住宅建筑设计中的节能设计探讨

住 宅建 筑设 计中 的节 能设 计探 讨 吴 夷鸣江西省建筑设计研究总院摘 要 ： 本 文从 建筑 平面 设计 、 建 筑体 型设 计 、 建 筑规 划设 计 、 建 筑设 计中 窗的 节能 设计 四个方 面对 建筑 节能 设计 进行 了分 析和 探讨 。 关 键词 ： 建 筑； 节能 ；设 计随 着社 会经 济的 快速 发展 ， 能 耗问 题已 成为 世界 各国 生存 发展 的重 大问 题之 一 ， 建 筑业作 为高 耗能 行业 ，节 能是 其健 康发 展的 根本 途径 ，是 重中 之重 。 1、 建筑 平面 设计 中的 节能 设计 建 筑平 面设 计包 括形 状、 建筑 长度 、宽 度、 幢深 与平 面布 局等 方面 的设 计。 （ 1)建 筑平 面形 状中 节能 的设 计建 筑设 计时 ,从 节能 的角 度考 虑 ,原 则上 应使 表 面 围 护结 构的 总面 积越 小越 好。 这是 因为 :在 相同 的建 筑体 积 V下 ,由 于围 护结 构的 总面 积不 同 ,热 耗相 差很 大。 设计 时应 注意 使围 护结 构面 积 A与 建筑 体积 V之 比为 最小 。（ 2)建 筑长 度中 节能 的设 计住 宅 建 筑 的 长 度 与 建 筑 热 耗 间 有 一 定 的 比 例 关 系 。 根 据 有 关 资 料 表 明 :增 加 住 宅 建 筑 的长 度 可 以 节 能 。 长 度 小 于 10m ,能 量 增 加 较 大 。 例 如 ,从 10m 减 少 至 50m ,能 耗 增 加 8% 10%,从 10m 减 少 至 25m ,对 于 5层 住 宅 ,能 耗 增 加 25%,9层 住 宅 ,能 耗 增 加 17 21。（ 3)建 筑宽 度中 节能 的设 计根 据 有 关 资 料 表 明 :增 加 建 筑 宽 度 可 以 节 能 。 对 于 9层 住 宅 建 筑 ,宽 度 由 1m 增 加 到14m ,能 耗可 减少 6% 7%,若 增大 到 15 16m ,能 耗可 减少 12% 14%。（ 4)建 筑幢 深中 节能 的设 计建 筑幢 深即 建筑 物沿 纵向 轴线 方向 的总 尺寸 。 对 于单 幢建 筑物 来说 ,当 其层 数相 同而 幢深 不同 时 ,随 幢深 的加 大 ,建 筑的 传热 耗热 指标 明显 降低 。 有 资料 表明 :建 筑面 积为 10m 2,幢 深 由 9m 加 大 到 12m 时 ,其 单 位 面 积 耗 热 (W/m 2)由 41.2W/m 2降 低 到 36.85W/m 2,这 表明 加大 幢深 具有 显著 的节 能效 果。 （ 5)建 筑平 面布 局中 节能 设计建 筑 平 面 布 局 不 仅 对 建 筑 的 合 理 使 用 及 提 高 室 内 热 舒 适 度 有 着 决 定 性 的 影 响 ,对 于 建筑 节能 亦有 很大 作用 。 主 要从 以下 两方 面考 虑 :a.热 环境 的合 理分 区 :由 于人 们对 不同 房间 的使 用要 求及 在其 中的 活动 状况 各不 相同 ,因 而 ,人 们对 不同 房间 室内 热环 境的 需求 也各 异。在 设计 中 ,可 根据 不同 热环 境的 需求 而合 理分 区 ,即 将热 环境 质量 要求 相近 的房 间相 对集 中布 置 ,这 样做 ,既 有利 于对 不同 区域 分别 控制 ,又 可将 对热 环境 质量 要求 较高 (或 较低 )的 房间 集 中 设 置 于 平 面 中 温 度 相 对 较 高 (或 较 低 )的 区 域 ,从 而 取 得 最 大 限 度 利 用 日 辐 射 ,保 持室 内 具 有 较 高 温 度 ,同 时 减 少 供 热 能 耗 的 效 果 。 b.温 度 阻 尼 区 的 设 置 :为 了 保 证 主 要 使 用 房间 (或 热环 境质 量要 求较 高的 分区 )的 室内 热环 境 ,可 在该 热环 境区 与温 度很 低的 室外 空间 之间 ,结 合使 用情 况 ,设 置各 式各 样的 温度 阻尼 区 ,这 些阻 尼区 就象 是一 道 “ 热 闸 ” ,不 但可 使房 间 外 墙 的 传 热 损 失 减 少 40% 50%,还 大 大 减 少 了 房 间 的 冷 风 渗 透 ,从 而 减 少 了 建 筑 的渗 透热 损失 。 