节能建筑设计

5.4　节能建筑设计

5.4.1　建筑体形

体形是建筑物作为实物存在必不可少的直接形象和现状，所包容的空间是功能的载体，人们在设计中常常追求建筑形态的变化，建筑平面体形的选择所具有的节能效应却常常被忽视。从节能角度考虑，合理的建筑形态设计不仅要求体形系数小，而且需要冬季辐射得热多，对避寒风有利。选择节能体形受多种因素制约，包括当地冬季气温和日辐射照度、建筑朝向、围护结构的保温状况和局部风环境状态等，需要具体权衡得热和失热的情况，优化组合各影响因素才能确定。

1.控制建筑体形系数

建筑体形系数是指建筑物与室外大气接触的外表面积(不包括地面)与其所包围的建筑空间体积的比值。体形系数越大，说明单位建筑空间所分担的热散失面积越大，能耗就越多。在其他条件相同的情况下，建筑物耗热量随体形系数的增长而增长。研究资料表明，体形系数每增大0.01，耗热量指标约增加2.5%，从有利节能出发，体形系数应尽可能的小。对同样体积的建筑物，在各方向外围护结构的传热情况均相同时，外围护结构的面积愈小则传出的热量愈少。

节能建筑的最佳体形应该是在冬季可以获得最多的太阳能，又能使建筑物内部采暖所得到的热量通过围护结构损失得最少，仅从冬季得热最多的角度考虑，应尽量增大南向得热面积，要求建筑进深越小越好，即建筑的长宽比大，但从减少耗热来说则进深不宜过小，否则外围护结构面积增加，体形系数就会增大。建筑的体形系数还与建筑物是否规整及建筑体量大小有关，规整的体形热损失相对较少，球形体、圆柱体等单纯曲面体具有较好的热特性和风性能。

控制或降低体形系数的方法，主要有以下几点。

(1)加大建筑进深，减少建筑面宽。对于1 000～8 000米²南向建筑，当进深设计为12～14米时，各类型建筑的耗热指标都有大幅度降低，可使建筑耗热指标降低11%～33%，对建筑节能比较有利，但当进深超过14米再继续增加时耗热指标则降低很少。

(2)增加建筑物的层数，加大建筑体量，可以降低耗热指标。建筑层数对体形系数以及单位面积耗热有很大的影响。在同样建筑面积的情况下，单层建筑的体形系数及耗热量大于多层建筑，总建筑面积越大时，要求建筑层数也相应增加，对节能有利，以3～5层为宜。建筑面积在2 000米²以下时，层数过多，则底面积太小，对减少耗热量不利。建筑面积在3 000～5 000米²的建筑，层数以5～6层时较接近最低能耗值，例如3 000米²的6层建筑可比1层减少耗热量38%～42%。对建筑面积在5 000～8 000米²的建筑，层数宜为6～8层，6层以上建筑耗能量指标还会继续降低，但其降低幅度不会太大。

(3)加大建筑长度或增加组合体。

(4)建筑的平面形式应尽量规整、简洁，体形不宜变化过多。当建筑物在高度相同的情况下，其平面形式为圆形时体形系数最小，其次为正方形、长方形以及其他组合形式。

2.增大南向得热面积

仅从冬季得热最多的角度考虑，应使南墙面吸收的辐射热量尽可能地最大，不同的建筑体形，冬季垂直面日辐射得热总量有很大的差别。图5.16所示是将同体积的立方体建筑模型按不同的方式排列成为各种体形和朝向，从图中可以看出，A是冬季日辐射得热最少的建筑体形，D是夏季得热最多的体形，E、C两种体形的全年日辐射得热量较为均衡。长、宽、高比例较为适宜的B，在冬季得热较多，在夏季得热最少。

图5.16　同体积不同体形建筑日辐射得热量

3.选择适当的长宽比

建筑的长宽比对节能也有很大的影响。对正南朝向来说，长宽比越大得热也越多，但随着朝向的变化，其得热量会逐渐减少。当角度偏到67°左右时，各种长宽比体形建筑的得热基本趋于一致，而当偏角为90°时，则长宽比越大，得热却越少。

4.设计有利避风的建筑体形

建筑物的体形会影响建筑的风环境，风吹向建筑物，使风向和风速均发生相应的改变，形成特有的风环境。从节能的角度考虑，应创造有利的建筑形态，减少风流、降低风压、减少耗能热损失。建筑物越长、越高、进深越小，其背风面产生的涡流区越大，流场越紊乱，对减少风速、风压有利。

不规则的外围护结构，往往是保温的薄弱环节。建筑师在处理体形与平面设计时，若因更多考虑体形上的造型艺术要求，致使外表面面积过大，曲折凹凸过多，热损失越多，对建筑保温是很不利的。

5.4.2　建筑间距与密度

5.4.2.1　建筑间距

建筑间距主要是保证建筑室内一定的日照量，满足使用者的生理和心理需求，建筑间距的确定应以满足日照间距的要求为前提，从而决定建筑的最小间距，并结合其他条件来综合考虑建筑群的布置。

1.日照标准

对于住宅室内的日照标准，一般由日照时间和日照质量来衡量。

(1)日照时间。保证足够的或至少是低的日照时间，是住户对日照要求的最低标准。一年中北半球太阳高度角的最小值是冬至日。因此，将冬至日底层住宅室内得到日照的时间，作为最低的日照标准(也有将冬至日稍后的某个时间，例如大寒日)。医学研究表明，不同的日照时间，即通过窗口射入室内的紫外线的杀菌能力是有显著差别的。因此，选择住宅日照时间标准时通常取冬至日中午前后两小时日照为下限，再根据各地的地理纬度和用地状况加以调整。

(2)日照质量。日照质量是通过日照时间和每小时日照面积这两个方面的积累而达到的，日照时间除了确定冬至日中午南向2小时的日照外，还随建筑方位、朝向(即阳光射入室内的角度)的不同而异，即根据各地区经具体测定的最佳朝向来确定。阳光的照射量由受到日照时间内每小时室内墙面和地面上阳光投射面积的积累来计算。只有日照时间和日照面积得到保证，才能充分发挥阳光紫外线的杀菌效用，对于北方住宅冬季提高室温有显著的作用。

2.住宅群的日照间距

住宅组群中房屋间距的确定首先应以能满足日照间距的要求为前提。当日照间距确定后，再复核其他因素对间距的要求。在一天中，太阳的辐射是在不断变化的，正午的太阳辐射强度比日出或日落时的辐射强度约大6倍，所以确定日照间距的日照时间一般取正午(一天中太阳高度角最大时)前后。另外，建筑物接收太阳直射，还与两者的方位有关，太阳方位垂直于建筑物比两者相交30°时的辐射强度约大一倍。因此，计算建筑物的日照间距时常以冬至日中午(11—13时)2小时为日照时间标准。

如图5.17所示，日照间距是指建筑物长轴之间的外墙距离，通常冬至日正午正南方向，太阳照到后排房屋底层窗台的O点为计算点。

1)平地日照间距的计算(见图5.17)

