散熱、遮陽(yáng)避暑，冬季利用光照、阻擋寒風(fēng)保暖等效果;建筑間距對(duì)于散熱通風(fēng)十分關(guān)鍵，應(yīng)根據(jù)地區(qū)的夏季較多東南風(fēng)、冬季西北風(fēng)及夏冬太陽(yáng)光照不同等特點(diǎn)而設(shè)計(jì)。此外，住宅區(qū)域內(nèi)的植被綠化工作對(duì)于建筑不同季節(jié)的熱環(huán)境影響明顯，也應(yīng)該充分利用。

總之，靈活性的設(shè)計(jì)需要對(duì)住宅外圍護(hù)結(jié)構(gòu)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蜃兓龀鲞m當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，如：建筑空間的封閉與開(kāi)敞的調(diào)節(jié)等。于是，住宅設(shè)計(jì)將被動(dòng)建筑體和附加住宅設(shè)備相結(jié)合，使構(gòu)造更加舒適、節(jié)能而環(huán)保。

3.3 地下的冷熱源及相變制冷技術(shù)

夏熱冬冷地區(qū)年均溫度是18℃左右，已經(jīng)是人類(lèi)適宜的溫度。鑒于地表溫度的變化在地下土壤中逐漸銳減及變化相對(duì)滯后的特性，所以在冬季，地下淺層的溫度較地表高，在夏季則相反。于是，可以說(shuō)，地下淺層是一個(gè)很好的冷熱源。所以我們可以將空氣輸入地下淺層埋藏的管道中，然后經(jīng)過(guò)加熱或者冷卻輸往室內(nèi)，如此將室內(nèi)冷熱負(fù)荷與地下冷熱源進(jìn)行靈活互動(dòng)，利于改善我們的室內(nèi)熱環(huán)境。

相變制冷技術(shù)則是利用了太陽(yáng)能蒸發(fā)多孔材料水分的原理來(lái)冷卻建筑的外表層。研究曾表明，此法效果明顯，夏季建筑表層受強(qiáng)烈輻射溫度達(dá)50℃以上，使用后可使其降低近1/2的溫度，利于室內(nèi)溫度與濕度的調(diào)節(jié)。

3.4 植被綠化調(diào)節(jié)溫度

住宅建筑小區(qū)的植被綠化對(duì)于區(qū)域內(nèi)的氣候具有一定調(diào)節(jié)的良好作用，在當(dāng)代城市住宅環(huán)境調(diào)節(jié)與保護(hù)中具有重要意義。植被綠化是利用了植物的光合作用、從地面吸收水分及葉面蒸發(fā)、蒸騰的作用對(duì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)溫度與濕度。植物有利于降低建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外表面溫度，調(diào)節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境，降低室內(nèi)空調(diào)的能耗，達(dá)到能源節(jié)約與生態(tài)保護(hù)的雙重效果。此外，住宅區(qū)綠化還利于改善小區(qū)的環(huán)境、豐富小區(qū)生活、減少住宅區(qū)空氣與噪聲污染、降低溫室效應(yīng)及調(diào)節(jié)碳氧平衡的多重作用。住宅區(qū)植被綠化調(diào)節(jié)溫度示意圖如圖1所示。

圖1 住宅區(qū)植被綠化調(diào)節(jié)溫度示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

總之，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步的今天，人們的環(huán)保節(jié)能意識(shí)與追求舒適生活環(huán)境的觀念也在不斷提高。于是，又在科技日新月異的時(shí)代下，我們需要駕乘時(shí)代進(jìn)步的風(fēng)帆，實(shí)現(xiàn)夏熱冬冷地區(qū)住宅節(jié)能的優(yōu)化設(shè)計(jì)，不斷提升我們的節(jié)能技術(shù)水平及應(yīng)用。如此，我們的居住環(huán)境才會(huì)真正的實(shí)現(xiàn)可持續(xù)化的舒適。在我國(guó)人口眾多、能耗巨大，經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展面臨資源短缺與環(huán)境壓力的今天，加快住宅的優(yōu)化節(jié)能設(shè)計(jì)更具深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］ 常婧瑩.建筑節(jié)能的重要性及建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)［J］.河南建材，2010(3)：41-42.

［2］ 何偉驥.夏熱冬冷地區(qū)太陽(yáng)能利用與建筑整合設(shè)計(jì)策略研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2007.

［3］ 彭邦敏.住宅建筑節(jié)能技術(shù)在夏熱冬冷地區(qū)的運(yùn)用研究［D］.景德鎮(zhèn)：景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院，2011.

［4］ 肖 健.淺談建筑節(jié)能的重要性及建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)［J］.今日科苑，2009(20)：18-19.

［5］ 陳 豐.夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能技術(shù)綜合應(yīng)用研究［D］.長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2008.

［6］ 張聲波.采暖區(qū)城市既有住宅生態(tài)化改造設(shè)計(jì)研究［D］.天津：河北工業(yè)大學(xué)，2007.