居住建筑节能设计

筑节能要求十分迫切
1、建筑能耗约占社会总能耗的1/3
我国建筑能耗的总量逐年上升，在能源总消费量中所占的比例已从上世纪七十年代末的10%，上升到近年的27.45%。而国际上发达国家的建筑能耗一般占全国总能耗的33%左右。以此推断，国家建设部科技司研究表明，随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善，我国建筑耗能比例最终还将上升至35%左右。如此庞大的比重，建筑耗能已经成为我国经济发展的软肋。
2、高耗能建筑比例大，加剧能源危机。
直到2002年末，我国节能建筑面积只有2.3亿平方米。目前，我国已建房屋有400亿平方米以上属于高耗能建筑，总量庞大，潜伏巨大能源危机。正如建设部有关负责人指出，仅到2000年末，我国建筑年消耗商品能源共计3.76亿吨标准煤，占全社会终端能耗总量的27.6%，而建筑用能的增加对全国的温室气体排放“贡献率”已经达到了25%。
据分析，我国目前处于建设鼎旺期，每年建成的房屋面积高达16亿至20亿平方米，超过所有发达国家年建成建筑面积的总和，而97%以上是高能耗建筑。以如此建设增速，预计到2020年，全国高耗能建筑面积将达到700亿平方米。因此，如果现在不开始注重建筑节能设计，将直接加剧能源危机。
　3、我国建筑节能状况落后，亟待改善
在70年代能源危机后，发达国家开始致力于研究与推行建筑节能技术，而我国却忽视了这一方面的问题。时至今日，我国建筑节能水平远远落后于发达国家。举例说明，国内绝大多数采暖地区围护结构的热功能都比气候相近的发达国家差许多。外墙的传热系数是他们的3.5至4.5倍，外窗为2至3倍，屋面为3至6倍，门窗的空气渗透为3至6倍。现在，欧洲国家住宅的实际年采暖能耗已普遍达到每平方米6升油，大约相当于每平方米8.57公斤标准煤，而在我国，达到节能50%的建筑，它的采暖耗能每平方米也要达到12.5公斤，约为欧洲国家的1.5倍。
因此，与当前发达国家建筑能耗已经大大降低的情况相比，我国单位建筑面积采暖能耗是发达国家标准的3倍以上，与发达国家存在较大的差距。而对于美国而言，全球石油资源的战略布局以及石油的开采区域和运输线路等关键点的调整工作已基本完成，我国却没有那样强有力的能源后盾支持，在这样的国情下，建筑节能水平的改善实际上应该比发达国家更为紧迫。
节能型居住建筑设计方法
建筑节能设计应从以下几个方面考虑：1）、总体规划设计；2）、建筑单体设计；3）、建筑设备设计；
1、总体规划设计
1.1 建筑选址
建筑基地不适宜选择在山谷、洼地及凹地等处，因冬季冷气流在凹地里易形成对建筑物的“霜洞”效应。位于凹地的底层或半地下层建筑为保持所需的室内温度所消耗的能量，就会相对应的增加。所以建筑基地应尽量选择在向阳、避风的地段上，为建筑争取日照创造必要的条件。（见图1：对建筑物的“霜洞”效应示意图）
1.2建筑布局
利用建筑楼群合理布局，充分结合特定地点的自然环境因素、气候特征和建筑物功能，人的行为活动特点等，建立自然-人工生态平衡系统。具体体现在通过楼体排布的方案组合中，按以下原则挑选规划方案：充分利用和争取日照；避免风漏斗的出现，合理组织气流，减少建筑热损失；利用建筑外界面的反射辐射，对夏季炎热气候考虑充分。
在规划布局中，可以通过建筑的手法来尽量改善日照条件，比如：
a.多排多列楼栋布局中，采用错位布置，利用山墙空隙争取日照；
b.点、条组合布局时，点式住宅布置在朝向较好位置，条式布置其后，争取日照；
（见图2）
建筑气候区划 ⅠⅡⅢⅥⅦ气候区 Ⅳ气候区 ⅤⅥ气候区
大城市 中小城市 大城市 中小城市
日照标准日 大寒日 冬至日
日照时效（h） ≥2 ≥3 ≥1
有效日照时间带 8~16 9~15
计算起点 底层窗台面
1.3建筑形态
节能建筑的形态不仅要求体型系数(外表面积／体积)小，同时需要夏季日辐射得热少，冬季还需要对避寒风有利，但满足此三项需要的建筑形体常不一致，因此应考虑多种因素的制约，包括当地夏季气温和日辐射照度、建筑朝向、各围护结构的保温状况和局部的风环境情况，需要具体权衡得热和失热的具体情况，优化组合各项因素后得出结论。
