有關住宅建筑節能優化設計的思考

楊馮素　劉賽群

摘 要：隨著我國經濟的飛速發展，建筑行業作為國民經濟的支柱行業發展迅猛。中國地域遼闊、人口眾多，需要足夠的建筑滿足人民的生活和工作需求。目前，我國每年新增建筑面積已超過20億m2，躍居世界第一，巨大的成就有目共睹。但我國建筑行業的消耗驚人，每年所使用的鋼材和水泥占到全世界的40%，同時也產生數以億計的建筑垃圾。在大力提倡環保節能的今天，住宅節能是建筑行業從業人員需要思考的問題，本文就這個問題提出了一些可行的辦法。

關鍵詞：住宅建筑；節能設計；優化

1 住宅建筑優化設計的作用

由于住宅占所有建筑中的比重最大，因此以住宅為例對建筑優化設計以達節能目的加以分析。任何建筑的投資控制都源于建設工程的決策和建筑的設計，因此，為了達到建筑的設計目的，保證建筑的使用功能，還要符合節能減排的需要，對于建筑的設計就成為關鍵所在。作者就通過設計達成住宅節能的幾種途徑進行了詳細闡述。

2 住宅建筑節能優化設計的途徑

2.1 住宅平面節能優化設計

住宅設計的首要就是確定戶型面積，平面設計合理得當的住宅，不但居住舒適還能達到節能環保目的，包括：①土地是稀缺資源，適當的建筑面積可以減少土地的浪費；②房屋所占的土地大小適中，既能滿足家庭需求，還能減少不必要的建筑材料；③避免過大的建筑面積也能節省工程施工過程中的能耗；④當住宅投入使用后，大小合適的居住面積，以及通風、采光良好的房屋，能有效減少家庭能耗。

以房屋住宅的朝向設計為例，由于我國位于北半球，受太陽高度角和方位角的變換的綜合影響，使得坐北朝南成為我國建筑最節能的朝向。科學分析，南北朝向的住宅有諸多優點，包括：①夏涼。面朝南可以減少太陽輻射，且夏季東南風與建筑呈直角，住宅通風可以有效降低住宅內的濕熱；②冬暖。首先是可以增加太陽輻射時間，其次住宅北面布置為電梯、樓道、管道井、衛生間、廚房等，可以有效阻擋冬天西北風，保持室內溫度。在減少能耗前提下，保證住宅舒適度。

2.2 住宅外墻節能優化設計

墻體是整個住宅建筑的主體部分，除了具有承重和圍護功能外，現在外墻的熱交換界面特性逐漸被重視。有數據表明，采用了節能外墻的房屋的室內溫度相比于采用普通外墻的房屋溫差可達到4～10℃，也就是說采用節能外墻能有效地提高房屋的保溫性，經過專家推算，外墻保溫所降低的能耗占到房屋節能的一半以上。節能外墻的原理是在外墻中增加了一層隔熱層，隔熱層能有效降低室內環境與室外環境的熱交換，從而起到保溫隔熱效果。

目前，節能外墻技術已經有了一定發展，也開發出幾種的外墻隔熱材料，包括：多空粘土磚、加氣混凝土砌塊以及一種復合隔熱材料。其中復合隔熱材料的效果最好，這種復合材料中添加了巖棉、礦棉、膨脹珍珠巖、玻璃棉、加氣混凝土和保溫性、憎水性極佳的薄膜聚苯乙高分子材料。

另外，從墻面的設計角度來分析，通過科學的設計也能提高普通住宅墻面的保溫隔熱效果。工程研究發現，合理的體型系數有助于降低住宅能耗。所謂體型系數，也就是建筑的比表面積，建筑學上的定義為：“建筑與室外大氣接觸之面積與其所圍體積的比值”，通常來說比表面積越小越能減少室內與室外環境的熱交換作用，但是房屋的修建有其規律，面部空間也受到各種條件限制，因此，針對住宅修建的規律，一般住宅進深10m以上，長度在55m左右，體型系數保持在0.3以下。通俗說來，就是高大且寬敞的建筑比之矮窄的房屋要更節能，表面平整的墻壁比凹凸不平的隔熱性更好。

