對住宅建筑節能優化設計的探析

張劍華

機械工業第一設計研究院廈門分院（361006）

對住宅建筑節能優化設計的探析

張劍華

機械工業第一設計研究院廈門分院（361006）

隨著社會的發展和進步，建筑設計對住宅建筑提出更高的要求。一般而言，建筑能耗比較大，約占人類總能耗的25%，所以說在具體的建筑設計過程中要把握可持續發展的原則，堅持貫徹節約能源的理念，避免對自然環境產生污染和破壞，這是每一個建筑設計師的責任。文章以某住宅樓為工程實例，總結分析了該項目的設計問題及現狀，結合工程實踐經驗簡述了如何利用節能設計方法對建筑物進行優化設計，以保障住宅建筑的可持續發展。

住宅建筑；節能設計；優化設計；保溫性

1 工程概況

某地區住宅樓主朝向為東南向,標準層為兩戶，建筑層數為9層，建成年代20世紀90年代初期。墻體主要為240黏土磚砌筑墻體，外墻面層為水泥砂漿抹面涂料粉刷；屋頂為普通水泥板架空隔熱屋面，保溫層材料不詳；門窗為低檔鋁合金推拉窗，所裝玻璃為淡藍色透明玻璃；陽臺為封閉式；立面有簡易遮掩構件。

2 相關案例研究分析

調查分析該建筑的通風、遮陽、保溫隔熱等現狀，并研究國內外對類似問題的處理方法。

2.1 自然通風

2.1.1 現狀分析

建筑順應該地區主導風向要求，但是從戶型設計來看，戶型單側設置窗戶，通風組織形成單側通風的狀況，故無法有效的形成壓力差，使得室內的通風情況較差，與兩側布置窗戶的戶型相比需要更長時間的機械設備輔助，才能滿足室內使用的舒適度要求。另外，過于隨意的遮陽構件影響了室內通風的正常進行，使得屋內溫度居高不下，需增加機械通風設施才能使室內達到足夠的舒適度。

2.1.2 相關案例

獨立式住宅的天津武清255地塊結合山地條件，通過樓梯與室內空間的結合形成內院成為豎向的通風空間，加強了室內外的自然通風能力。豎向通風設計改善了自然通風效果，豐富了內院的使用功能，是一種低投資和高回報的設計方法。

2.2 遮陽

2.2.1 現狀分析

合理的遮陽構件設計可以有效減少建筑物的能耗。調查中建筑沒有考慮永久性遮陽構件，使用中的遮陽構件以彩鋼板為主要材料均為后期添加。遮陽構件均為一次安裝，長度和角度設置由安裝時住戶自行確定。此遮陽構件雖可遮擋夏季太陽光直射,但當進入日照時間極短的冬季后，遮陽構件反而阻擋光線射入室內，影響了室內采光的正常照度值，使得用戶為彌補照明的不足，增加開燈時間，帶來了不必要的能耗。

2.2.2 相關案例

青島千千樹置業有限公司的千千樹住宅小區工程,在垂直遮陽板設計眾多方孔來改善通風能力，保障了高層住宅的遮陽效果和通風能力。具有較全面的環境控制——遮陽型生態住宅的西班牙蘇扼住宅，利用低造價、易操作的檐口出挑方式進行遮陽,既達到夏季遮陽的目的,又滿足了冬季日照時長。

2.3 保溫隔熱

2.3.1 現狀分析

建筑墻體主要為240黏土磚砌筑墻體，外墻面層為水泥砂漿抹面涂料。墻體較薄且無任何保溫層,在夏季白天難以阻擋該地區強烈的太陽光，導致大量熱量透射而入;到夜間獲取的熱量難以消散，形成對室內的二次輻射，使得室內溫度持高不下。冬季輕薄的墻體又成為熱傳遞的最佳通道，將熱量由室內傳遞到室外，導致室內熱量的嚴重損失。屋頂為普通水泥板架空隔熱屋面,此種做法相對老套,保溫、隔熱效果無法滿足現在住宅建筑的使用要求。調查建筑中的門窗及陽臺窗基本上都為低檔鋁合金作為骨架材料的單玻窗,所用玻璃為藍色透明玻璃，開啟方式為推拉,此種方式增加了該建筑的能源消耗。