由

可得出

式中　γ_h——冬至日正午太阳高度角;

　　　h——前排房屋檐口高度;

　　　h₁——前排房屋檐口至后排房屋底层窗台之间高差;

　　　h₂——后排房屋底层窗台高度。

图5.17　平地日照间距计算

在实际应用中，通常将D换算成与h的比值。间距D可根据不同的房屋高度计算得出。这样，就可以根据不同纬度城市的冬至日正午太阳高度角计算出建筑物高度与间距的比值。

2)坡地日照间距的计算

在坡地上布置住宅时，其间距因坡度的朝向而不同，同时又因建筑物的方位与坡向变化，都会分别影响到建筑物之间的间距。一般说来，向阳坡上的房屋间距可以缩小，背阳坡则需加大。当建筑方向与等高线关系一定时，向阳坡的建筑以东南或西南向间距最大，南向次之，东西向最大，北坡则以建筑南北向布置时间距最大。

向阳坡日照间距的计算公式(见图5.18):

背阳坡日照间距的计算公式(见图5.19):

以上各式中:D——两建筑物的日照间距，米;

h——前面建筑物的高度，米;

W——后面建筑物底层窗台离设计基准点(或室外地面)高差;

γ₀——地面坡度角;

O、O'——分别为前后建筑物地面设计基准标高点;

β——建筑方位角;

γ_h——太阳高度角;

d、d'——前后建筑物地面设计基准标高点与外墙距离，米;

β₀——太阳方位角(图中的两个β₀表示太阳的两个不同方向);

ω——建筑方位与太阳方位差角ω=β－β₀(β－β₀);

α——地形坡向与墙面的夹角。

图5.18　向阳坡日照间距计算

图5.19　背阳坡日照间距计算

5.4.2.2　建筑密度

在城市用地十分紧张的情况下，建造低密度的城市建筑群体是不现实的，因而研究节能建筑必须关注建筑密度问题。

(1)在保证节能前提下提高建筑密度最直接、有效的方法，就是适当缩短南墙面的日照时间。在9∶00至15∶00的太阳辐射量中，上午10∶00至下午14∶00的太阳辐射量占80%以上。因此，如果把南墙日照时间缩短为10∶00～14∶00，则可大大缩小建筑间距，从而提高建筑密度。

(2)在建筑的单体设计中，采用退层处理、降低层高等方法，也可以有效缩小建筑间距，提高建筑密度。

(3)对于建筑组群中公建设施，以集中、多层、多功能、利用临街底层等方式布置，则可节约许多土地，从而取得更好的节能效果。

5.4.3　建筑朝向

地理纬度、地段环境、局部气候特征及建筑用地条件等都是影响建筑朝向的因素，从建筑热工上讲，采暖房间的能耗和外表面的大小成正比。从利用太阳能的角度出发，南向集热面积越大，补偿的热量就越多，可见，建筑物的朝向对合理利用自然资源有重要的意义。

选择合理的朝向是建筑群体布置中首先考虑的问题。我国大部分地区处于北温带，南向是各地区都比较适宜的建筑朝向，主要原因在于太阳的运行规律使这种朝向的房屋冬季太阳可以最大限度地射入室内，同时南向外墙可以得到最佳的受热条件，而夏季则正好相反。可见，建筑物的朝向对太阳能辐射得热量和空气渗透耗热量都有影响。

朝向的选择是因地域气候、周边环境、建筑需求而改变的。其总原则是:在节约用地的前提下，要满足冬季能争取较多的日照，夏季避免过多的日照，并有利于自然通风的要求。在总平面布置时，建筑物的形状和朝向首先选择长方形体形，建筑物朝向宜采用南北或接近南北向，但在建筑设计时，建筑朝向受各方面条件的制约，不可能都采用南向。这就应结合各种设计条件，因地制宜地确定合理建筑朝向的范围，以满足使用要求。

1)朝向选择

在选择朝向时应考虑到以下几点因素。

(1)夏季尽量减少太阳直射室内和居室外墙面，冬季应有适量的阳光射入室内。

(2)夏季有良好的自然通风，冬季避免冷风吹袭。

(3)照顾建筑组合的需要，充分利用地形和节约用地。

由于在不同朝向上太阳辐射的强度变化比较大，各地城市最佳建筑朝向范围不同，因此，合理选择建筑朝向对争取更多的太阳辐射量是非常有利的。

表5.2为我国各地区建筑最佳朝向和适宜朝向的建议表，可供城市规划和建筑群体布局时作为选择朝向的参考。

表5.2　全国部分地区建议建筑朝向

续表

2)主导风向影响

主导风向对冬季室内热损耗程度及夏季室内自然通风影响很大，建筑物主立面朝向冬季主导风向，会使空气渗透量增加。因此选择建筑朝向，应在考虑日照的同时注意主导风向，主要房间宜避开冬季主导风向。

(1)在北方寒冷地区，冬季为了建筑防寒，建筑物布置应避免对着冬季主导风向，以免热损耗过大，影响室内温度。

(2)在南方炎热地区，争取良好自然通风是选择建筑朝向的主要因素之一。应将建筑物朝向尽量布置在与夏季主导风向入射角小于45°的朝向上，使室内得到更多的穿堂风。

(3)在多风沙地区，建筑朝向要避免风沙出现季节和面对主导风向。宜使建筑物的纵轴平行于风沙季节的主导风向，既可以保持室内的卫生，又可以减少大面积墙面遭受风沙侵袭，还要注意小气候中的风向问题。

5.4.4　建筑遮阳

在建筑设计中考虑日照调节(Sun Control)是勒·柯布西耶最早提出的。1922年以后的近半个世纪，由他提出的“百叶遮阳系统”风靡一时，建筑中的“排除太阳热量”方案成为设计立意源泉，在他的昌迪加尔法院及马赛公寓等著名作品中，艺术天才和深远遮阳结下不解之缘，并与建筑构成一体。

5.4.4.1　遮阳的目的与要求

通过日照规律和气候特征，我们可以了解太阳光对室内环境的影响，以北半球而言，由于夏至太阳高度角高、冬至高度角低，日照入射到室内墙面与地面上的投影完全不同，冬至日在有效日照时间里受照面较大，夏至日受照面虽小但是对室内降温带来极大影响。所以，遮阳的主要目的是将夏季的阳光遮挡而不致影响冬季的日照。

在夏季，阳光透过窗口照射房间，是造成室内过热的重要原因。当室温较高时，如果人体再受到阳光的直接照射，将会感到炎热难受，影响工作和学习的正常进行。如在教室、阅览室等房间中，直射阳光照射到工作面上，会造成较高的亮度而产生眩光，这种眩光会剧烈地刺激眼睛，妨碍正常工作。在陈列室、商店橱窗和书库等房间中，直射阳光中的紫外线照射，往往使物品、书刊褪色，以致损坏。

