淺析住宅建筑節能設計的影響因素及發展前景

李中卓 深圳新科特種裝飾工程有限公司設計總監、副總工程師 建筑裝飾高級工程師

引言

我國跨越多個氣候帶，南北方溫度差距大，氣候特征具有明顯差異，因而發展出北京四合院、陜北窯洞、福建土樓、西南地區的吊腳樓等多種民居形式。隨著現代科技的快速發展，生活在不同地域的人們越來越多地依賴空調等手段來實現對室內溫度舒適性的調節，但過分依賴人工設備的情況對于能源的消耗是驚人的，對于生態的負面影響也是巨大的。

我國屬于能源緊缺的國家，如今已是全球最大的能源進口國。但是在相同的氣候條件下，我國建筑能耗卻是發達國家的2—3倍，建筑節能方面具有很大的挖掘空間。在能源供應形式越來越有限的情況下，以滿足民眾的實際需求為前提，通過提高住宅建筑的技能設計水平來改善住宅建筑的熱工性能，不僅能夠使建筑的保溫隔熱性能得到提高，為人們提供自然舒適的居住環境，更能夠減少能源消耗，實現我國可持續發展的戰略目標。

1 住宅建筑節能設計思路及意義

1.1住宅建筑的節能設計思路

在我國以往常規的建筑設計中，設計師通常都會更加注重對建筑功能進行綜合衡量。雖然滿足了人們的居住需求，但是較少考慮節能因素的結果就是造成了能源的大量浪費。這既沒有體現出建筑設計的優勢特點，同可持續發展的戰略思路也難以契合。因此在國家大力發展綠色建筑的背景下，設計師更應當改變設計思路，站在節約能源的角度對住宅建筑的內外環境進行節能改造。

建筑節能設計一般來說不是獨立立項的，基本上都是建筑系統性工程項目中的一環。在建筑工程的各個項目之間，大多都有著緊密的聯系。從規劃、設計、建筑施工、建筑管理，包括建材的選擇和生產，建筑工程設備的選型、設計等，包括建筑工程中使用燈光照明、采暖系統、空調設備以及太陽能、地熱等自然能源的開發利用都是一致的。因此設計師只要拓寬設計思路，就能發現住宅建筑的節能設計仍具有很高的可實施性和發展空間。

1.2提高住宅建筑節能水平的重要性

當前，我國在建筑領域的能源消耗總量占到能源消耗排行榜的首位，建筑能源利用率普遍偏低。能源的大量浪費不僅會造成經濟上的巨大損失，還會導致產生溫室效應，嚴重破壞生態環境。到2020年，我國的居住建筑面積可能增加至250億平方米，這無疑會對我國本已緊缺的能源現狀再次增加負擔。如果能源的利用水平停留在現在的水平，將會導致更加嚴重的能源危機。為此，大力發展住宅建筑節能設計不僅非常有必要，也必將成為建筑領域未來發展的必然趨勢。

2 如何處理影響住宅建筑節能設計的因素

住宅建筑節能設計的核心在于減少氣候環境對于室內溫度的影響，因此把提高建筑的熱工性能作為核心內容，是建筑節能的最有效手段。

2.1合理確定建筑朝向

住宅建筑朝向的合理選擇，對于建筑節能有著相當重要的影響。經過科學測試，在相同條件的情況下，南北向的多層住宅能耗要比東西向住宅低5%左右。因此在住宅建筑的設計中，建筑師應根據建筑內部房間的實際使用需求、建筑所處地域的氣候條件，通過一定時間的調查研究，根據實際的日照情況和主導風向確定建筑朝向。

我國地處太平洋西岸，每年受太平洋季風影響明顯。因此我國的傳統住宅的朝向多為南向（偏東或偏西），長江以南的地區應考慮住宅建筑盡可能多地利用夏季主導風向來降低室內溫度；而北方寒冷地區，住宅建筑的朝向應當盡可能平行于冬季寒冷氣流的方向，以防止冷空氣向室內的滲透。

2.2控制建筑物的體形系數是重要的節能措施

建筑物與室外空氣接觸的外表面積（不包括地面和公共樓梯間隔墻以及外門的面積）與其所包圍的體積的比值被稱為體形系數。建筑物的體形系數與建筑能耗有直接關系，系數每增加1%，其能耗指標就要增加2.5%，因此建筑體形系數越小就越能夠有效減少建筑物同室外空氣的熱交換，也就是住宅建筑的室外表面積越小、建筑外形越簡單，損失的熱量就越小。