2.3.2 相關案例

西安首創國際城北區采用的保溫隔熱技術：

1）選用AJ聚苯顆粒保溫砂漿和聚苯保溫板,給墻體穿上“衣服”。2）采用塑鋼中空雙層玻璃窗，達到隔熱、隔音和保溫效果。3）選用名牌廠家生產的雙開保溫隔音防盜門。4）在屋頂和陽臺使用聚苯顆粒保溫砂漿。由此，節能效果達到節能50%的國家標準。

3 改造優化設計

針對調查建筑當前存在的問題，結合對國內外相關案例的分析，運用生態住宅的設計方法，提出相應的改造設計措施，達到節能的目的。

3.1 通風改造優化設計

自然通風是住宅建筑的重要影響因素之一，在住宅設計領域中結合環境，達到自然通風節能的效果尤為重要。

結合建筑單體設計，巧妙設置門窗，門窗對開，形成穿堂風，有效地調節了室內通風效果。豐富窗戶形式，設置多向調節窗戶加大其通風能力，自然通風量則通過豎向空間的窗戶面積大小來控制。屋頂安裝利用風力的簡單機械裝置，抽低樓層的涼風至高樓層降低室內溫度,加強豎向空間的拔風作用，提高室內60%的通風能力。加強各樓層之間風的流動,在豎向空間頂端設置蓄熱墻吸收房間熱能，排除室內濁氣。

3.2 遮陽改造優化設計

窗的遮陽是必不可少的，在閉窗情況下有無遮陽，室溫最大差值達2℃，平均差值達1～4℃。理論上講，室外遮陽效果比單層玻璃窗的透過能量下降88%。但針對該地區來講，如果用遮陽板固然可抵擋一部分夏季強烈的日光，但進入漫長的低日照時期時，室外的遮陽設置使室內不得不只采用燈光照明，特別是在陰雨天或冬季這種需要大量陽光進入的季節，遮陽反而變成了一種障礙。在建筑中設置百葉遮陽構件,并將百葉遮陽構件一分為二，利用上部的百葉作為反射構件，通過室內頂棚進行漫反射增加室內照度；下部擋掉過量的太陽光。這種方式作為朝南建筑的遮陽方式，朝西建筑由于太陽高度角較低，可采用垂直遮陽來解決此問題。

3.3 隔熱改造優化設計

3.3.1 墻體與屋頂

圍護結構傳熱的熱損失占整個建筑物熱損失的70%～80%,外墻是建筑物圍護結構的重要組成部分。加強調查建筑的薄弱圍護結構（外墻)的保溫隔熱能力尤為重要。

在改造中，建筑物的主要圍護結構、屋頂的保溫節能材料采用AJ建筑保溫隔熱聚合物砂漿。隔熱效果好、導熱系數低的AJ建筑保溫隔熱聚合物砂漿含有陶瓷空心微粒，從而有效地阻止了能量的傳遞，起到節能的作用。在外墻外保溫時該材料還設置防裂防漏層，既防裂紋又防漏水。

屋頂的保溫設計可選用AJD—Ⅱ型聚苯顆粒保溫材料為保溫隔熱材料，同時可種植綠化來改善保溫隔熱的效果。

3.3.2 門、窗

由于空氣滲透和門窗的使用帶來了門窗的熱損耗，為減少能耗，則需：1）合理窗墻比：以建筑規范為準則，以該地區的實際條件為依據，合理地調整窗戶和墻體的比例。2）強化密封性：合理選擇門窗的類型和其他相關配套材料。3）提高保溫性：門窗框料可采用PVC型材與鋼襯料制成,玻璃采用中空雙層玻璃，門芯填充復合保溫材料，既防盜又保溫隔熱。

3.4 有效利用太陽能

生態住宅設計方法在遵循高效率、低造價、易控制、好維修原則的前提條件下，合理地利用太陽能，降低住宅建筑的人工能耗。

結合該地區的氣候條件，選取適合調查建筑的改造方式，最大程度地利用自然能源，降低住宅建筑能耗，太陽能的利用方式見圖1。

圖1 住宅的太陽能利用方式

4 結語

隨著全球環境的惡化和工業化革命后技術的發展，保護生態環境、節能減排成為時代的主題之一。降低能耗、保護能源是住宅建筑設計的重要控制要素，生態住宅設計方法保障了住宅建筑的可持續發展。