在上述情况下，一般应采取遮阳措施。遮阳是为了防止过多直射阳光直接照射房间的一种建筑构件。设计窗口遮阳时，应满足下列要求。

(1)夏天防止日照，冬天不影响必需的房间日照。

(2)晴天遮挡直射阳光，阴天保证房间有足够的照度。

(3)减少遮阳构造的挡风作用，最好还能起导风入室的作用。

(4)能兼作防雨构件，并避免雨天影响通风。

(5)不阻挡从窗口向外眺望的视野。

(6)构造简单，经济耐久，与建筑造型处理的协调统一。

5.4.4.2　遮阳的形式及其效果

1.遮阳的形式

遮阳的基本形式可分为四种:水平式、垂直式、综合式和挡板式，如图5.20所示。

图5.20　遮阳的基本形式

(a)水平式;(b)垂直式;(c)综合式;(d)挡板式

(1)水平式遮阳。这种形式的遮阳能够有效地遮挡高度角较大的、从窗口上方投射下来的阳光。故它适用于接近南向的窗口，或北回归线以南低纬度地区的北向附近的窗口。(如图5.21所示)

图5.21　水平式遮阳

(2)垂直式遮阳。垂直式遮阳能够有效地遮挡高度角较大的、从窗侧斜射过来的阳光。但对于高度角较大的、从窗口上方投射下来的阳光，或接近日出、日没时平射窗口的阳光，它不起遮挡作用。故垂直式遮阳主要适用于东北、北和西北向附近的窗口。(如图5.22所示)

(3)综合式遮阳。综合式遮阳能够有效地遮挡高度角中等的、从窗前斜射下来的阳光，遮阳效果比较均匀。故它主要适用于东南或西南向附近的窗口。

(4)挡板式遮阳。这种形式的遮阳能够有效地遮挡高度角较小的、正射窗口的阳光。故它主要适用于东、西向附近的窗口。

根据地区的气候特点和房间的使用要求，可以把遮阳做成永久性的或临时性的。永久性的是在窗口设置各种形式的遮阳板;临时性的是在窗口设置轻便的布帘、竹帘、软百叶、帆布篷等。在永久性遮阳设施中，按其构件能否活动或拆卸，又可分为固定式或活动式两种。活动式的遮阳可视一年中季节的变换，一天中时间的变化和天空的阴晴情况，任意调节遮阳板的角度;在寒冷季节，为了避免遮挡阳光，争取日照，还可以拆除。这种遮阳设施灵活性大，使用合理，因此近年来在国内外建筑中应用较广。

图5.22　垂直式遮阳

窗口的遮阳板可以做成单独式的或连续式的。视窗口大小和窗口组合情况而定。

遮阳是通过建筑手段，运用相应的材料和构造，与日照光线成某一有利角度，遮挡或通过影响室内热性的日照同时并不减弱采光条件的手段和措施。表5.3所示为各种遮阳的适宜朝向。我们常采用表5.3所示的遮阳形式和构成，其适用范围见图5.23。

图5.23　各种遮阳的适宜朝向

表5.3　遮阳形式与构造

2.遮阳的效果

窗口设置遮阳之后，对遮挡太阳辐射热量和在闭窗情况下降低室内气温，效果都较为显著。但是对房间的采光和通风，却有不利的影响。

(1)遮阳对太阳辐射热量的阻挡。遮阳设施遮挡太阳辐射热量的效果除取决于遮阳形式外，还与遮阳设施的构造处理、安装位置、材料与颜色等因素有关。各种遮阳设施遮挡太阳辐射热量的效果，一般以遮阳系数来表示。遮阳系数是指在照射时间内，透进有遮阳窗口的太阳辐射量与透进无遮阳窗口的太阳辐射量的比值。系数愈小，说明透过窗口的太阳辐射热量愈小，防热效果愈好，见表5.4。

表5.4　几种遮阳设施的遮阳系数

(2)遮阳对室内气温的影响。在闭窗情况下，遮阳对防止室温上升的作用较明显。有无遮阳，室温平均差值达1.2℃，有遮阳时，房间温度波幅值较小，室温出现高温的时间较晚。因此，遮阳对空调房间减少冷负荷是很有利的，虽然不如闭窗的明显，但在炎热的夏季，能使室温稍降低些也具有一定的意义。

(3)遮阳对房间采光的影响。从天然采光的观点来看，遮阳设施会阻挡直射阳光，防止眩光，有助于视觉的正常工作。但是，遮阳设施有挡光作用，会降低室内照度，在阴天更为不利。据观察，一般室内照度约降低53%～73%，但室内照度的分布则比较均匀。

(4)遮阳对房间通风的影响。遮阳设施对房间的通风有一定的阻挡作用，使室内风速有所降低。实测资料表明，有遮阳的房间，室内的风速约减弱22%～47%，视遮阳的构造而异。因此在构造设计上应该注意。

5.4.4.3　遮阳形式的选择与构造设计

1.遮阳形式的选择

遮阳形式的选择，应从地区气候特点和朝向来考虑。冬冷夏热和冬季较长的地区，宜采用竹帘、软百叶、布篷等临时、轻便的遮阳。冬冷夏热和冬、夏时间长短相近的地区，宜采用可拆除的活动式遮阳。对冬暖夏热地区，一般以采用固定的遮阳设施为宜，尤以活动式较为优越。活动式遮阳多采用铝板，因其质轻，不易腐蚀，且表面光滑，反射太阳辐射的性能较好。

对需要遮阳的地区，一般都可以利用绿化和结合建筑构件的处理来解决。结合构件处理的手法，常见的有加宽挑檐、设置百叶挑檐、外廊、凹廊、阳台、旋窗等。利用绿化遮阳是一种经济而有效的措施，特别适用于低层建筑，或在窗外种植蔓藤植物，或在窗外一定距离种树。根据不同朝向的窗口选择适宜的树形很重要，且按照树木的直径和高度，根据窗口需遮阳时的太阳方位角和高度角来正确选择树种和树形及确定树的种植位置。树的位置除满足遮阳的要求外，还要尽量减少对通风、采光和视线的影响。

对于多层民用建筑(特别是在夏热冬暖地区的)，以及终年需要遮阳的特殊房间，就需要专门设置各种类型的遮阳设施。根据窗口的不同朝向来选择适宜的遮阳形式，这是设计中值得注意的问题。

2.遮阳的构造设计

遮阳的效果除与遮阳形式有关外，还与安装位置、构造处理、材料与颜色等因素有关。

(1)遮阳的板面组合与构造。遮阳板在满足阻挡直射阳光的前提下，设计者可以考虑不同的板面组合，而选择对通风、采光、视野、构造和立面处理等要求更为有利的形式。图5.24表示水平式遮阳的不同板面组合形式。

为了便于热空气的逸散，减少对通风、采光的影响，通常将板面做成百叶(如图5.25(a)所示);或部分做成百叶(如图5.25(b)所示);或中间层做成百叶，而顶层做成实体，并在前面加吸热玻璃挡板(如图5.25(c)所示);后一种做法对隔热、通风、采光、防雨都比较有利。

图5.24　遮阳板面组合形式

图5.25　遮阳板面构造形式

(a)百叶遮阳面板;(b)局部百叶遮阳面板;(c)局部百叶遮阳面板+挡板

(2)遮阳板的安装位置。遮阳板的安装位置对防热和通风的影响很大，例如将板面紧靠墙布置时，由受热表面上升的热空气将由室外空气导入室内。这种情况对综合式遮阳更为严重，如图5.26(a)所示。为了克服这个缺点，板面应离开墙面一定距离安装，以使大部分热空气沿墙面排走，如图5.26(b)所示，且应使遮阳板尽可能减少挡风，最好还能兼起导风入室作用。装在窗口内侧的布帘、百叶等遮阳设施，其吸收的太阳辐射热，大部分将散发给室内空气，如图5.26(c)所示。如果装在外侧，则所吸收的辐射热，大部分将散发给室外空气，从而减少对室内温度的影响，如图5.26(d)所示。

