浅谈住宅建筑设计中的节能设计

【摘要】能源是我们生存的必须条件,面临能源短缺问题我们必须找出节约能源的措施,建筑节能是我国节能工作的重要组成部分,提高建筑能源的有效利用率、节约能源势在必行,本文详细阐述了建筑节能设计方法。

【关键词】建筑设计；节能设计；能源

引言

能源匮乏是全球面临的严峻问题,我国的建筑能源消耗很大,在建筑设计方面要充分考虑节能设计,下面我们详细讨论如何进行建筑节能设计和提高能源的利用效率，减少建筑能耗。

1　房屋建筑中节能设计的应用现状

房屋建筑节能设计是一项非常复杂的系统工作,从房屋建筑本体技术到房屋建筑用材料产品、房屋建筑热工环境、应用设备等都存在着节能潜力。因此,房屋建筑节能设计应是在保证其使用功能、建筑质量和室内环境的前提下,采取各种有效的节能技术与管理措施。

2　建筑节能材料

近年来我国房屋建筑材料中墙体材料、门窗材料、屋面材料的节能产品研制、引进和生产已经有了长足地发展,相关的地方法规、设计图集也已出台,但实施的情况还不尽如人意。究其原因,除与传统习惯、推广力度和产品价格有关外,与设计人员的节能意识薄弱也有很大关系。

2.1　节能墙体材料

我国节能型墙体材料的推广运用从1988年就已经开始，但比欧美发达国家晚了40～50年,目前节能型墙体材料的使用占总墙体材料的比例约为30%。据测算,房屋建筑中围护结构耗能占建筑物总能耗的1/3以上,如果墙体材料具有良好的保温绝热性能,便可减少冬季室内传出室外的热量和夏季室外传入室内的热量,从而达到了节约能源的效果。各种复合墙体的应用方案不完全一致,通常做法是用砖或钢筋混凝土作为承重部分,并与绝热材料结合使用,绝热材料主要有岩棉、矿棉、玻璃棉、聚苯乙烯、膨胀珍珠岩和加气混凝土等。当然,某些单一材料的墙体同样可以起减少能耗的作用,比如,加气混凝土外墙与传统的粘土砖墙体材料相比,其计算导热系数约为粘土砖砌体的29%,是一种保温性能好、节能显著的墙体材料。此外,近年来还发展了不少墙板类材料,水泥纤维夹芯板、钢丝网架水泥夹芯板等,均具有良好的结构承载力和保温效果。设计人员应根据地区、阳光辐射程度及方位等,对不同朝向的墙体采用不同厚度的墙体材料,这样可以减少保温费用,在构造上也容易做得比较简单,获得最佳的节能效果。

2.2　门窗及屋面节能材料

普通单层玻璃窗的能量损失约占建筑物运行能耗的50%,改善其保温绝热性能是节能设计的重点工作之一。现在已有不少小区建设时采用了双层中空玻璃窗,并提高其气密水平,实践证明这是一种成本增加少而节能效果明显的方法,建议尽快加大推广力度。此外,窗外加贴透明聚醋膜,也颇有效。窗框材料有塑料窗、断桥铝合金窗、断桥彩钢窗、木窗等,节能保温效果都很好。屋面节能材料主要是保温绝热材料,近年来发展很快的屋面节能保温材料有膨胀型泡沫聚苯板、发泡混凝土等,自重很轻,传热系数小,其相应的设计施工图集已经出台。其他的屋面保温材料还有玻璃棉类、矿棉类等,设计时采用何种材料,可根据当地及工程本身的情况选用。

3　建筑节能设计

3.1　住宅的总体规划的节能设计

住宅的总体规划应与单体建筑相协调,充分考虑各种宏观因素（如地区、朝向、方位、建筑布局、地形地势等）对单体布局的影响,充分利用所在地区的天然热源、风源等来实现每一栋住宅建筑单体夏季都有充足的迎风面。单体之间的组合对气流的形成具有直接的影响,特别是高层建筑群内部易受到回旋涡流的作用,容易出现死角,不利于室内的自然通风,从而形成不利的小区微气候。因此,为了营造绿色舒适的小区微环境,应调整好单体之间的组合,使每栋建筑物处于周围建筑物的气流旋涡区之外,避免出现滞流区。

