淺談住宅型節能建筑的綜合設計

于芳 鄧犀月

（1、沈陽市建筑設計院，遼寧 沈陽 110031；2、中國中建設計集團有限公司沈陽分公司，遼寧 沈陽 110016）

對于住宅型建筑而言，節能的關鍵體現在三個方面，一是外圍護結構保溫、隔熱性能的改善，二是冷熱源的能效比與傳輸系統效率的提高，三是末端用冷（熱）的可調節及費用承擔形式。上述三方面相互影響、相互制約，同時在不同的氣候條件下節能重點及相互間的影響程度也大不相同。因此進行住宅設計時應遵循因地制宜、整體設計和過程控制的原則，結合氣候、技術、經濟等諸多因素進行綜合設計和整體優化，才能實現節能的目標。

1 節能建筑的主要內容

一個建筑物是否達到節能標準或者是否具有節能性能，能節多少能，需要通過對該建筑物采取的技術措施進行分析、技術手段進行測試評價，其中所用材料的熱工性能是最重要的評價依據。

節能建筑有五大特征：①少消耗資源；②高性能品質；③減少環境污染；④長生命用期；⑤多回收利用。

節能建筑應考慮的九大問題：①建筑的環境；②建筑的朝向；③建筑的體型問題；④建筑的面積問題；⑤建筑的物理環境問題；⑥建筑的節水問題；⑦建筑的節地問題；⑧建筑的太陽能利用問題；⑨建筑的裝修問題。

節能建筑設計的基本原則和要求：①節能建筑設計應貫徹“因地制宜”的設計原則；②建筑外圍護結構的熱工設計應貫徹超前性原則；③建筑設計者要有社會責任感。

2 住宅型小區整體規劃的重要性

在小區整體規劃中，建筑物形狀與布置位置不同，會導致建筑物周圍的空氣流動狀況有很大差別。冬季寒冷地區在冬季主導風向下，若在建筑物表面形成較大風速，會使建筑散熱量增加；若在建筑兩側形成較大風壓，則會增大建筑物的冷風滲透，使耗熱量增大10%～20%。而對大多數地區，夏季主導風向下，若建筑兩側不能形成較大的風壓，則即使開窗也不會形成較好的自然通風，從而影響熱環境，或增加開啟空調的時間。同時，建筑物形狀與排列，還與表面接受太陽日照時數及體形系數有很大關系，可使采暖需熱量產生10%～20%的差別。

建筑物表面色彩與涂料性質不同亦會導致建筑能耗有的差別，以冬季接收太陽輻射并減少夜間天空輻射的熱損失為主要目的時需要的措施，與以夏季減少太陽輻射得熱量為目的所要求的措施完全不同，因此需根據當地的氣候特點分析確定。此外，受住宅設計中建筑密度、下墊面（如道路、草地、建筑表面等）性能、建筑材料、建筑布局、綠地率和水景設施等因素的影響，住宅區室外氣溫有可能出現“熱島”現象，即小區氣溫會高于其他地方、尤其是郊區的氣溫的現象。“熱島”現象在夏季的出現，不僅會使人們高溫中暑的概率變大，同時還促使了光化學煙霧的形成，加重污染，并增加建筑的空調能耗，無疑給人們的工作和生活帶來嚴重的負面影響。

3 建筑整體設計的思路

從整體上說，適當的建筑體形、平面布局、色彩、窗墻比可有效實現建筑節能。而從細部設計上看，采用高效的外墻保溫方式、屋頂保溫隔熱方式、高性能的外窗和外遮陽系統都是住宅建筑節能的重要措施。尤其對于北方采暖地區而言，這些措施是實現住宅型建筑能耗降低的關鍵。近年來，諸如外墻保溫、高性能外窗等節能技術或產品在我國得到了一定的發展。但是，如何根據不同的氣候條件，從整體設計的原則出發，合理、高效地使用、搭配各項節能部件和技術卻有得到應有的重視。