(3)材料与颜色。为了减轻自重，遮阳构件以采用轻质材料为宜。遮阳构件又经常暴露在室外，受日晒雨淋，容易损坏，因此要求材料坚固耐久。如果遮阳是活动式的，则要求轻便灵活，以便调节或拆除。材料的外表面对太阳辐射热的吸收系数要小;内表面的辐射系数也要小。设计时可根据上述要求并结合实际情况选择适宜的遮阳材料。

遮阳构件的颜色对隔热效果也有一定影响。以安装在窗口内侧的百叶为例，暗色、中间色和白色的对太阳辐射热透过的百分比分别为: 86%、74%、62%，白色的比暗色的要减少24%。为了加强表面的反射，减少吸收，遮阳板朝向阳光的一面，应以浅色发亮的颜色，而在背阳光的一面，应涂以较暗无光泽颜色，以避免产生眩光。

图5.26　遮阳安装位置

(a)遮阳板靠外墙布置;(b)遮阳板离外墙一定距离;(c)安装在窗口内侧;(d)安装在窗口外侧

(4)活动遮阳。活动遮阳的材料，过去多采用木百叶转动窗，现在多用铝合金、塑料制品、玻璃钢、吸热玻璃等，如图5.27所示。活动遮阳板的调节方式有手动、机动和遥控等几种。

图5.27　活动遮阳板

(a)水平转动木百叶;(b)垂直转动木百叶(c)垂直式活动铝板;(d)水平式活动铝板

5.4.5　节能建筑的室外空间设计

空间是建筑的灵魂，是人们对建筑最直接的感受。在传统建筑中，有许多适应气候、创造舒适的建筑环境的建筑空间形式值得我们借鉴。

内向空间:炎热荒漠地区强烈的太阳辐射、干燥的空气和带沙土的旱风使生活在那里的人们采取一种内向封闭的防热方式，形成当地居民以密集的组群与街道的阴影为核心的“灰空间”。为适应较大的昼夜温差和夏冬温差，在波斯民居中还形成了“凉空间”和“暖空间”相互转移的生活方式，建筑形成“冬季室”和“夏季室”两套布局，夏季中午还经常利用半地下空间充当避暑的“凉空间”，早晚则居于地面的“中性空间”。在北极圈冰原地带生活的爱斯基摩人为抵御严寒，就地取材用雪块砌成半穴状圆顶，是完全封闭的单元，球面的外表尽可能减少热量的损失。有一个带屏障的入口，可增强保温性能。使室内温度满足生存。

开敞空间:与荒漠地区的大温差、风沙气候不同，在湿热地区则要求空间敞开，以最大限度地增加通风量，达到降低室内温度的目的。如我国傣族的竹楼，整个房屋用木柱架空，竹子编成开缝的墙，以利于通风除潮。在干热地区，有阴影的室外和半室外空间用于公共活动，印度建筑师查尔斯·柯里亚(Charles Correa)设计的甘地博物馆及巴洛特·巴汶艺术中心中，利用自然坡度形成一系列平台花园和下沉式庭院，形成温湿度宜人的室外开敞空间。

封闭式四合院:我国传统的四合院在建筑形式、平面布局、结构形式及建筑材料等方面都反映了当地气候特征，它是从声、光、热以及室内空气质量等方面综合考虑而形成的具有中国特色的建筑形式。以广东清代民居为例，由于设计中采用了深遮阳、内天井、封火山墙、通透门廊等设计，院内种植绿化植物，最大限度地避开直接太阳辐射，形成了良好的空气对流，夏季可降低气温6～7℃，创造了舒适的微气候环境。江南民居常设一个或几个天井(庭院)组织自然通风采光，这些天井进深和面积不大，周围还有围廊挑廊，这样既节省了土地又避免了夏季直射阳光，冬季则由于檐部的挑起保证室内有足够的光线。

5.4.6　节能建筑的保温设计

节能建筑的保温设计主要包括建筑围护结构的保温、隔热措施及其解决防湿、防结露、防冷热桥等问题的设计方法。建筑的耗热量由通过建筑物围护结构的传热耗热量和通过门窗缝隙的空气渗透耗热量两部分构成。通过建筑物围护结构的传热耗热量约占73%～77%，通过门窗缝隙的空气渗透耗热量23%～27%。而其中外墙由于占全部建筑围护结构的60%以上，通过外墙的耗热量约占建筑物全部耗热量的40%。从传热耗热量的构成看，外墙所占比例最大，其次是窗户，所以提高外墙保温热性能对建筑节能具有重要意义。

5.4.6.1　保温节能设计

保温设计是节能建筑设计的重要组成部分，其目的为了保证室内有足够的热环境质量，同时能尽可能节约采暖能耗。当然，为保证寒冷地区冬季室内热环境达到应有的标准，除建筑保温外，还需要有必要的采暖设备来供给热量。在同样的供热条件下，如果建筑本身的保温性能良好，就能维持所需的室内热环境;反之，若建筑本身保温性能不好，则不仅达不到应有的室内热环境标准，还将产生围护结构表面结露或内部受潮等一系列问题。在进行建筑保温设计时，应注意以下几条原则。

1)选择合理的建筑体形与平面形式

建筑体形与平面形式，对保温质量和采暖费用有很大影响。因此，必须正确处理体形、平面形式与保温的关系，否则不仅增加采暖费用，浪费能源，而且会影响围护结构的热工质量。

2)充分利用太阳能

太阳能是一种洁净、可再生的能源，将其引入建筑中作为采暖热源，有利于节约常规能源，保护自然生态环境。我国北方地区有着丰富的太阳能资源，积累了大量实用性研究成果，为在建筑设计中综合考虑利用太阳能创造了条件。

3)防止冷风的不利影响

风对室内热环境的影响主要有两方面:一是通过门窗口或其他孔隙进入室内，形成冷风渗透;二是作用在围护结构外表面上，使对流换热系数变大，增强外表面的散热量。冷风渗透量越大，室温下降越多;外表面散热越多，房间的热损失就越大。因此，在保温设计时，应争取不使大面积外表面朝向冬季主导风向。当受条件限制而不可能避开主导风向时，应在迎风面上尽量少开门窗或其他孔洞，在严寒地区还应设置门斗，以减少冷风的不利影响。

5.4.6.2　墙体保温设计

建筑外墙是建筑室内空间的“外衣”，是室内外空间的一道屏障，墙体的外表面积和构造设计决定室内的小气候，因此，建筑外墙设计是节能建筑的一个重要的组成部分，节能墙体主要从墙体构造设计和材料选择方面着手，提高墙体的热工性能，达到隔热、保温的目的。随着自重轻、占用建筑面积小的新型保温材料被广泛应用到建筑上，在研究节能建筑墙体设计过程中，对新型节能墙体的研究重点放在材料的选择和构造做法上。目前，节能型墙体基本采用复合外墙。

