淺析住宅建筑節(jié)能設計的影響因素及發(fā)展前景

李中卓 深圳新科特種裝飾工程有限公司設計總監(jiān)、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(fā)展出北京四合院、陜北窯洞、福建土樓、西南地區(qū)的吊腳樓等多種民居形式。隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，生活在不同地域的人們越來越多地依賴空調(diào)等手段來實現(xiàn)對室內(nèi)溫度舒適性的調(diào)節(jié)，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(tài)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(fā)達國家的2—3倍，建筑節(jié)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(huán)境，更能夠減少能源消耗，實現(xiàn)我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標。

1 住宅建筑節(jié)能設計思路及意義

1.1住宅建筑的節(jié)能設計思路

在我國以往常規(guī)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(jié)能因素的結果就是造成了能源的大量浪費。這既沒有體現(xiàn)出建筑設計的優(yōu)勢特點，同可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略思路也難以契合。因此在國家大力發(fā)展綠色建筑的背景下，設計師更應當改變設計思路，站在節(jié)約能源的角度對住宅建筑的內(nèi)外環(huán)境進行節(jié)能改造。

建筑節(jié)能設計一般來說不是獨立立項的，基本上都是建筑系統(tǒng)性工程項目中的一環(huán)。在建筑工程的各個項目之間，大多都有著緊密的聯(lián)系。從規(guī)劃、設計、建筑施工、建筑管理，包括建材的選擇和生產(chǎn)，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(tǒng)、空調(diào)設備以及太陽能、地熱等自然能源的開發(fā)利用都是一致的。因此設計師只要拓寬設計思路，就能發(fā)現(xiàn)住宅建筑的節(jié)能設計仍具有很高的可實施性和發(fā)展空間。

1.2提高住宅建筑節(jié)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(jīng)濟上的巨大損失，還會導致產(chǎn)生溫室效應，嚴重破壞生態(tài)環(huán)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(xiàn)狀再次增加負擔。如果能源的利用水平停留在現(xiàn)在的水平，將會導致更加嚴重的能源危機。為此，大力發(fā)展住宅建筑節(jié)能設計不僅非常有必要，也必將成為建筑領域未來發(fā)展的必然趨勢。

2 如何處理影響住宅建筑節(jié)能設計的因素

住宅建筑節(jié)能設計的核心在于減少氣候環(huán)境對于室內(nèi)溫度的影響，因此把提高建筑的熱工性能作為核心內(nèi)容，是建筑節(jié)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(jié)能有著相當重要的影響。經(jīng)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(jù)建筑內(nèi)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(diào)查研究，根據(jù)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(tǒng)住宅的朝向多為南向（偏東或偏西），長江以南的地區(qū)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(nèi)溫度；而北方寒冷地區(qū)，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(nèi)的滲透。

2.2控制建筑物的體形系數(shù)是重要的節(jié)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(shù)。建筑物的體形系數(shù)與建筑能耗有直接關系，系數(shù)每增加1%，其能耗指標就要增加2.5%，因此建筑體形系數(shù)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(guī)律，在住宅建筑的節(jié)能設計中，高緯度地區(qū)住宅建筑的造型應當盡量簡潔，盡量避免大規(guī)模采用錯位拼接及點式住宅拼接等建筑形式，不要出現(xiàn)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(jié)能。根據(jù)2008年開始施行的《民用建筑節(jié)能條例》相關規(guī)定，建筑物體形系數(shù)在實際建設中應當控制在0.3及以下。

2.3合理規(guī)劃住宅建筑的平面布局

建筑平面布局越考慮到周邊環(huán)境的影響，就越能夠獲得良好的節(jié)能效果。例如炎熱地區(qū)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(cè)或西側(cè)，可有效阻擋一部分陽光照射，減少住宅內(nèi)部因日照溫度升高。

此外，建筑布局對于建筑物內(nèi)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(nèi)部自然通風散熱的效率，對于經(jīng)常采用空調(diào)降溫的建筑來說能夠大幅提高節(jié)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(diào)室內(nèi)的空氣品質(zhì)。

2.4改善建筑圍護結構節(jié)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(jié)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?shù)扰c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(jié)能外窗，在夏季可減少室外炎熱的空氣進入到建筑物內(nèi)部，在冬季可避免室內(nèi)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(jié)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(jié)能效果。

2.5選擇使用節(jié)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(nèi)部的薄弱環(huán)節(jié)，因此也是實現(xiàn)圍護結構節(jié)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?shù)乃?，是?jié)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(nèi)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?shù)母魺釋?/h3>

屋頂是住宅建筑直接暴露在陽光照射下的主要部分，屋頂?shù)谋砻鏈囟纫葔w、地基等部分要高很多。在夏季，我國各地住宅建筑屋頂?shù)谋砻鏈囟纫话隳苓_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(xiàn)在各地屋頂?shù)摹捌礁钠隆币彩菑脑O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(jié)能設計的發(fā)展前景

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

在過去的這些年，中國已經(jīng)在逐步推進建筑節(jié)能措施。從1986年起編定建筑節(jié)能設計標準，到九十年代初期開始強制推廣，城鎮(zhèn)住宅建筑面積耗能逐年降低。在成本允許的情況下，優(yōu)先提高建筑外墻、屋頂?shù)母魺岜匦阅?，逐步提升和推廣節(jié)能門窗產(chǎn)品，正是我國一直推行倡導的被動低能耗建筑形式。順應節(jié)能減排的發(fā)展形勢和政府的倡導，我們可以預見住宅建筑節(jié)能設計的發(fā)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(jié)能設計能力和水平，積極地參與到建筑節(jié)能設計工作中，努力實現(xiàn)住宅建筑美觀與節(jié)能二者兼顧的目標。