淺析住宅小區規劃設計中的節能方法

■ 李曉璐

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淺析住宅小區規劃設計中的節能方法

■ 李曉璐

【摘 要】隨著經濟社會的不斷發展和節能減排的需求，住宅小區的節能設計受到了各方重視。但在前期規劃設計中，節能意識較為薄弱以及缺少合理的設計方法。文章從建筑朝向、間距和布局3個方面綜合闡述了規劃階段的節能設計方法，為節能在住宅小區規劃設計中的應用提供了依據。

【關鍵詞】住宅小區；節能；規劃設計

李曉璐，上海理工大學在讀研究生。

隨著全球變暖和能源量減少，節能減排成為時下最流行的話題，已經引起全世界各國的關注。如何解決環境與人類發展之間的關系，成為時代發展的主題之一。而建筑能耗之大對環境帶來的消極影響日漸突出，其中每年住宅的竣工量幾乎占了全部建筑竣工量的一半,住宅節能成為時代關注的重點。然而節能建筑的建設給人留下的影響往往是高投入、高技術，特別是綠色建筑主要以大型項目為代表，導致人們認為建筑節能就是高科技的堆砌物，運用了大量的新技術和復雜的構造，這些都導致節能建筑的高成本。但其實高新技術只是節能設計中的一部分，住宅建筑在提倡建筑節能化的同時，還應考慮到整個項目的經濟效益，如果只是運用高技術來完成節能目標需要大量的成本費用，高成本必然導致高房價。基于我國當前的國情，完全利用高科技達到節能目標是不現實的。根據我國現狀，從整體規劃出發，通過基本功能的改善和使用適宜的節能技術來完成節能目標才是可取之道。

1　目前住宅節能設計中存在的問題

1.1地方設計規范不完善

目前，關于節能建筑設計方面，國家出臺了各種參照標準，如《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》（JGJ134—2010）、《綠色建筑評價標準（GB/T50378—2006）等，這些規范的制定對節能設計的執行帶來保障和標準，但我國各地情況差異較大，即使同屬于夏熱冬冷地區，各地環境和經濟發展水平均有差異。這就要求地方政府根據當地實際情況制定各自的節能設計標準。事實上，各地已經根據當地情況出臺了節能設計標準。但我們也可以看到，部分地區的設計執行標準相對滯后，更新不及時。以浙江省出臺的《居住建筑節能設計標準》（DB33/1015—2003）為例，制定于2003年，規定的部分內容和參照的標準早已更新，導致現在節能設計過程中，雖有地標，但仍然以《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》（JGJ134—2010）為執行標準。并且，這些規范對規劃雖有要求，但大部分仍然是建議性要求，強制性要求多數是對單體建筑的節能要求。

1.2缺乏整體規劃意識

提起節能建筑，人們往往想到的是單體建筑圍護結構的節能技術，其實建筑節能主要包括規劃設計、建筑設計和設備設計3個方面。規劃設計需充分利用自然資源，選擇合理的平面布局與空間構成形式，使得居室在滿足舒適條件下的能耗盡可能小[1]，其建筑和結構方案的選擇對建筑的直接能耗有較大影響。從而，住宅小區的節能設計離開了規劃設計是不完善的，從設計一開始缺乏整體意識，不順應當地風向，不注意建設地段的地形地貌，不注重建筑間距和交通的合理組織，都將成為后期節能設計的不利條件。有部分設計已經意識到規劃設計的重要性，但沒有完善的節能系統，找不到節能防護的重點。

1.3節能設計數據滯后

住宅小區的設計先考慮區域定位、建筑風格、規劃指標、戶型設計等，節能計算模型的建立往往需等到擴初或施工圖階段，而此時，方案已經基本確定，也就意味著在方案階段，節能設計基本除了日照分析，基本處于數據空白狀態，除了建筑師的經驗，無法確定當前的節能設計是否合理。目前，很少工程在方案階段利用節能分析工具（如Ecotect）來對節能工作做初步的分析。這部分數據的缺失導致在設計后期，模型計算后的不合理處往往只能通過增加圍護結構的保溫材料來解決，或出現較多的熱橋部位，從而導致建設成本的增加。