1.外墙的类型

外墙保温通过传热系数小的建筑材料的合理组合，或者将墙体进行组合设计来阻隔热量由墙体向外传递的途径，达到节能的目的。

按其保温层所在位置分单一保温外墙、内保温外墙、外保温外墙、夹心保温外墙。

按其主体结构所用材料分加气混凝土外墙、黏土空心砖外墙、混凝土空心砌块外墙、钢筋混凝土外墙、其他非黏土砖外墙等。

2.复合外墙的分类及特点

复合外墙的分类有三种形式:在主体墙的内侧复合保温材料，即外墙内保温形式;在主体墙的外侧复合保温材料，即外墙外保温形式;在主体墙的中间空间填充保温材料，即外墙夹心保温形式。

3.外墙内保温

1)外墙内保温组成

如图5.28所示，由主体结构和保温结构组成，主体结构一般为砖砌体、混凝土墙或其他结构，保温结构由保温层组成。

在图5.28中:①为基层(混凝土砌块黏土多孔砖、黏土砖、钢筋混凝土);②为界面层(黏土砖墙免用);③为保温层，复合保温隔热砂浆;④为腻子、涂料或墙纸等。

图5.28　内保温层构造示例

2)外墙内保温典型构造形式

采用外墙内保温形式的复合墙体，其典型构造(由外至内)如下。

(1)主体墙+空气层(20毫米)+绝热层(岩棉板或玻璃棉板或聚苯乙烯泡沫塑料板)+面层板(纸面石膏板或纤维石膏板)。

(2)主体墙+空气层(20毫米)+保温板(面层+绝热层+面层)。

(3)主体墙+保温涂料+饰面层。

3)外墙内保温存在的主要优缺点

优点:对面层无耐候要求，构造处理简单，施工便利，不受气候影响，造价适中。

缺点:保温隔热效果较差，外墙平均传热系数高;有热桥产生，其保温处理较困难，削弱墙体绝热性;墙体内表面易发生结露;减少室内有效使用面积，不利于室内装修，包括重物钉挂困难等，在安装空调、电话及其他装饰物等设施时尤其不便，不利于既有建筑的节能改造。

由于外墙受到的温差大，直接影响到墙体内表面应力变化，易引起内表面保温的开裂，特别是保温板之间的裂缝尤为明显。实践证明，外墙内保温容易在下列部位引起开裂或产生“热桥”:如采用保温板的板缝部位、顶层建筑女儿墙沿屋面板的底部部位、两种不同材料在外墙同一表面的接缝部位、内外墙之间丁字墙外侧的悬挑构件部位等。内保温复合外墙在构造上不可避免地形成一些热工薄弱部位，如丁字墙、龙骨、拐角等，为满足其热工性能，这些部位必须加强保温措施。

外墙内保温形式虽然有许多缺点，但是仍然可达到一定的节能要求，在外保温技术尚未完全成熟的情况下，用内保温形式也是一种行之有效的节能措施，如果能对抗震柱、圈梁等热桥部位进行外侧保温，内保温形式仍有一定的使用价值。

4.外墙夹心保温

1)外墙夹心保温做法

外墙夹心保温由主体墙和绝热层组成。主体结构一般为混凝土砌块或砖砌体，分别砌在保温层两侧，把保温材料(聚苯、岩棉、玻璃棉等)放在墙体中间，形成夹心墙。

2)外墙夹心保温典型构造形式

(1)现场施工法:在结构层中间填入保温材料。

(2)预制复合板:在结构层中间填入复合板。

3)外墙夹心保温存在的主要优缺点

优点:施工较便利，保温性能优于外墙内保温。

缺点:有热桥产生，一定程度上削弱墙体的保温性，预制复合板接缝处理要求严格，否则容易发生渗漏。

这种做法的墙体结构和保温层同时完成，对保温材料的保护较为有利。但由于保温材料把墙体分为内外“两层皮”，因此在内外层墙之间必须采取可靠的拉结措施。

5.外墙外保温

外墙外保温系统起源于20世纪40年代的瑞典和德国，至今已有60多年的历史，经过多年的实际应用和全球不同气候条件下长时间的考验，证明采用这种形式保温系统的建筑，无论是从建筑物外装饰效果还是居住的舒适程度，都是一项值得全球范围内推广应用的节能新技术。如今，外墙外保温建筑已经成为欧美等发达国家市场占有率最高的一种建筑节能技术。

1)外墙外保温组成

如图5.29所示，主体结构一般为砖砌体、混凝土墙或其他结构。

在图5.29中:①为基层(混凝土砌块黏土多孔砖、黏土砖、钢筋混凝土);②为找平层水泥砂浆;③为保温层(XPS挤塑聚苯板或EPS泡沫聚苯板);④为网格布耐碱玻璃纤维网格布;⑤为聚合物砂浆;⑥为饰面层涂料、面砖等。

2)外墙外保温典型构造形式

采用外墙外保温形式的复合墙体，其典型构造(由外至内)如下。

图5.29　外保温层构造示例

(1)饰面层(彩色聚合物水泥砂浆)+增强材料(耐碱玻璃纤维网格布或镀锌钢丝网)+绝热层(岩棉板或聚苯板)+结构墙。

(2)预制外保温板(外面层+绝热层+内面层)+空气层+结构墙。

(3)外层挂板+绝热层(岩棉板或聚苯板)+结构墙。

(4)饰面层+保温涂料+结构墙。

3)外墙外保温存在的主要优缺点

外墙外保温存在的主要优点如下。

(1)外保温材料对主体结构有保护作用，室外气候条件变化引起墙体内部较大的温度变化发生在外保温层内，避免内部的主体结构产生大的温度变化，使热应力减小，寿命延长;有效地消除常见的斜裂或八字裂缝，减少长期维修费用。

(2)有利于消除或减弱热桥的影响，较好地发挥了材料的保温节能性能。“热桥”指的是在内外墙交界处、构造柱、框架梁、门窗洞等部位形成的散热的主要渠道。对内保温而言“热桥”是难以避免的，而外保温既可以防止“热桥”部位产生结露，又可以消除“热桥”造成的热损失。如在内外墙交界部位、外墙圈梁、构造柱、框架梁、柱、门窗洞口以及顶层女儿墙与层面板交界周边所产生的“热桥”增加。据有关资料统计，建筑物沿外墙“热桥”增加热损失约占25%，可见“热桥”所增加的热负荷是相当大的。“热桥”对外墙内保温和外墙夹心保温而言，几乎难以避免，而外墙外保温既可防止“热桥”部位产生结露，又可消除“热桥”造成的附加热损失。计算表明，在厚度为370厘米砖墙内保温条件下，周边“热桥”使平均传热系数增加10%左右;在厚度为240厘米砖墙内保温条件下，周边“热桥”使平均传热系数比主体部位传热系数约增加51%～59%，而在厚度为240厘米砖墙外保温条件下，这种影响仅2%～5%，可见外墙外保温做法能更有效地减少室内的热负荷。

