淺析嚴寒地區高層住宅建筑節能設計

周雨婷

摘 要：隨著工業化的發展，城市化的進步，全球能源短缺的問題日益加劇，我國是能源消耗大國，隨著可持續發展的觀念深入人心，節約能源的問題亟待解決。建筑是用能大戶，建筑節能的發展既是可持續發展的戰略保障，又是建筑業發展的必要條件。本文以嚴寒地區高層住宅建筑為例，淺析節能技術如何在規劃設計、單體設計、圍護結構設計中應用。

關鍵詞：嚴寒地區；高層住宅；建筑節能

1 前言

我國嚴寒地區主要位于東三省地區，冬季氣溫低，持續時間長，累年日平均溫度低于或等于5℃的天數在90天以上。嚴寒地區住宅建筑多采用集中供暖，城市中大量存在的高層住宅建筑一直作為“耗能大戶”占據建筑能耗的較大比重。為確保節能65%的目標實現，節能設計成為住宅建筑設計的重要環節。建筑節能可以從總體規劃到單體設計，充分利用節能技術措施，最大限度減少能耗量，獲得理想的建筑節能效果。本文以嚴寒地區高層住宅建筑為例，提出節能設計應注重以下幾個方面：

2 規劃設計

2.1 建筑選址

在嚴寒地區的冬季，人們需要爭取盡可能多的日照，因此住宅建筑應選擇在向陽、背風的地段，避免洼地、山谷等不利地段。

2.2 建筑朝向

最佳建筑朝向應以南為主，“坐北朝南”為我國北方民居延續至今的主要建筑朝向，可使每戶的主要房間最大限度的獲得有利日照。根據地理氣候不同，各地區存在一個最佳朝向范圍，沈陽市最佳建筑朝向范圍為南偏東15度至南偏西15度。選擇滿足日照間距要求、不受周圍建筑嚴重遮擋的基址作為居住建筑用地。

2.3 建筑布局

利用住宅樓群布局的開敞或圍合，爭取日照，形成氣候防護單元，建立優化微氣候的良好界面。建議居住區采用組團式布局，形成半圍合、較封閉的庭院空間，既可利用建筑連續性外界面抵御冬季冷風、吸收太陽輻射，又可組織組團內部的良好氣流， 避免冷風干擾，改善風環境和日照條件來降低建筑能耗。

住宅樓群中各住宅的高度、形狀、布局都將產生不同的陰影疊加區，沈陽地區所處緯度越高，建筑物背向的陰影區的范圍較大，因此在進行建筑布局時，應從多種布局方案中擇優選擇，如：高、低建筑同時存在時，將較低建筑布置在南向；在橫向多排高層布置時采用錯位布局，利用山墻間隙使后排建筑獲得日照；點式、板式高層組合布置時，將點式高層住宅布置在南側，板式高層住宅布置在北側，利用較大空隙獲得后排日照。在利益驅使下，住宅項目的高密度容易造成因間距不足形成的日照遮擋，《沈陽市人民政府第64號令》對日照間距要求有明確規定：當建筑高度與建筑面寬之比小于1.2時，按遮擋建筑高度確定建筑間距系數，三環以內地區，間距系數不得小于1.7，三環以外地區，間距系數不得小于2.0；當建筑高度與建筑面寬之比大于1.2時，按遮擋建筑面寬確定建筑間距系數，三環以內地區，間距系數不應小于1.4，且不得小于40米，三環以外地區，間距系數不得小于1.5，且不得小于40米。

2.4 建筑避風

避免產生高風速、高風壓及渦流的建筑布局，如：當建筑群內的一棟建筑遠高于其他建筑時，該棟建筑將受到強烈的下沖氣流，這將大大加速建筑耗能；在高層住宅排列布局時，在冷風迎風面減少其中一棟，這種空地帶來的下沖氣流也將增大風速風壓，加速建筑熱損失，均應盡量避免。

3 單體設計

3.1 建筑體型

建筑體型應以簡潔規整為優，建筑體型越簡單，其外表面積越小，熱交換量越小，冷負荷越小，也就是說建筑體形系數系數越小，耗能越少。研究表明，體形系數每下降0.01，耗熱量指標將減少2.5%。為減少冬季室內熱能的損失，應正確處理建筑形式與節能的關系，盡量避免復雜多變的建筑輪廓。

