寒冷地區(qū)住宅建筑節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)策略初探

摘要：氣候是影響建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)重要因素，在不同的地區(qū)，應(yīng)有不同的建筑形態(tài)空間布局，即適應(yīng)氣候的地域建筑。本文將針對(duì)寒冷地區(qū)的氣候特征并結(jié)合工程實(shí)例，從建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱、建筑布局、建筑空間的組織等來(lái)探討該地區(qū)住宅建筑節(jié)能設(shè)計(jì)。力圖降低建筑能耗，創(chuàng)造建筑微氣候，并從地域技術(shù)、構(gòu)造設(shè)計(jì)上來(lái)探討適應(yīng)該地區(qū)氣候的住宅建筑。

關(guān)鍵詞：住宅建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)地域氣候節(jié)能

前言

隨著人類(lèi)社會(huì)各方面的高速發(fā)展，全世界的能源緊缺問(wèn)題日益加劇，據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)達(dá)國(guó)家建筑業(yè)占能源總消耗量的36%左右，而我國(guó)的能耗是發(fā)達(dá)國(guó)家的2～3倍，因此，在建筑中推廣節(jié)能勢(shì)在必行。建筑師必須從 “可持續(xù)發(fā)展”的角度去審視我們的建筑設(shè)計(jì)，從根本上降低建筑能耗，減少對(duì)采暖的依賴性。接下來(lái)，我將通過(guò)對(duì)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱、建筑布局、建筑空間的組織和太陽(yáng)能的利用方面介紹和研究，探討一些適合寒冷地區(qū)建筑的節(jié)能措施。

1.寒冷地區(qū)氣候特征

寒冷地區(qū)冬季寒冷干燥，夏季炎熱濕潤(rùn)，降水量相對(duì)集中。冬季夏季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，春秋季短促，氣溫變化劇烈，雨水稀少，多為大風(fēng)沙天氣，夏季多冰雹和雷暴。這一地區(qū)的冬夏兩季的氣候差異巨大，各主要城市冬季月平均溫度基本都在0℃以下，夏季各主要城市的月平均溫度約為26℃左右，與南方城市相差不大。季風(fēng)氣候也是寒冷地區(qū)氣候的一個(gè)顯著特點(diǎn)，該地區(qū)全年的主導(dǎo)風(fēng)向呈季節(jié)性變化，冬季西北季風(fēng)和夏季東南季風(fēng)為主。

根據(jù)這一地區(qū)的氣候特點(diǎn)，建筑物的冬季保溫、防寒、防凍，夏季隔熱就成為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。

2.寒冷地區(qū)住宅建筑中的節(jié)能設(shè)計(jì)

為適應(yīng)寒冷地區(qū)的氣候特征，必然要產(chǎn)生一系列適應(yīng)性的節(jié)能措施。

2.1加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫措施

寒冷地區(qū)由于冬季較為寒冷干燥，使得冬季減少向室外傳遞熱量成為節(jié)能的有效方法之一。根據(jù)建筑的熱工機(jī)理，室內(nèi)暖氣的輻射熱投射到建筑內(nèi)表面時(shí)，其中一部分被反射回來(lái)，一部分被墻體吸收。而被建筑物墻體吸收的熱量一部分向室內(nèi)傳遞，另一部分則以長(zhǎng)波輻射和空氣對(duì)流的形式向室外散發(fā)。顯然，散發(fā)到室外的熱量越多，保留到室內(nèi)的熱量就越少。因此，加強(qiáng)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能，即對(duì)屋面、外墻、架空或外挑樓板、門(mén)窗等部位的保溫措施就成為建筑師進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，從而在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中阻隔室內(nèi)的熱量向室外傳遞，這樣一來(lái)，冬季建筑從室內(nèi)所吸收的熱量將大量地聚集在建筑的內(nèi)表面，促使建筑的內(nèi)表面溫度升高，從而進(jìn)一步提高了建筑內(nèi)表面與環(huán)境之間的溫度差，有利于建筑向室內(nèi)散熱。同時(shí)，在一層地面設(shè)置保溫層，增加地面的熱阻，也能達(dá)到保溫隔熱效果。還有，該地區(qū)屬季風(fēng)氣候，風(fēng)沙比較大，在北入口的單元門(mén)裝設(shè)門(mén)斗，也有助于冬季的保溫與防風(fēng)沙。另一方面，寒冷地區(qū)由于夏季炎熱，因此夏季隔熱也就成為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的內(nèi)容，加強(qiáng)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能，也有利于夏季隔熱，從而減少空調(diào)、風(fēng)扇等的利用。同時(shí)，外墻采用白色粉刷或用淺色飾面來(lái)提高外墻輻射，達(dá)到隔熱的作用。