2　規劃階段節能設計方法

住宅小區的設計不僅僅是單體平面或者外觀立面的設計，還應考慮到建筑所在位置的整體環境。規劃設計是一個整體而又復雜的系統工程，在設計過程中應充分考慮建筑與外部環境的關系，以節能作為指導規劃設計的主要原則，充分利用自然資源，實現從總體上為建筑節能創造先決條件[2]。規劃中主要利用的是太陽輻射和空氣流動兩大因素，如何降低太陽輻射和增強建筑自然通風效果是規劃設計階段主要需解決的問題。目前，根據我國現狀，在建筑規劃設計中解決這兩個問題主要通過建筑朝向、建筑間距和建筑布局這3方面來解決。

2.1建筑朝向

“坐北朝南”一直以來是中國對建筑朝向最直接的想法，而朝南房間的多少也成為房產公司宣傳時的重點。正南房間相較于正東向或正西向的房間，全年綜合耗電量大約減少20%[3]。但現實狀況中，完全正南的房間基本很難實現。而且還應和當地太陽射入角度和主導風向相結合，最佳朝向并不一定是正南向。如上海地區，根據日照時間和主導風向（冬季為偏北偏西風，夏季為東南風），建筑朝向以南偏東30°～南偏東15°為宜，其中以南偏東15°為最佳朝向。建筑朝向的原則是要能夠在冬季獲取較多日照和避免冷風，在夏季則避免日光直射和良好的通風，即冬暖夏涼的室內環境。所以建筑朝向從日照和風向兩方面來探討。

一方面，對于建筑朝向與太陽輻射的關系，我們常常用日照時間和太陽輻射量來代替。我國絕大部分地區處在北溫帶，但由于幅員遼闊，地勢和地形復雜多樣，使得各地的太陽輻射量不同，根據建筑所在地的氣候特征，將我國建筑熱工設計分區分為5個區域（表1）。本文主要以夏熱冬冷地區為代表進行探討，設計要求必須滿足夏季防熱要求，適當兼顧冬季保溫[4]。太陽多從東偏南升起，從西邊落下。因此，建筑朝向向南，可以避免太陽東、西曬。冬季，太陽高度角較小，住宅的門、窗朝南，可使更多斜射的太陽光線進入室內，從而提高室內溫度。而在夏季，太陽高度角增大，太陽從門、窗射入的光線相對就少。所以南向房間有利于減少空調能耗量。由于不同季節，太陽方位角的變化幅度較大，各個朝向的墻面所獲得的日照時間相差較大。

再以夏熱冬冷地區的上海為例，通過Autodesk Ecotect Analysis 2010的軟件分析上海虹橋地區的氣候條件，得到其最佳朝向（圖1、2），在圖2中綠色表示全年平均受太陽輻射得熱量最多的朝向，紅色表示在夏季（過熱時期）受太陽輻射得熱量最多的朝向，藍色表示在冬季（過冷時期）受太陽輻射得熱量最多的朝向。而黃色箭頭即為根據本地的氣候條件綜合考慮后得出的最佳建筑朝向——南向（180°）[5]。適宜朝向區域為黃色區域，介于南偏西30°～南偏東30°。通過以上數椐，在設計過程中應了解當地日照條件，設置建筑朝向接近最佳朝向，使主要房間朝向（開窗位置）避免東西不利朝向。

另一方面，從住宅小區整體所在位置來看，在嚴寒和寒冷地區，應盡量選擇避風基地，有利于建筑物的熱損失；在夏熱冬冷地區，迎合夏季盛行風向和減少冬季風向影響。從有利于建筑單體通風的角度來看，建筑的長邊最好與夏季盛行風方向垂直；但當建筑群體都與夏季風向垂直時，容易影響后排建筑的通風。為了整體通風效果，建筑與夏季盛行風向形成一定角度，改善后排建筑的通風效果。

所以在設計建筑朝向時，根據日照條件對房屋形成基本朝向后，還應使整體小區的通風角度進行一定的偏移。

通過上面兩個方面的討論，綜合研究結果，總結了建筑物在不同熱工分區中的最好的朝向和適宜的朝向，這些朝向均有利于節能的最終目的（表2）。

圖1　上海地區全年日軌圖

圖2　上海地區最佳朝向分析圖

表1　建筑熱工設計分區及設計要求[4]