3.2 平面設計

高層居住建筑應盡量選擇方整規矩的平面方案，減少凸凹變化，同時在設計時考慮溫度分區，根據使用功能合理布置房間，將熱環境質量要求較高的房間如臥室、起居室等布置在南向，使其容易保持室內較高溫度；將熱環境質量要求較低的房間如衛生間、廚房、儲藏間等布置在北向。套內每個房間都應有直接對外的窗戶，房間門窗應盡量相對設置，為自然采光和夏季組織穿堂風創造條件，形成自然通風，降低夏季能耗以改善室內的微氣候。

避免在南向設置陽臺對冬季日照造成遮擋，可設置封閉陽臺、陽光房等空間，既能阻隔冷空氣作為過渡空間，又能豐富居住空間靈活使用；或者可將陽臺設置在對冬季日照影響較小的東西北向。

4 圍護結構設計

4.1 門窗節能設計

門窗是建筑熱傳導、熱交換最敏感、最活躍的部位，是傳統墻體熱損失的5～6倍，門窗能耗約占整個住宅建筑耗熱量的50%，因此，外門窗節能極其重要。《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》對不同朝向的住宅窗墻比做了嚴格規定，北向、東西向、南向的窗墻面積比分別不應超過0.25、0.3、0.45。應根據房間功能，將窗墻面積比控制在合理范圍內，盡量減小北側開窗面積來降低熱量損失。

提高外門窗的氣密性，可減少室外冷熱空氣滲透。如采用密封膠條減少窗扇與窗口、窗扇與玻璃之間的縫隙，采用保溫砂漿或發泡密封膠等材料填充窗框與墻體間的縫隙，提高氣密性、水密性及抗風壓性能，達到《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測辦法》的規范要求：氣密性能不低于6級，水密性能不低于3級，抗風壓性能不低于5級。

采用熱阻大、能耗低的節能材料制造的新型保溫節能門窗，來提高其熱工性能，如斷熱橋鋁合金框材等，同時注意玻璃的選材，嚴寒地區住宅可采用雙層或三層玻璃，或在玻璃上覆膜來提高熱工性能，隨著科技的發展，越來越多的新型節能玻璃不斷涌現，在造價允許的條件下應積極采用。

4.2 外墻節能設計

墻體的耗熱量占建筑采暖熱耗的30%以上，墻體傳熱系數越大，節能效果越好。增加外墻保溫是重要的節能措施，外墻保溫的主要方式有：外墻外保溫、外墻內保溫、夾心保溫。在嚴寒地區，外墻外保溫可保護主體結構、延長建筑使用壽命、基本消除“熱橋”影響、不損失室內面積等優點，廣泛應用于高層住宅。

改善外墻砌體的保溫隔熱性能也有利于節能目標的實現，可采用新型節能磚，如加氣混凝土、空心磚、空心砌塊等，使其同時具有保溫、隔熱、維護、承重功能；也可就地取材，利用當地出產的粉煤灰、火山渣、浮石或工業廢料作為輕骨料，生產多孔輕質砌塊。

4.3 屋頂節能設計

屋頂耗熱量約占整個住宅建筑耗熱量的7%～8%，有數據表明：夏季頂層室內的溫度要比其他層高3℃左右，因此，屋面的保溫隔熱也不容忽視。高層住宅屋面主要由結構層、保溫層、防水層組成。減少屋頂能耗的關鍵在于屋面保溫層的材料選擇。目前，屋面隔熱保溫材料主要有膨脹聚苯板（EPS）、擠塑聚苯板（XPS）、聚氨酯發泡材料、聚苯復合材料、酚醛樹脂復合材料等。

綜上所述，嚴寒地區高層住宅建筑節能是一項系統工程，它不僅與建筑的規劃、設計密不可分，而且還涉及到許多其他因素，包括新工藝、新材料、新技術的應用，只有對它們進行綜合考慮、綜合設計，在設計源頭做到總體節能設計，才能更好地達到節能目的。

參考文獻：

[1] 王立雄.建筑節能[M].北京：中國建筑工業出版社，2004.

[2] 付祥釗.建筑節能技術[M].北京：中國建筑工業出版社，2002

[3] 孫成建.外墻外保溫技術措施的探討[J].住宅科技，2007.