按照這一規律，在住宅建筑的節能設計中，高緯度地區住宅建筑的造型應當盡量簡潔，盡量避免大規模采用錯位拼接及點式住宅拼接等建筑形式，不要出現過于復雜的輪廓線。因為這樣的設計會形成較長的外墻臨空長度，不利于節能。根據2008年開始施行的《民用建筑節能條例》相關規定，建筑物體形系數在實際建設中應當控制在0.3及以下。

2.3合理規劃住宅建筑的平面布局

建筑平面布局越考慮到周邊環境的影響，就越能夠獲得良好的節能效果。例如炎熱地區可將樓梯、電梯、管道井、機房等非居住空間布置在住宅建筑的南側或西側，可有效阻擋一部分陽光照射，減少住宅內部因日照溫度升高。

此外，建筑布局對于建筑物內部氣流的形成和流動也有著較大的影響，合理的建筑布局有利于提高建筑內部自然通風散熱的效率，對于經常采用空調降溫的建筑來說能夠大幅提高節能效果。結合公共空間門窗位置的合理設置，能夠有效地形成通風口，不斷補充的新鮮空氣可以有效改善空調室內的空氣品質。

2.4改善建筑圍護結構節能設計

建筑圍護結構是由建筑的屋頂、外部墻壁、建筑地基及門窗組成，會使用到隔熱材料、密封材料和遮陽設施。由于建筑的圍護結構是建筑與外界直接接觸的部分，包含所有熱交換渠道，因此提高建筑圍護結構的節能設計對減少建筑能耗有最為直接和根本的影響。

住宅建筑圍護結構最主要的作用是保溫隔熱。在建筑外墻及屋頂等與外界直接接觸的部分大量采用保溫隔熱材料，并選用隔熱性和密封性較好的節能外窗，在夏季可減少室外炎熱的空氣進入到建筑物內部，在冬季可避免室內熱量過多地向室外流失。

住宅建筑圍護結構在材料選擇上如果能夠采用加氣混凝土砌塊、混凝土空心砌塊和多孔黏土空心磚等新型新型節能磚，還能在原有的基礎上進一步提高的保溫隔熱性能，改善建筑圍護結構的節能效果。

2.5選擇使用節能型門窗

與住宅建筑的墻體相比，建筑門窗是抵抗外界冷熱空氣進入建筑物內部的薄弱環節，因此也是實現圍護結構節能需要加強的重點。盡量避免在東、西向開窗，將整棟建筑的開窗率控制在適當的水平，是節能設計的基本原則。過大的落地窗也會造成較大的能耗，所以在保證采光、通風和觀景要求的前提下，選擇較小面積的外門窗，是提高保溫性能的一項重要手段。

具體說來，我們可以從三個方面入手提高門窗的保溫性能，即減少陽光輻射、熱滲透和熱傳導。例如可以采用LOW-E玻璃、設置活動遮陽棚等，可以減少陽光輻射對室內帶來的影響；應用密封材料增加門窗的氣密性可以減少熱滲透；使用斷橋鋁框架、鋁塑窗框，LOW-E玻璃和中空玻璃等可以明顯降低熱傳導。

2.6增加建筑物屋頂的隔熱層

屋頂是住宅建筑直接暴露在陽光照射下的主要部分，屋頂的表面溫度要比墻體、地基等部分要高很多。在夏季，我國各地住宅建筑屋頂的表面溫度一般能達到60～70℃左右，冬季則相反，這樣冬冷夏熱的情況給居住在頂層住宅的家庭帶來很多苦惱。

為了解決上述這種情況，建筑師一般建議多采用隔熱保溫材料，減少熱傳導，另外現在各地屋頂的“平改坡”也是從設計角度考慮，在住宅建筑頂層設置通風隔熱層，避免建筑頂層直接暴露在陽光下，提高頂層住宅住戶的舒適性。

3 住宅建筑節能設計的發展前景

目前，中央和各級地方政府已經開始重視并主導建筑節能工作，全民的建筑節能意識也在逐步加強，大多數人都能理解建筑節能的概念，知道住宅建筑節能為自身帶來的可見的經濟性，可以說已經具備了發展建筑節能的比較成熟的環境。

在過去的這些年，中國已經在逐步推進建筑節能措施。從1986年起編定建筑節能設計標準，到九十年代初期開始強制推廣，城鎮住宅建筑面積耗能逐年降低。在成本允許的情況下，優先提高建筑外墻、屋頂的隔熱保溫性能，逐步提升和推廣節能門窗產品，正是我國一直推行倡導的被動低能耗建筑形式。順應節能減排的發展形勢和政府的倡導，我們可以預見住宅建筑節能設計的發展前景是光明而廣闊的。

當然，作為建筑設計師，最重要的是提高節能設計能力和水平，積極地參與到建筑節能設計工作中，努力實現住宅建筑美觀與節能二者兼顧的目標。