在住宅建筑中，窗戶也是一個(gè)獨(dú)特的圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件。一方面它要阻擋外界環(huán)境變化對(duì)室內(nèi)的侵襲。另一方面是人在室內(nèi)觀賞室外景物滿足人們心理上的渠道。所以窗戶同時(shí)承擔(dān)著隔絕與溝通室內(nèi)外這兩個(gè)互相矛盾的任務(wù)。一般普通窗戶（包括陽(yáng)臺(tái)的透明部分）的保溫性能比外墻差很多，在建筑能耗中，通過(guò)窗造成的能耗占到了建筑總能耗的40%左右，因此，對(duì)寒冷地區(qū)而言，窗戶的熱工性能問(wèn)題是外圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)極為重要的因素，其主要問(wèn)題是該如何改善以及防止空氣滲透。從而在冬季滿足自然采光的同時(shí)減少熱量從室內(nèi)向室外傳遞，夏季還要能夠盡可能得使熱量滯留在室外。目前，窗戶節(jié)能最常用的方法是采用多層空氣間層的玻璃窗，如使用中空、隔熱和反射的玻璃等。同時(shí)，窗框靠墻部位的縫隙，采用如玻璃棉、泡沫膠、礦棉氈等高校保溫材料和嵌縫密封膏密封填堵。

2.2建筑布局

在寒冷地區(qū)，因大部分地區(qū)日照非常充足，西曬比較嚴(yán)重，為減少西曬的影響和符合當(dāng)?shù)鼐用裣埠茫宰≌瑯且孕辛惺?、南北向?yàn)橹鬟M(jìn)行布置。同時(shí)，由于太陽(yáng)高度角和方位角的變化規(guī)律，南北朝向的建筑冬季可以增加建筑物輻射得熱，從而，降低建筑物的采暖負(fù)荷。計(jì)算證明，建筑物的主要朝向如果由南北改為東西向，耗熱量指標(biāo)明顯增大。同時(shí)，根據(jù)寒冷地區(qū)夏季的最大頻率風(fēng)向，建筑物的主體朝向南北向，也有利于自然通風(fēng)。所以，寒冷地區(qū)建筑物的大部分應(yīng)以南北向?yàn)橹鬟M(jìn)行布置。

2.3內(nèi)部空間的組織與劃分

為了適應(yīng)寒冷地區(qū)的氣候特點(diǎn)，達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)，建筑物在內(nèi)部空間的組織和外部體型上都帶有明顯的地域性。具體做法是：住宅采用多單元組合，平面采用簡(jiǎn)單的矩形平面，避免出現(xiàn)過(guò)多的凸凹變化，并適當(dāng)加大住宅的進(jìn)深，從而減小建筑物的體型系數(shù)。門(mén)窗采取“南大北小、東西少”的形式，在保證通風(fēng)與采光的條件下，減少窗戶的建筑能耗。在平面布局上采取南北通透，保證不同方位的住房之間有流暢的氣流用以形成穿堂風(fēng)，盡量減少人工照明、設(shè)備采暖及制冷的使用，從而達(dá)到節(jié)能的效果。

2.4太陽(yáng)能的利用

太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭，除了設(shè)備成本外幾乎無(wú)需再投入，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。太陽(yáng)能加熱每噸水相比電加熱可省電20～30KW·h，按照每戶每天用熱水量120kg計(jì)算，每年每戶可省約800元。同時(shí)，太陽(yáng)能集中供熱水系統(tǒng)采用智能化的控制技術(shù)，只要有太陽(yáng)光，太陽(yáng)能集熱器就會(huì)產(chǎn)生熱水，實(shí)現(xiàn)了最大程度利用太陽(yáng)能，最少消耗能源的的效果，是未來(lái)節(jié)能手段的發(fā)展趨勢(shì)之一。