(3)主体结构在室内一侧，蓄热能力较强，对房间热稳定性有利，可避免室温出现较大波动。一般情况下，外墙内保温需设置隔汽层，而采用外墙外保温时，由于蒸汽透性高的主体结构材料处于保温层的内侧，只要保温材料选材适当，在墙体内部一般不会发生冷凝现象，故无需设置隔汽层。墙体由传热体变成蓄热体，结构层的整个墙体温度提高了，不仅降低了它的含湿量，还不用再设空气层;同时墙体能吸收和释放能量，有利于室温的稳定，可形成室内舒适的热环境，墙体形不成露点差，彻底消灭结露现象，进一步改善了墙体的保温性能。

(4)减少内墙面裂缝，方便室内装修及在墙面上悬挂、固定物件。目前，凡采用内保温技术的工程普遍面临着面层开裂的难题。其主要原因之一是外墙直接暴露在大气中，温度变化不断引起变形应力，易导致强度较低的内保温层及其层面开裂。此现象在高层建筑及东西朝向的条形建筑物上尤其明显。在做外墙外保温的内侧墙上避免了因外墙温度和湿度变形而导致的开裂，同时方便墙面施工和室内装修。

(5)既有建筑采取外墙外保温进行改造施工时，可大大减少对住户的影响。20世纪80年代以前建造的工业与民用建筑一般都不满足节能要求。与外墙内保温相比，采用外墙外保温方式对旧房进行节能改造，其最大优点之一是无须临时搬迁，基本不影响用户的室内活动和正常生活。

外墙外保温存在的主要缺点有:冬季、雨季施工受到一定限制;采用现场施工方法时，对所用聚合物水泥砂浆要求严格，否则面层容易发生开裂;采用预制板时，安装施工相对困难，由于板缝处容易发生渗漏，所以对板缝的构造处理要求严格;造价较高。

5.4.6.3　屋面节能设计

建筑屋顶是建筑外围护结构之一，屋顶的耗热量占建筑总耗能的8.6%左右，也是不可忽视的节能重点部位。

1)屋面的分类

随着建筑使用者对室内热环境要求的日益提高，屋面工程材料研究的深入和建筑节能意识的提高，研制开发了轻质、绝热性能良好、使用寿命长的建筑屋面保温隔热材料。屋面按保温层所用材料分，目前主要有加气混凝土保温屋面、乳化沥青珍珠岩保温屋面、憎水型珍珠岩保温屋面、聚苯板保温屋面、水泥聚苯板保温屋面、岩棉和玻璃棉板保温屋面、浮石砂保温屋面、彩色钢板聚苯乙烯泡沫夹心保温屋面、彩色钢板聚氨酯硬泡夹心保温屋面等。

2)屋面的类型

屋面按其保温层所在位置分，主要有单一保温屋面、外保温屋面、内保温屋面和夹心保温屋面4种类型，但目前绝大多数为外保温屋面。

外保温构造受周边热桥的影响较小。主要采用轻质高效、吸水率低或不吸水的可长期使用、性能稳定的保温材料作为保温隔热层，以及改进屋面构造、使之有利于排除湿气等措施。采用外保温的屋顶，传统的做法是在保温层上面做防水层。这种防水层的蒸汽渗透阻很大，使屋面容易产生内部结露，同时，由于防水层直接暴露在大气中，受日晒、交替冻融等作用，极易老化和破坏。

为了改进这种状况，产生了“倒置”屋面的做法(如图5.30所示)，即防水层不设在保温层上边，而是倒过来设在保温层底下。

图5.30　倒置式构造示意

倒置式屋面的出现是由于传统屋面存在着先天的缺陷，传统屋面中保温材料置于隔气层与防水层之间，一旦湿气突破隔气层或雨水渗入防水层，保温材料性能将大大降低，并造成夏天防水层起鼓，冬天冷凝水积聚等问题。经过二十多年的探索和完善，尤其是挤塑板的出现使得倒置式屋面在北美得到广泛推广。20世纪70年代中期德国率先在欧洲大陆采用此项技术，然后，北欧各国以及日本等相继研究和发展了这种新型屋面系统。倒置式屋面不仅可以消除内部结露，又使防水层得到保护，从而大大提高其耐久性。但这种方法对保温材料的要求更高了，而且目前都要在保温层上面设置某种覆盖层加以保护。

覆盖层可以用大阶砖，也可以用混凝土预制板、卵石、砾石等。如用粒径100～150毫米的砾石作覆盖层，它透气性好，能使侵入到保温层中的水分较快地蒸发出去，但在风大地区不适用。采用轻质高强、吸水率极低的挤塑型聚苯板作为保温隔热层的倒铺屋面(见图5.31)，取得了较好的保温隔热和保护防水层的效果。近年来国内研制开发的憎水型水泥膨胀珍珠岩保温板、憎水型废橡胶防水胶黏结膨胀珍珠岩保温板、水泥聚苯保温隔热空心砌块等屋面保温隔热材料，以及屋面架空、微通风等构造做法，均有利于提高屋面的保温隔热性能，从而取得较好的节能和改善顶层房间热环境的效果。

图5.31　倒置式屋面构造

5.4.6.4　门窗保温设计

在建筑外围护结构中，从传热耗热量来看，与墙体和屋面相比，门窗的保温隔热能力要差得多，是耗热的薄弱环节，是节能、提高热舒适性的重点部位。改善建筑物窗户(包括阳台门)的保温性能和加强窗户的气密性是节能的关键措施，但是，加强窗户的气密性以减少空气渗透耗热量是以保证室内最低限度的换气次数(或空气质量)为限度的。

1.窗户的保温设计

玻璃窗不仅传热量大，而且由于其热阻远远小于其他围护结构，造成冬季窗户表面温度过低，对靠近窗口的人体进行冷辐射，影响室内热环境的舒适。就建筑设计而言，窗户的保温设计主要从以下两方面考虑。

1)控制窗墙面积比

窗墙面积比是指窗户洞口面积与房间立面单元面积的比值，房间立面单元面积为房屋层高与开间的定位线围成的面积，窗墙面积比反映房间开窗面积大小。窗户的传热系数大于同朝向的外墙传热系数，通过窗户的热损失比例较大，采暖热耗量随窗墙面积比的增加而加大，因此，在采光允许的条件下，控制窗墙面积比以及夜间设置保温窗帘是建筑节能的一个重要措施。

2)提高气密性，减少冷风渗透

除少数空调建筑设置固定密闭窗外，一般窗户均有缝隙。我国多数门窗，特别是钢窗气密性较差，冬季室外冷空气通过门窗缝进入室内，使供暖能耗增加。改进门窗设计，提高制作安装质量，采用自黏性密封条，是提高门窗气密性的重要措施。

2.提高窗户的保温能力措施

1)改善窗框保温性能

改善窗框部分保温能力的方法主要是对窗框进行断热处理，用高效保温材料镶嵌于金属窗框之间，加大窗框的热绝缘系数，或利用空腹钢窗内的空气间层达到增加窗框热绝缘系数的目的。同时，选用热导率较小的塑料窗框也可以减少通过窗框部分的热耗。