仅从夏季季得热的角度，建筑应有合适的长宽比。加大进深由8M增加到14M，可以使建筑耗热指标降低11%-33%，因此对于1000-8000平米的住宅，进深控制在12-14M有利于建筑节能。 （见图3、图4）
1.4建筑间距
阳光对于个人不仅有卫生学的意义，同时对人的心理及精神也具有一定的影响。它不但是热源，同时还可以提高室内的日照水平，保证住宅室内具有一定的日照量，从而决定建筑间最小间距，并结合其他条件综合考虑建筑群体的布置。建筑采用斜屋顶在满足日照的前提下可以缩小住宅间距。（见图5、图6）
1.5建筑通风
适当布置建筑物，冬季降低冷风风速，可减少建筑物和场地表面热损失，节省能耗；夏季可以组织良好的通风，在建筑物之间及建筑内部形成良好过堂风。（见图7、图8）
1.6建筑朝向
朝向的选择考虑因素有：冬季具有适量和一定质量的日光照入室内；炎热季节尽量减少太阳直射室内及居室外墙面；夏季通风良好，冬季避免冷风吹袭；充分利用地形和节约用地；照顾居住建筑群体组合的需要。
浙江省居住建筑的适宜朝向为南偏东30度~南偏西15度。
1.7环保概念的体现
环保一个重要的体现方面是小区绿化。小区绿化要综合考虑绿化复盖率、人均公共绿地指标和生物多样性、植被的生态效应等诸多因素。可以考虑乔灌草相结合，以乔木为主；同时建议多布置立体绿化，见缝插绿；步行道、停车坪、水体护岸和水底地面不宜一概“硬化”，应该给大地以透水透气的余地。屋顶绿化不仅可以改善小区的环境绿化条件，还能改善建筑屋面的热工性能。
2、建筑单体设计
2.1围护结构
2.1.1外窗
外窗的能耗包括通过玻璃、窗框的传热，窗缝的空气渗透，夏天太阳辐射得热三个方面。普通外窗的能耗远远大于外墙。传统方法有控制窗墙比（窗户面积与窗户面积加外墙面积之比值）；提高门窗制作质量，加密封条，减少冷风渗透等；注意隔热条的选用（隔热条对隔热门窗的整体稳定性起到关键作用）。
门窗节能中，改善窗户保温效果是比较有效的手段之一。市场上中高档的住宅产品多采用中空玻璃、隔热玻璃、反热玻璃等，随着节能技术的发展，象低辐射镀膜玻璃(Low-E玻璃)等节能玻璃，在成熟产品中的应用也逐步在得到加强。
2.1.2屋顶和外墙
传统的外围护墙体由单一材料组成，其热工性能指标已经不能满足节能建筑的要求。复合墙体充分利用各种材料的不同性能，来达到节能建筑所要求的围护墙体的热工性能指标。
在不断改进建筑外墙、外窗的保温性能后，还必须进一步加强屋面保温隔热的研究。屋面节能措施的要点，其一是屋面保温层不宜选用密度较大、导热系数较高的保温材料，以免屋面重量、厚度过大;其二是屋面保 温层不宜选用吸水率较大的保温材料以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果，如选用吸水率较高的保温材料，屋面上应设置排气孔以排除保温层内不易排出的水分。现在，高效保温材料已经开始应用于屋面，一些建筑的屋面保温，采用膨胀珍珠岩保温芯板保温层代替常规的沥青珍珠岩或水泥珍珠岩做法，就克服了常规作法的诸多缺点。这种保温芯板施工方便、价格低廉、不污染环境;芯板为柔性制品，不仅适用于具有平面的屋面，也可用于带有曲面的屋面，其保温工程更可显示出它的优越性。其主要技术指标，表观密度为110～150kg/m3;导热系数为0.04～0.06W/m•K;蓄热系数为0.90～0.11m2•K。抗压强度大于0.2MPa;吸水率小于0.01%;蒸汽渗透系数为2.18×10～7g/m.n.Pa。这些指标充分体现了膨胀珍珠岩密度较小，导热系数较低，而且吸水率和蒸汽渗透系数也都很低。这是保温性能好的材料所必须具备的。
浙江省《居住建筑节能设计标准》DB33/1015-2003中规定外墙K≤1.5 D≥3.0和K≤1.0 D≥2.5；屋顶K≤1.0 D≥3.0和K≤0.8 D≥2.5.当外墙和屋顶采用含有轻质的绝热材料的复合结构时，会出现热惰性指标很低的情况。这样，在夏季自然通风状态下，屋顶和外墙的内表面温度可能过高。为此根据不同的转热系数，规定屋顶和外墙的热惰性指标不低于3.0和2.5。对屋顶和外墙的热惰性指标提出要求，同时可使屋顶和外墙具有更好的热稳定性。
3、建筑设备节能
3.1空调
家用空调器选用节能型(高效制冷压缩机、换热器和风扇，采用变频调速，并匹配良好)；空调器的安装位置宜不受太阳直射；不设定过低室温，经常清洗。采用热泵技术，同时满足夏季制冷与冬季采暖的需要。