3.具體的方案實(shí)例分析

下圖為某寒冷地區(qū)國(guó)有工礦棚戶區(qū)改造項(xiàng)目的戶型，該戶型較好的利用了地域性建筑設(shè)計(jì)的構(gòu)造特點(diǎn)，滿足建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)思想。

該工程建筑物在住宅的外墻、屋面、樓地面、門(mén)窗、樓梯間等處均采取前述保溫節(jié)能措施，使每戶形成一個(gè)封閉的絕熱系統(tǒng)，有效的防止了“冷橋”的產(chǎn)生，節(jié)能的同時(shí)使居住的舒適度大大提高。在建筑布局上采用行列式、南北向?yàn)橹鬟M(jìn)行布置，從而，降低建筑物的采暖負(fù)荷，有利于自然通風(fēng)。建筑平面設(shè)計(jì)時(shí)，采用簡(jiǎn)單的矩形平面，通過(guò)合理控制戶型的開(kāi)間、進(jìn)深，保證每個(gè)房間均有足夠的采光和通風(fēng)，客廳、臥室等主要房間朝南，爭(zhēng)取最大限度利用太陽(yáng)能直接得熱，餐廳、廚房、衛(wèi)生間等朝北布置，成為南向臥室的防寒空間，南向的窗戶較大，北向的窗戶較小，保證通風(fēng)、采光的情況下，減少能耗。同時(shí)，在屋頂設(shè)置太陽(yáng)能集中供熱水系統(tǒng)，將太陽(yáng)能熱水與住戶的給水系統(tǒng)相結(jié)合，保證了用戶水龍頭即開(kāi)即熱，實(shí)現(xiàn)了一次投資，長(zhǎng)期收益，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的作用。

在寒冷地區(qū)我們可以找到許多類(lèi)似的建筑形式：沒(méi)有過(guò)多凸凹變化矩形平面設(shè)計(jì)、封閉陽(yáng)臺(tái)、 “南大北小、東西少”的門(mén)窗形式等。這都是勞動(dòng)人民根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣?，所?chuàng)造出的建筑形態(tài)，是一種建筑文化的體現(xiàn)。在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)該在氣候環(huán)境設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上尋求一種繼承文脈的理念，因?yàn)闅夂虿恢皇怯绊懡ㄖ囊粋€(gè)自然環(huán)境，還與文化息息相關(guān)，設(shè)計(jì)者應(yīng)該貫徹“形式追隨氣候的”思想。盡可能的對(duì)該地區(qū)的建筑文化進(jìn)行更深層次的追求與思考。

結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)的住宅工程經(jīng)歷了提供必要的居住條件和滿足一定的舒適性要求兩個(gè)發(fā)展階段。近幾年，人民對(duì)住宅的舒適性要求越來(lái)越高，能源的需求量也隨之日益增加，能源利用情況緊張，而常規(guī)能源的大量使用必將對(duì)環(huán)境造成不利影響。在這種前提下，有在不犧牲環(huán)境質(zhì)量的前提下，以較低的能耗為人們提供健康、舒適的居住環(huán)境。就成為建筑師進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的理念之一。對(duì)于人居環(huán)境的探討，一直以來(lái)都是建筑界所關(guān)注的問(wèn)題。無(wú)論是在建筑節(jié)能、降低建筑能耗，還是在提高人居舒適度，創(chuàng)造新型的住宅建筑，都應(yīng)該是未來(lái)住宅設(shè)計(jì)的方向。所以我們要從建筑的各個(gè)方面出發(fā)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)源節(jié)流，降低建筑能耗、提高可再生能源的利用，向著真正的綠色建筑邁進(jìn)，實(shí)現(xiàn)建筑領(lǐng)域真正節(jié)能。

參考文獻(xiàn)：

[1]《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》.JGJ26-2010

[2]清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心.中國(guó)建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社。

[3]孫寶梁.簡(jiǎn)明建筑節(jié)能技術(shù).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[4]黃晨主編，建筑環(huán)境學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.