2)改善镶嵌部分的保温能力

设法通过增加其空气间层数目和加强其对红外线的反射能力来提高外门窗镶嵌部分保温性能。为增加空气层层数，可采用多层透明镶嵌材料。经实测，空气间层的最佳厚度为20～25毫米。当采用双层或三层玻璃时，还需注意中间空气层的防尘和防结露问题。此外，在窗内窗外侧粘贴透明塑料薄膜也可形成空气间层，取得一定的保温效果。

提高镶嵌材料对红外线的反射能力也可改善其保温性能。一种对红外线高反射、低辐射、放热性的红外线反射薄膜材料在我国已取得初步研制成果，将其和普通玻璃组成中空镶嵌组合体，保温能力高于普通中空玻璃，传热系数比使用单层玻璃可降低1.0～1.5瓦/(米²·开)，可大大减少透过镶嵌材料的热损失。

3)改善窗玻璃部分的保温能力

单层窗的热阻很小，仅适用于较温暖地区。在严寒及寒冷地区，应采用双层甚至三层窗。因为每两层窗扇之间所形成的空气层，加大了窗的热阻。增加窗扇层数是提高窗户保温能力的方法之一，也是节约能源的重要措施。

为了节省材料、简化构造，也可以在单层窗扇上安装双层玻璃，两层玻璃之间形成封闭空气层，从而加大了玻璃部分的热阻。玻璃之间空气层厚度以20～30毫米为宜，既可有良好的保温性能，造价也不致过高。

在玻璃上涂贴对辐射有选择性穿透及吸收性能的材料(如二氧化锡、铟等)，可使其最大限度地向室内透射阳光，减少室内向室外辐射的热损失，增强了窗户的保温能力，其效果几乎相当于设置双层玻璃窗。

在窗的内侧或双层窗的中间挂窗帘也是提高窗户保温能力的一种灵活、简便的方法。如在窗内侧挂铝箔隔热窗帘(在玻璃纤维或其他布质材料内侧贴铝箔)后，窗户的热阻值可比单层玻璃提高2.7倍。此外以各种适宜的保温材料制作各种形式的保温窗扇，在白天开启、夜晚关闭，可以大大减少通过窗户的热损失。

4)合理选择窗户类型

窗户保温性能低的原因，主要是缝隙空气渗透和玻璃、窗框和窗樘等的热阻太小。单层窗的传热系数K值约为一砖墙K值的2～3倍，也就是其单位面积的传热损失约为一砖墙的2～3倍。即便是单框双玻窗、双层窗，其传热系数也远远大于普通实心一砖墙的传热系数。窗的传热系数直接关系到建筑能耗的大小，为此，建筑节能设计标准中对各地区的窗户传热系数均做了规定，设计中可参照该标准合理地选择窗户类型。

5.4.7　节能建筑隔热设计

我国地域辽阔，各地气候差异很大，在一些炎热地区，若不采取防热措施，势必造成室内过热，影响人们的生活和工作。为防止夏季室内过热，必须在建筑规划及建筑设计中采取必要合理的技术措施，降低室外热作用，使室外热量尽量少传入室内，并使室内热量能很快散发出去，从而改善室内热环境，降低夏季空调降温能耗。

造成室内过热的主要原因如下。(如图5.32所示)

(1)室外高气温通过室内、外空气对流将大量热量传入室内。

(2)太阳辐射热通过向阳的窗口直接进入室内，部分墙面、地面、家具、设备因太阳直接受热，使室内空气温度上升。

(3)邻近建筑物、地面、路面的反射辐射热，其中有一部分透过窗口进入室内成为室内过热的因素。

图5.32　室内过热原因

1—屋顶;2—窗口辐射;3—热空气交换;4—室内余热(包括人体散热)

(4)室内生活、生产、设备产生的余热。

建筑隔热与建筑保温有相似之处，有的保温措施同样能达到隔热的目的，但两者的热流方向相反，构造措施各有特点。

建筑隔热设计应根据地区气候特点、人们的生活习惯、房屋的使用情况并且尽量利用自然能源，采取综合的防热措施。

5.4.7.1　建筑隔热的设计要点

为达到改善室内热环境、降低夏季空调降温能耗的目的，建筑隔热可采取以下措施。(如图5.33所示)

图5.33　建筑综合防热措施

1)外围护结构的隔热

外围护结构外表面受到的日晒时数和太阳辐射强度以水平面为最大，东、西向其次，东南和西南又次之，南向较小，北向最小。所以，隔热的重点在屋面，其次是西墙与东墙。对屋面、外墙(特别是西墙)要进行隔热处理，减少传进室内的热量和降低围护结构的内表面温度，因而要合理地选择外围护结构的材料和构造形式。

2)减弱室外的热作用

正确地选择房屋朝向和布局，防止西晒。同时要绿化周围环境，以降低环境辐射和气温，并对热风起冷却作用。

(1)结构外表面可采用浅色平滑的粉刷和饰面材料，以减少对太阳辐射热的吸收。

(2)在屋顶或墙面的外侧设置遮阳设施，可有效降低室外综合温度。

(3)结构外表面采用对太阳短波辐射吸收率小而长波发射率大的材料。

3)改善房间的自然通风

自然通风是排除房间余热、改善人体舒适感的重要途径。组织好房屋的自然通风，引风入室，带走室内的部分热量，并造成一定的风速;帮助人体散热。间歇的夜间通风，能够降低夏季室内温度。

4)提高窗户的遮阳性能

遮阳的作用主要是阻挡直射阳光从窗口透入，减少对人体的辐射，防止室内墙面、地面等被暴晒而导致室温升高。提高窗户的遮阳性能，遮阳的方式多种多样，如利用绿化(种树或种攀缘植物)，或结合建筑构件处理(如出檐、雨棚、外廊等)，采用活动式遮阳棚、可调式浅色百叶窗帘、可反射阳光的镀膜玻璃等设施。(如图5.34所示)

图5.34　自动调节光百叶

建筑隔热设计要综合处理，只强调自然通风而没有必要的隔热措施，则屋面和外墙的内表面温度过高，对人体产生强烈的热辐射，不能很好地解决过热现象。反之，只注重围护结构的隔热，而忽视组织良好的自然通风，也不能解决因气温高、湿度大而影响人体散热和帮助室内散热的问题。所以在隔热设计中，应该将自然通风、窗口遮阳、环境绿化等一起综合考虑。

5.4.7.2　外围护结构的隔热设计

夏季房屋在室外综合温度作用下，通过外围护结构向室内大量传热。为了保证室内气温的稳定，减少空调设备的初次投资和运行费用，要求外围护结构必须具有良好的隔热性能。

1.隔热材料种类

隔热材料利用其松散特性，热量不易通过，达到阻隔热流的目的。隔热材料一般密度越低越好，但若太低反而会使导热系数变大，这是因为松散材料的空气含量高，其空气间隔相通而形成热对流，加速其传热速度，从而提高传导系数，给隔热带来不利。隔热材料分下列三类。