3.2　住宅平面的建筑节能设计

住宅平面设计中首要问题是确定适当的套型面积。因为适当的建筑面积不但可以节约用地（建筑行业“四节”之一）,还可以大大节约建筑用材,减少营造、维护与使用过程中的消耗。另外,建筑平面的巧妙布局亦能获得较好的节能效果。由于我国地处北半球,太阳高度角和方位角变化规律使南朝向为最为节能建筑朝向,此朝向夏季可减少太阳辐射得热,冬季可增加太阳辐射得热,而且此朝向建筑与我国夏季盛行的东南风差不多成垂直关系,容易形成穿堂风,而又避开冬季盛行的西北风,因此,将住户长时间活动的居住空间（如厅、主要卧室）设于日照通风条件最佳的南向位置,利用自然环境使室内达到最大的舒适度,为住户节约采暖和空调的能耗。

3.3　住宅外墙的节能设计

墙体是住宅的主体部分,是建筑室内外热交换的主要介质,建筑节能50%,其中就有约25%是通过建筑围护结构外墙的保温隔热性能来实现的。使用节能外墙与使用普通外墙室内温度相差可达10℃,所以墙体的设计是不容忽略的一个方面。外墙除了应具有基本的承重、安全围护等功能外,还应考虑其保温隔热性能。目前,常用的几种外墙材料中,保温隔热性能较好的是加气混凝土砌块以及复合墙体。复合墙体中绝热材料主要有岩棉、矿棉、玻璃棉、膨胀珍珠岩、聚苯乙烯、加气混凝土等,墙体保温隔热宜选用外墙外保温。外保温是连续外包的,能有效隔断具有热桥作用的混凝土梁、柱等,而产生“断桥”作用,达到预期的节能效果。

此外,减小建筑物体型系数,也就是减少建筑物外表面积,减少外围护结构面积,减少建筑形体的凹凸,也是节能的有效措施之一。体形系数是指建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值。因此,体形系数越小对建筑节能越有利,也就是说,在其他条件相同的情况下,宽的建筑比窄的好,高的比矮的好,外表整齐的比外表凹凸变化的好。为得到合理的有利节能的建筑体型,体型系数一般应控制在0.3以内,住宅进深应扩大到10m以上,而长度则以55m左右为宜。从热传递方面分析,通常建筑物实墙的阳角内侧气流流动大,散热面相对比较大,所以交角处内表面的温度远比主体内表面温度低。同时由于具有热桥作用的框架柱或构造柱常设在此处,所以一般交角处是建筑物耗能量较大的部位。如果建筑物设计成圆柱形,则外墙棱角少,外表面积也小,有利于减少能量的消耗,所以外表面整齐的建筑比外表面凹凸变化的建筑要节能。从接收太阳辐射热能考虑,应使建筑物南向墙面的面积尽量地大,其他墙面的外表面积尽可能地小,也就是说南向墙面与其他各方位墙面的面积比应是越大越好。

3.4　住宅门窗的节能设计

外门窗是耗热的重要渠道,它既是太阳辐射的得热部件,又是主要的失热部件,传热系数约为墙体的3～4倍,是节能的重点部位,所以合理确定窗墙面积比是节能的重要措施之一。住宅设计应少做落地窗、飘窗等,外墙门窗设计除满足自然通风外,设计中应该强调东西南北开窗区别,不同功能房间开窗区别。面对冬季主导风向的立面,应尽量减少开窗面积。设置外窗部位,应提高外窗的密封性能（如选用胶条密封而不是毛条）,选用好的窗型（如平开窗气密性相对较好）,门窗配件,提高窗框的隔热性能（如采用塑料型材、铝合金断桥型材、玻璃型钢材等）,减少窗框的外露面积,采用保温隔热性能好的玻璃（如真空玻璃、镀膜玻璃等）。外门窗除了采光,通常也是建筑自然通风的渠道,所以,外门窗的开启也是夏季通风节能的必要条件。夏季迎风面可作为主要的开窗部位,引进自然风,增加夏季的渗透通风。但同时,外门窗的设计应减少冬季寒风的渗透,有利于室内保温,改善生活环境的舒适度。对于向阳的地方,可采用平面凹式设计,外加遮阳板及镀有特种金属的热反射窗帘,这种设计既美观又兼有较好的遮阳效果。

结束语

建筑节能是国家发展的基本国策之一,建筑节能技术必将得到迅速发展。因此,必须抓好房屋建筑的节能设计,合理地使用节能设计方法,提高能源的有效利用率,促进全社会建筑节能技术的进步。

注：原文发表在2013年第20期《房地产导报》,2013年23期《建筑遗产》