從墻面形狀角度來看，經工程經驗總結，建筑物的外墻的交角內側受照射時間長，且由于散熱差，較墻壁其他區域而言，其能耗較高，因此設計人員在設計住宅時可以通過減少房屋交角的辦法來降低能耗，但為了有效連接各個墻面，可以采用弧形墻面，或者在使用允許情況下，將房屋設計成圓柱形，這樣就能很好的減少室內與外部環境的熱交換，減少室內能耗。

在墻壁上種植爬墻植物，也是很好的辦法。植物的生長既能吸收陽光中的輻射能量，減少陽關對墻壁的直接照射，還能美化環境，同時植物光合作用釋放的氧氣對人體健康有益。有數據表明，房屋的植被覆蓋率達90%，外墻表面溫度可降低8.2℃，并且植物還能吸收溫室氣體和空氣中的有害物質，減少溫室效應。

2.3 住宅屋面節能優化設計

住宅屋面即屋頂，是一天中受到日光直接照射時間最長的部分，持續的日光輻射會使屋面溫度高于住宅的其他部分，有數據顯示，屋面所受輻射能量是房屋東西墻壁的2～3倍。夏季，住宅屋面超時間受熱會導致室內溫度迅速升高，極大的影響到室內的舒適性，為了降低室內溫度，就不得不增加住宅能耗，因此，房屋屋面的隔熱對于整個住宅極其重要。要提升屋面的隔熱效果有以下幾種方法：①增設保溫隔熱材料作為隔熱層，隔熱材料需要密度大、導熱系數小，同時具有憎水性，目前已有材料中，發泡聚苯乙烯板非常適合作為屋面隔熱材料；②隔熱層的安裝位置也很重要，住宅屋頂都有防水層，但防水層在長期日光照射下極易老化。假如隔熱層安裝于防水層下方，會很大程度上影響隔熱效果。因此，發泡聚苯乙烯板應安裝與防水層上方，利用發泡塑料吸水性差的特點有效保護了屋頂防水層，還起到了隔熱效果；③可以在屋頂種植覆蓋土壤，種植花卉、灌木等植被（如麥冬草、三色堇），既美觀又環保。首先，屋頂種植的植被，能吸收陽光輻射的能量，將熱量轉化，同時也能吸收一部分溫室氣體，也起到了降低環境溫度的作用，其次，土壤導熱系數小，保溫性能好，最后，土壤吸飽水分后會形成憎水層，起到防水作用；④在屋頂設置蓄水池，通過水吸收陽光熱能后蒸發帶走熱量，可有效降低屋頂溫度，保持室內涼爽，有數據表明，屋頂采用蓄水或者是種植植被后，屋頂表面溫度最多可下降27℃。

2.4 住宅門窗節能優化設計

住宅門窗除了采光外，還是建筑自然通風的渠道，所以門窗同時也是住宅接受陽光輻射最直接的部位，一般門窗所用材料的導熱系數較大，通常是墻體混凝土材料的3～4倍，因此要減少住宅的能耗，門窗是重要位置。合理設計門窗位置、選用隔熱材料、選擇更好的窗型和窗面積就成為減少能耗，提升室內舒適度的幾種途徑：①開窗位置選擇。由于我國夏季多為東南風，冬季多為西北風，因此門窗位置能直接決定住宅舒適度，將夏季迎風面作為主要開窗位置，增加住宅自然風對流，能保證室內涼爽，而北面盡量少開窗或者減小開窗面積，以抵擋寒冷的北風；②窗型選擇。住宅內少做落地窗和飄窗，多用氣密性好的平窗；③密封選擇。提高外窗的密封性能，以往多用毛條密封，現在多使用膠條，大大提高了窗戶的密封性；④門窗配件選擇。窗框提倡選用隔熱性好的塑鋼、鋁合金、鋁木復合型材、玻璃鋼等材料，玻璃最好使用中空玻璃，即兩層玻璃中間含有空氣，空氣的導熱系數是已知所以物質中最小的，也就是說空氣的隔熱保溫性最好。

3 小 結

我國人口眾多，經濟發展迅速，已成為僅次于美國的第二能耗大國。世界能源日益緊張的當今社會，要想保持經濟的持續發展，必須要從節能入手，以較少的能耗獲得最大的經濟效益。因此，從建筑行業自身做起，通過在設計階段引入節能減排思想，對住宅建筑進行節能優化設計，不但能提升居民的舒適度，還節省了不必要的能源消耗。

參考文獻

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