(1)填充类:可利用纤维状(玻璃棉、岩棉等)、粒状(精杆、膨胀石粒等)、粉状(硅藻土等)材料填充于夹墙之间或顶棚上侧，形成隔热层。

(2)板块类:与保温材料一样，将隔热材料制成板块状，如石棉隔热板、苯板等。

(3)热反射类:即铝箔等热反射材料，置于空气层之间，为防止反射材料表面结露，反射材料宜放在空气层中的高温一侧。利用对辐射反向的特性来隔热。

2.外墙隔热

外墙的室外综合温度较屋顶低，与屋顶相比外墙隔热是次要的。围护结构墙采用重质材料与轻型高效保温材料的复合墙体，提高热绝缘系数，以便节约空调降温能耗。

3.屋顶隔热

根据隔热的不同机理，屋顶通常采取以下方法隔热。

1)通风隔热屋顶

利用屋顶内部通风带走面层传下的热量，达到隔热的目的。这种屋顶的构造方式比较多，适用于平屋顶和坡屋顶，既可以在屋面防水层之上组织通风，也可以在防水层之下组织通风。如图5.35所示为通风屋顶的几种构造方式。

图5.35　通风屋顶构造方式

(a)坡屋顶山墙通风;(b)坡屋顶檐口与屋脊通风;(c)坡屋顶老虎窗通风

通风屋面的隔热效果主要是靠通风带走热量，间层通风量和空气温升愈大，带走的热量也愈多。因此，隔热效果取决于间层所带走的热量，这与间层的气流速度、进气口温度和间层高度有关。试验表明，在同样风力作用下，通风口朝向与风向的偏角(即风的投射角)愈小，间层的通风效果愈好，故应尽量使通风口面向夏季主导风向。由于风压与风速的平方成正比，所以风速大的地区，利用通风屋顶效果显著。试验还表明，将间层面层在檐口处适当地向外挑出一段，能起兜风作用，可提高间层的通风效果。

通风间层的高度关系到通风面积，若通风间层两端完全敞开，且通风口面对夏季主导风向时，通风口的面积愈大，通风愈好。由于屋顶构造关系，通风口的宽度往往受结构限制，常已固定，在同样宽度情况下，通风口面积只能通过调节通风层的高度来控制。实测资料表明，随着间层高度的增高，隔热效果呈上升趋势，但增高到一定程度之后，其效果渐趋缓慢。间层高度以20～24厘米左右为好。因此，—般情况下，采用矩形截面通风口，房屋进深约为9～12米的双坡屋顶或平屋顶，其间层高度可考虑取20～24厘米，坡顶可用其下限，平屋顶可用其上限。

2)蓄水屋顶

蓄水屋顶是在平屋顶上蓄一定厚度的水层，利用水蒸发时需要大量的汽化热，从而大量消耗晒到屋面的太阳辐射热，有效地减弱了屋顶的传热量。作为隔热材料，蓄水屋顶不仅在气候干热、白天多风地区是非常有效的隔热形式，在湿热地区效果也很明显。

提高蓄水屋顶的隔热能力，可在水面上敷设铝箔或种植浅色漂浮物，减少水面对太阳辐射热的吸收，从综合利用观念出发，在水面种植漂浮物(如水浮莲、水葫芦)更为理想，此时仅有10%的太阳辐射能透过密集的叶片加热水层;同时由于植物的光合作用及呼吸作用，叶面吸收大量的太阳辐射能，蒸发散热量增加。这些作用大大减少屋顶上的综合温度，能有效降低水温，提高隔热性能，对改善室内热环境将起很好的作用，有利于建筑节能。

蓄水屋顶的深度，从白天隔热和夜间散热的综合因素考虑，宜选3～5厘米。蓄水屋顶要求有很好的防水质量，否则易发生漏水现象，但另一方面，屋顶用水隔热后，大大降低了结构的平均温度与振幅，不仅可以防止防水层由于热胀冷缩引起的破坏，也可以防止构造由于温度应力而产生裂缝，兼顾节能与保护双重作用。

3)植被屋顶

植被屋顶是利用植被的光合作用、叶面的蒸腾作用及对太阳辐射热的遮挡作用，来减少太阳辐射热对屋面的影响。一种是无土植被，种攀缘植物，使它攀爬上架或直接攀于屋面上;一种是覆土植被，在屋顶上铺土种草或种其他绿色植物，种植屋顶的土层也有一定的蓄热能力，并能保持一定的水分，通过水的蒸发吸热也能提高隔热效果。

充分利用自然环境和人工绿地，可以降低诸如“热岛效应”、“光污染”等负面影响，改善“小气候”，创造良好的外部环境。建筑物周围适当种植树木和灌木，能在一定程度上引导风的吹向并遮挡不适太阳光照射;构筑物(如花架、导风板)既能美化环境，又能起到防风、导风、遮阳的作用。可将绿化、水面(结合景观水面、消防水池)布置在建筑物夏季主导风向的上风向，可以有效地改善吹入室内的空气质量和降低空气温度，起到“自然空调”的作用，尽可能采用植草铺地以增加地面的渗水性和保持地表水自然蒸发的能力，减少硬质铺地对光和热的反射，降低地面温度。

重视环境散热，充分利用建筑布局、建筑空间、水、绿化的合理配置，保障环境散热的高效，对于建筑节能和营造良好的建筑热环境有着重要的意义。重视室外环境绿化，多布置绿地、水面，采用透水的硬质铺地，提高地面的含水率，可以有效地缓解建筑表面对空气的加热作用，环境绿化在防止太阳辐射热以及促进自然通风方面都能起到积极的作用。

5.4.8　节能建筑预防结露技术

节能建筑常采取保温隔热的方法来提高建筑对室外气候条件的阻隔，以稳定室内温度条件。但是，如果处理不当，在围护结构部分会产生结露现象，影响表面美观和墙体热工性能。

1)结露的产生

结露是由于有一定相对湿度的湿空气接触到寒冷壁面(该壁面温度低于湿空气的露点温度)，湿空气是饱和状态，并将多余的湿气以水态方式析出，而形成壁面结露。除表面结露外，还存在建筑材料内部的结露问题，这是因为高温空气的水蒸气气压在壁体两侧，由于温度不同而形成的水蒸气气压差在壁体内形成由高压到低压的递减关系，当水蒸气气压在壁体内遇到低温而使该部分饱和水蒸气气压减少而析出水分，形成内部结露。

2)结露的危害

(1)壁体表面污损:由于结露使表面装饰层出现水迹、污斑，甚至霉变，影响美观，加速了装修材料的破坏速度。

(2)造成结构破坏:柱和墙体内部如处理不当而形成的内部结露，会导致钢锈蚀、砖墙粉化而影响结构强度。

(3)削弱热工性能:壁体内部含露水分，会造成壁体保温隔热性能下降。

3)结露的防止

建筑结露通过一定的技术措施是可以克服的，防止结露有以下基本方法。

(1)降低室内空气的湿度:湿度降低，露点温度也变小，可以减少结露的发生，可采取减少水蒸气、通过换气来清除室内水蒸气等。

(2)增强壁体的热阻:热阻增加，室外低温就很难侵入壁体内部和内表面，无法达到露点温度以下，可以有效地防止结露。常用方法是在壁体增设保温材料的同时，在高温一侧设隔汽层，可有效防止内部结露。

(3)提高壁面温度:直接在壁体表面加热，可以防止壁面温度过低，而防止表面结露，常用作玻璃面防露。