3.2电气
尽可能充分利用自然光；采用高效照明光源及灯具。
3.3卫生器具
尽可能采用节水型卫生器具。
工程实践
居住建筑
工程概况:
工程位于浙江省温州市。工程规划建设用地面积为5900.00㎡，总建面积为22205.70㎡。
气候概况：
温州市属亚热带海洋性季风气候，气候温暖湿润、雨量充沛、四季分明，平均温度为17.9℃。年平均最高气温为21.9℃，最低气温为-4.5℃。年平均日照率为41%，市区无霜期269.2天。年平均降雨量为1694.6㎜。主导风向夏季为东南偏东风，冬季为西北风，夏秋之交受台风侵袭，登陆瞬间风力为8-12级。
节能设计方案综述
1　节能目标
通过采用增强建筑围护结构保温隔热性能和提高采暖、空调设备能效比的节能措施，在满足以下要求的室内环境指标的前提下，与未采取节能措施前相比，采暖、空调能耗应节约50％。
1.1　冬季暖室内热环境设计指标，应符合下列要求：
1.1.1　卧室、起居室室内设计温度取16-18度；
1.1.2 换气次数取1.0次/h；
1.2　夏季空调室内热环境设计指标，应符合下列要求：
1.2.1　卧室、起居室室内设计温度取26-28度；
1.2.2　换气次数取1.0次/h。
2 节能设计
2.1主要围护结构的节能体系及其特性
　本设计从工程的实际情况出发，在满足建筑的使用功能的前提下，使用性价比优秀的材料组合。
2.1.1外墙、楼板节能体系
根据本工程项目的实际情况，在设计中采用了聚苯颗粒保温浆料，分别用于外墙外保温及楼板的保温。主要有以下特性：
聚苯颗粒保温浆料是由聚苯乙烯颗粒、高分子聚合物、水泥和助剂组成，具有适中的保温性能和较高强度的浆料型外墙保温材料，施工方便，适用于夏热冬冷地区使用，而且还可抹涂于砌体或砼表面，替代粉刷层，实现粉刷和保温合二为一。主要热工参数：
材料名称 干密度β0 导热系数λ 蓄热系数S λ及S的α
聚苯…浆料 230 0.060 1.02 1.15
2.1.2 屋面节能体系
从本工程所在地的实际情况，在保温层采用了适用于倒置式屋面的挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS），其基本组成及主要特性如下：
挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）是由可发性聚苯乙烯粒料在专用挤出机中加热熔化后经挤出头挤出成型的。与EPS板相比，该产品具有以下两个突出特点：① 密度和机械强度高；② 长期吸水率低。其主要的热工参数：
材料名称 干密度β0 导热系数λ 蓄热系数S λ及S的α
挤塑…塑料 28 0.030 0.36 1.10
2.1.3 入户门和外窗、阳台门窗节能体系
入户门选用多功能用户门，其同时具有防盗、防火、保温、隔声等功能。
窗的主要功能是采光和通风，在各类建筑窗中，塑料窗在保温节能方面有优良的性能价格比。从现有情况出发，在设计中采用ＰＶＣ塑料门窗，其基本组成及主要特性如下：
几种常用窗户类型的热工指标参数如下：
窗框材料 窗户类型
（mm） 空气层厚度 窗框窗洞面积比（％） 传热系数K
（W/m2.k） 气密性等级
塑钢门窗 单层窗 － 30～40 4.7 4级
单框中空玻璃 20A 30～40 2.5
单框低辐射中空玻璃 12A 30～40 2.0
本设计中各围护结构的基本构造主要参考浙江省标准《居住建筑节能设计标准》“DB33/1015-2003”中的构造做法，所选做法在实际工程中应用较为普遍，计算标准以及计算公式均采用现行国家规范《民用建筑热工设计规范》“GB5017-93”以及其它现行的国家及地方性条文和法规。
结束语
对人居环境的探讨，一直以来都是建筑界所关注的问题。无论在建筑节能，降低建筑能耗，还是在提高人居舒适度，创造新型的住宅建筑，都取得了很大的成效。但是面对这个庞大的建筑领域，建筑能耗是显而易见的，微小的能耗变化，都将决定对能源的如何分配。
在不同区位下，采取的节能措施也不尽相同，对地域技术的研究同样是首要面临的关健性问题。本文所提到的几点建议，是微不足道的一小部分，要想实现建筑领域真正节能，还需要建筑界及相关部门同仁不懈的努力。