例如，窗墻比對建筑能耗的影響，取決于窗與外墻之間熱工性能的差異，相差越大，影響越顯著。單層金屬窗的夏季空調負荷是同面積244mm厚磚墻的5倍，全年能耗是36倍。窗墻比由0.4減少到0.3，每平方米建筑面積年冷暖耗電量可減少5kW·h。當采用單框雙玻加熱反射窗簾后，同面積窗的全年能耗只有墻的1.8倍.窗墻比由0.4減少為0.3，每平方米建筑面積減少的年采暖耗電只有1kW·h，節能效果明顯下降。此外，窗墻比對建筑能耗的影響還和不同地區不同朝向的太陽輻射強度有關，北方采暖地區的結論對于其他地區并不適用。同時，與體形系數類似，窗墻比不僅影響能耗，也影響建筑立面、室內采光、通風等。窗墻比過小，建筑通風不良，自然采光不足。會增加空調與照明能耗。因此需要通過細致全面的模擬分析來優化設計，選擇適當的窗墻比。

另外，在住宅節能設計過程中要注意均勻性原則的合理應用。均勻性原則又稱“木桶原則”，即在資金有限的條件下，在處理影響建筑熱環境的各項因素之間協調時，使其影響效果盡量均勻，趨向一致。例如在選擇外墻、外窗和遮陽設施時，應在一定的投資下使各個方面的效果盡量均勻一致，而不應該選擇保溫性能特別良好的外墻卻因為資金緊張而選用單層窗，或投入大量資金配置保溫性能、密閉性能良好的外窗卻不做外墻保溫設計。結果往往由于圍護結構最差的一個環節而影響節能的整體效果，正如木桶的盛水量是由桶壁上最短的一根木條所決定的。

對于不同的供暖方式或者空調方式，它們對墻體圍護結構的熱工特性要求也有所不同，因此需要從保溫和蓄熱兩方面對墻體圍護結構加以系統的分析。以供暖系統為例，傳統的連續供熱系統只要求墻體有較好的保溫性能，即較大的熱阻即可；而以削峰填谷為目的的夜間電熱膜供暖方式還要求墻體具有較好的蓄熱特性，即有較大的熱容；相反，對于間歇供暖方式，例如煤氣爐供暖方式或水系統分戶調節形式，則要求較小的熱容以達到“即開即熱”的目的。傳統的設計過程中，對住宅在冬季供暖方式下的熱環境只進行靜態的分析因而只強調墻體保溫的重要性。隨著供暖方式的多樣化，圍護結構的熱工動態特性對供暖系統節能的影響也越來越重要。

在夏季，由于室內外環境平均溫度的差別不如冬季明顯，因此對墻體圍護結構的保溫性能的要求相對降低。另一方面，由于各種影響建筑熱環境的擾量的動態變化、空調系統的間歇運行、利用晝夜電價差削峰填谷的蓄冷空調方式，或者是采用夜間通風降溫方式等，都對墻體圍護結構的蓄熱性能提出更多的要求。因此需要從能源、環境、經濟等多方面與冬季統籌考慮，具體分析，以期達到最優的效果。需要注意的是，對于夏熱冬冷地區和夏熱冬暖地區，由于室外日均溫與熱舒適要求的室溫差別并不太大，因此外墻保溫并非十分重要，而通風、外窗及外墻的遮陽、外窗的光學透過性能等，反而是影響室內熱狀態和采暖空調能耗的主要因素，因此不可不顧氣候差異而簡單地推廣外墻保溫。屋頂的保溫及其他隔熱措施對低層和多層建筑頂層房間的能耗也有很大影響。僅改進屋頂一項措施，一般可使頂層房間采暖空調能耗降低一半。但是同樣值得指出的是，以減少夏太陽得熱為主要目的的炎熱地區與減少冬季屋頂散熱、但希望更多地獲得太陽輻射的寒冷地區所要求的措施完全不同。

結束語

住宅型節能建筑的各方面條件相互作用，又與自然、氣象等狀況有關，因此通過簡單的定性分析，往往難以決斷。最有效的方法是采用計算機動態模擬分析的方法，對不同方式組合下的建筑性能及全年能耗情況進行綜合預測分析，從而優化設計，提高設計質量。

[1]沈致和.住宅節能原理與設計[M].安徽科學技術出版社.2006.

[2]房志勇.建筑節能技術[M].北京建材工業出版社，1999.

[3]涂逢祥.建筑節能[M].中國建筑工業出版社，2001.