设 于南 向的 温度 阻尼 区可 当作 附加 日光 间来 使用 ,是 冬季 减少 耗热 的一 个有 效措 施。 2、 建筑 体型 设计 中节 能设 计 从 节能 的角 度讲 ,合 理的 设计 应基 于以 下原 理 ,即 应使 南墙 面吸 收的 辐射 热量 为最 大 ,且 尽 可 能 地 大 于 其 向 外 散 失 的 热 量 ,以 将 这 部 分 热 量 用 于 补 偿 建 筑 的 净 负 荷 。 基 于 这 一 思想 ,在 考虑 建筑 体型 对节 能的 影响 时 ,主 要应 对下 述一 些因 素有 所把 握。（ 1)控 制 体 型 系 数 :体 型 系 数 系 指 建 筑 物 与 室 外 大 气 接 触 的 外 表 面 积 (不 计 地 面 )与 其所 包围 的建 筑体 积之 比。 体型 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 。 有 研究 资料 表明 ,体 型系 数每 增大 0.1,耗 热量 指标 约增 加 2.5%。 一 般宜 控制 在0.3以 下。（ 2)控 制 表 面 面 积 系 数 :从 获 取 更 多 的 日 照 辐 射 ,降 低 能 耗 的 观 点 来 看 ,表 面 面 积 系 数越 小 越 好 。 从 节 能 意 义 上 来 说 ,长 轴 朝 向 东 西 的 长 方 形 体 型 最 好 ,正 方 形 次 之 ,而 长 轴 朝 向南 北方 向的 长方 形体 型的 建筑 节能 效果 最差 。 （ 3)考 虑 日 辐 射 得 热 量 ,选 择 适 当 的 长 宽 比 :对 正 南 朝 向 来 说 ,一 般 是 长 宽 比 愈 大 得 热也 愈多 。 但 须注 意 ,随 着朝 向的 变化 ,其 得热 量会 逐渐 减少 。 当 偏角 达到 67 时 ,各 种长 宽比 体型 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 热越 少。（ 4)最 低 耗 能 体 型 的 选 择 :所 谓 最 低 耗 能 体 型 ,是 指 建 筑 的 各 方 面 尺 寸 与 其 有 效 传 热 系数 相对 应的 最佳 节能 体型 。一 般来 讲 ,当 各面 的平 均有 效传 热系 数不 同时 ,传 热系 数相 对较小 的 面 具 有 相 应 较 大 面 积 的 体 型 是 最 佳 体 型 ;而 当 各 面 的 平 均 传 热 系 数 相 同 时 ,体 型 系 数 最小 的体 型是 最佳 体型 。 3、 建 筑规 划设 计中 节能 设计（ 1)建 筑朝 向与 节能 的关 系 :建 筑物 的朝 向对 于建 筑节 能有 很大 的影 响 。 例 如 ,同 是长 方形 建 筑 物 ,当 其 为 南 北 向 时 ,耗 热 较 少 。 而 且 ,在 面 积 相 同 的 情 况 下 ,主 朝 向 的 面 积 越 大 ,这 种倾 向越 明显 。（ 2)建 筑 间 距 与 节 能 的 关 系 :从 节 能 角 度 考 虑 ,要 求 建 筑 物 南 墙 面 的 太 阳 辐 射 面 积 在 整个 采暖 季中 不要 因被 其他 建筑 遮挡 (即 处于 其他 建筑 的阴 影区 内 )而 减少 。为 此 ,就 需要 研究建 筑物 各瞬 时的 阴影 长度 。瞬 时阴 影长 度是 随时 间而 变的 ,它 主要 取决 于建 筑间 距。（ 3)建 筑 密 度 与 节 能 的 关 系 :在 城 市 用 地 十 分 紧 张 的 形 势 下 ,严 格 按 节 能 要 求 决 定 较 大 建筑 间距 从而 建造 低密 的城 市建 筑群 是很 不现 实的 。 为 此必 须研 究建 筑节 能与 合理 的提 高建 筑密 度问 题 。 从 保证 节能 效益 的前 提来 提高 建筑 密度 。 