表2　不同建筑熱工設計分區的最佳朝向和適宜朝向

2.2建筑間距

住宅小區作為一個建筑群體，建筑單體之間必然需要合理的間距。在人居環境中，自然光環境是非常重要的一個部分，和人們日常生活息息相關。不僅有利于生活環境，還有利于人的心理健康。特別是夏熱冬冷地區，在冬季陰冷潮濕又沒有大規模供暖設備，導致人們對住宅的日照要求尤為突出。正是這些日照要求決定了建筑的最小間距，以保證陽光不受遮擋，使每套住宅有較多的居室能滿足日照要求。根據國家標準《住宅設計規范》（GB50096—2011）的相關規定：每套住宅應至少有一個居住空間能獲得冬季日照。而且在住宅設計過程中，國家還強制要求必須有符合相關規定的日照分析報告書。這些規范的強制要求都反映出日照要求的重要性。影響建筑物日照間距的因素有很多，如日照標準、地理緯度、建筑朝向、建筑物的高度和長度以及建筑用地地形等。目前，對日照要求一般在城市規劃管理技術規定中有明確和詳細的規定，并通過專業的分析軟件對每個住宅建筑項目進行日照分析。

建筑間距不僅需要滿足日照要求，還應考慮建筑間通風問題。假設建筑物的長邊與夏季盛行風方向垂直，氣流遇到建筑物后發生繞流，并在各自的迎風側和背風側產生渦旋，建筑間距不一樣，產生的流場也不一樣：建筑間距較小時，兩個建筑物之間產生共同的渦旋，作用增強，距離建筑物也越近，空氣污染物隨著渦旋增強，產生濃度集中現象；建筑間距較大時，建筑物間不額外產生共同的渦旋，渦旋作用較小，空氣污染物濃度也減少[6]。由上可知，合理的建筑間距不僅有利于避免局部疾風，還有利于空氣質量的提高。合理的建筑間距為居住空間提供了良好的自然通風條件，為建立被動式住宅提供了可行性。

對于建筑間距的規定，一般在各個城市出臺的規劃管理技術規定中有明確的規定，根據各個地方的綜合情況制定了合適的建筑間距系數。但目前，很多地方出臺的對于建筑間距的規定往往小于按規范要求計算出的理論間距。假設不考慮地形坡度的變化（平地），所建住宅的長邊朝向正南向平行布置，取冬至日正午（12月22日上午11時30分或下午12時30分）以南側建筑物的建筑高度為標準計算，根據以上計算條件所得各地的理論間距系數[7]與各地規范相比較，如表3所示，可以看到當前規劃要求系數都小于理論系數，雖然理論數據更為理想化且規劃數據需綜合整體情況（包括城市空間景觀、日照、消防、采光、通風、視覺衛生等）來制定，存在差距無可厚非，但我們應意識到規范標準的降低已經不利于人們對日照的需求，再加上設計過程中往往按最低標準執行以及施工存在的誤差，都將不利于住宅的節能設計。應根據實際情況，分區域合理地增加建筑間距，以保證建筑物有較多的日照和良好的自然通風條件。

表3　夏熱冬冷地區主要城市正南向多層住宅建筑間距比較

2.3建筑布局

住宅小區在確定建造地址后，首先對周邊環境和所在地的氣候環境進行研究，并對小區有個整體的規劃布局。在建筑布局中，從節能角度出發，充分利用日照和自然通風以達到減少建筑能耗的目的，實現建筑與場所的和諧共生。合理的建筑朝向、建筑間距、道路和建筑的關系、綠化布置均對建筑群熱環境有較大的影響。不同的建筑布局能導致不同的熱環境，利用建筑布局，使住宅小區形成一個小型自然環境，產生良好的日照通風環境，有利于節能效果。

以上海地區為例，假設3種建筑布局方式，以簡單的長方形（30m×15m）表示建筑單體，將單體以南北向30m，東西向20m的間距布置3排，分別以行列式、斜列式、錯列式3種布局（圖3～5）進行模擬分析。通過Ecotect模型，計算出在冬至日的平均輻射溫度。從圖中可以看出，斜列式和錯列式的平均輻射溫度高的范圍明顯高于行列式，且受輻射的范圍也更多。布局的變化對建筑日照有明顯的影響。并且斜列式更容易使后排建筑采用自然通風，減少了建筑能耗[8]。