其 最直 接 、 最 有效 的方 法 ,莫 过于 适当缩 短南 墙面 的日 照时 间。 除缩 短南 墙日 照时 间外 ,在 建筑 的单 体设 计中 ,还 可以 采用 退层 处理 、降 低层 高等 方法 ,也 可有 效缩 小建 筑间 距 ,对 于提 高建 筑密 度 ,具 有重 要意 义。4、 建筑 设计 中窗 的节 能设 计 （ 1)窗 墙 比 、 玻 璃层 数及 朝向 对节 能的 影响 :有 资料 表明 :南 向窗 户的 窗墙 比增 加时 ,单层 窗节 能率 下降 ,而 双层 钢窗 却上 升 ,这 说明 南向 双层 窗的 辐射 得热 量大 于窗 的热 耗而 使南向 窗成 为得 热构 件 。 东 向和 北向 的单 层窗 节能 率随 窗墙 比增 加而 下降 ,而 双层 窗也 随窗 墙比的 增加 而略 有增 加。 同时 还应 注意 ,窗 户成 为得 热或 耗热 构件 ,还 与建 筑所 在地 区气 可使 室内 的日 辐射 得热 量大 于窗 的热 耗损 失量 而成 为得 热构 件。 （ 2)附 加 物 对 窗 节 能 效 果 的 影 响 :保 温 窗 帘 和 保 温 板 对 减 少 夜 间 窗 的 热 耗 起 着 重 要 的 作用 。 住 宅的 阳台 在冬 季对 窗接 受太 阳辐 射有 一定 的遮 挡 ,遮 挡的 程度 取决 于阳 台的 挑出 长度和 朝向 。 南 向阳 台挑 出长 度大 于 0.5m 之 后 ,节 能率 是下 降的 ,而 东向 阳台 的挑 出长 度则 对节 能率 影响 不大 。（ 3)不 同 气 候 区 窗 的 设 计 :进 行 窗 的 设 计 ,应 根 据 地 区 的 不 同 ,选 择 层 数 不 同 的 窗 户 构件 ,使 其在 本地 区尽 可能 成为 得热 构件 。在 窗墙 比的 选择 上 ,应 区别 不同 的朝 向。 对南 向窗户 ,在 选择 合适 层数 及采 取有 效措 施减 少热 耗的 前提 下可 适当 增加 窗户 面积 ,充 分利 用太 阳辐 射 热 ;而 对 其 他 朝 向 的 窗 户 ,应 在 满 足 居 室 采 光 环 境 质 量 要 求 的 条 件 下 适 当 减 少 开 窗 面 积以 降低 热耗 。 （ 4)改 进 窗 户 热 工 性 能 的 措 施 :有 以 下 几 方 面 ,a.加 强 窗 户 的 气 密 性 :除 了 采 用 气 密 条 ,提 高外 窗气 密水 平外 ,还 应提 高窗 用型 材的 规格 尺寸 、 准 确度 、 尺 寸稳 定性 和组 装的 精确 度以 增加 开启 缝隙 部位 的搭 接量 ,减 少开 启缝 的宽 度达 到减 少空 气渗 透的 目的 。 b.改 善镶 嵌部分 的 保 温 能 力 :其 主 要 方 法 是 设 法 增 加 其 空 间 层 数 和 提 高 镶 嵌 材 料 对 红 外 线 的 反 射 能 力 以 改善 其保 温性 能 。 c.加 强窗 框部 分的 保温 措施 :其 主要 方法 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 热阻 ,或 利用 空腹 钢窗 内的 空气 间层 达到 增加 窗框 热阻 的目 的。 同时 ,选 用导 热系 数较 小的 塑料 窗框 以减 少通 过窗 框部 分的 热耗 。5、 结束 语当 然 ， 建 筑节 能是 一个 复杂 的系 统工 程 ， 涉 及方 方面 面的 问题 。 上 文所 提及 的四 方面 问题 只是 其中 的一 部分 ， 不 被重 视甚 至被 忽视 ， 这 会造 成许 多的 设计 漏洞 ， 使 建筑 物能 耗增 加 。所 以 ， 笔 者专 门把 它们 选出 来进 行探 讨 ， 正 是为 了抛 砖引 玉 ， 希 望同 行们 能多 加指 正 ， 集 思广 益 ， 共 同探 讨建 筑节 能设 计的 新方 法 ， 在 今后 的设 计中 多研 究 、 多 尝试 、 多 积累 、 多 总 结 ，在 有限 的条 件下 将建 筑功 能与 艺 术 和 技术 更好 地结 合 ， 使 建筑 设计 的各 个方 面都 能体