圖3　行列式平均輻射溫度

根據前面朝向和間距的分析，兩者都對日照和通風有影響。所以，在建筑布局方面，應盡量增大南向得熱面積，有利于夏熱冬冷地區的冬季采暖。并盡量采取南低北高的建筑高度，不僅有利于太陽輻射，還有利于夏季季風入口，形成有組織的有效進風口和出風口，降低室內熱環境。在整體布局中，如夏季盛行風方向為東南向，則不宜在東南向設置過長的條式高層，或采用周邊式布局也不利于進風。同時，在西北向設置高層或條式建筑則有利于對冬季寒風的阻擋，同時不影響日照效果，也提高了容積率。

眾所周知，植物的種植有利于減少地表的蒸散作用，可以有良好的水土保持功能，根據實測，同一環境下，夏季草地的平均溫度比水泥路面低5℃，比瀝青道路低7℃。而高大的喬木起到了遮擋作用，夏天站在樹蔭下，體感溫度明顯低于露天路面。在景觀設計中，住宅小區的綠化采用形式多種多樣，其中改善空氣質量和調節溫度方面，喬木的效果最好，所以在滿足規劃條件綠地率的情況下，應多種植喬木和灌木群，特別在建筑的東、西面種植喬木，有利于在夏季起到遮陽降溫的作用，在冬季落葉后又不影響建筑的采暖效果。綠化環境不應局限于地面綠化，立體綠化也應適當運用，能豐富小區綠化的空間結構層次，減少噪音、有害氣體和熱島現象，營造和改善小區的生態環境和氣候環境。其中屋面綠化是立體綠化在現實運用中較為容易實現的一種，這種綠化增加了屋面的保溫隔熱層，從單體建筑上就解決了屋面保溫的構造問題。在住宅小區設計中，陽臺是每個戶型必備的要求，現在新型的小區設計中，陽臺并不局限于南向陽臺，出現了北、東、西向多個陽臺，這些陽臺的設置不僅僅局限于晾曬功能，可以通過攀緣植物或盆栽植物起到綠化功能。在夏熱冬冷地區應盡量多地建造水系環境，如景觀水池、溝渠、透水性硬化路面，使水面的蒸發來改善居住區的熱環境。

圖4　斜列式平均輻射溫度

圖5　錯列式平均輻射溫度

3　結語

住宅的節能工作應從規劃設計開始，從建筑朝向、間距和布局3方面綜合研究出發，再結合當地實際情況才能更好地完成節能設計，需做到以下幾點：①建筑物在不同熱工分區中最好的朝向和適宜的朝向各有不同，但基本在南偏東30°和南偏西30°之間，在總體布局時應盡可能參照該方向設計；②根據當地日照角度和夏季風向布置建筑之間的間距，提前使用日照分析的專用軟件分析建筑間距，盡可能增加建筑物的間距和阻擋不利風向；③建筑布局體現了建筑單體互相之間的關系，體現了建筑群體與周邊環境的關系，是一個整體概念。應多方面綜合考慮，在單體建筑布置上綜合利用斜列式和錯列式等多種排列方式。在滿足規劃條件的基礎上，盡量加大房屋建筑間距，合理布置綠化景觀。

參考文獻：

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[7]建筑設計資料集編委會.建筑設計資料集[M].北京:中國建筑工業出版社,1994(06):191.

[8]李以通,魏慧嬌,李曉萍,楊彩霞.建筑布局對換氣次數和建筑能耗的影響分析[J].建設科技,2014(24).

Brief Discussion on Energy Saving Methods in Planning and Design of Residential Community

Li Xiaolu

【Abstract】With constant development of economy and society and requirement to energy saving and emission reduction, the energy saving design of residential community is paid attention by the society. However, the sense of energy saving is weak and it lacks of reasonable design methods in early planning and design. This paper elaborates energy saving method in the planning stage from building orientation, spacing and layout for providing reference for application of energy saving in planning and design of residential community.

【Keywords】residential community, energy saving, planning and design

收稿日期：（2015-10-09）