建筑节能与生态建筑设计

摘要：随着经济的发展，人们住宅需求与环境的承受能力出现的矛盾，建筑节能与生态建筑应运而生，成为当今的建筑行业研究的热点。本文以我国南方气候为出发点，阐述了建筑节能面临的问题及其原因，介绍了南方居住建筑节能技术背景及生态性技术，并提出建筑节能与生态建筑的几点设计思路，为建筑设计提供参考。

关键词：南方；建筑节能；生态建筑；技术；设计

Abstract: with the development of economy, the contradictions of people housing demand and environment capacity appears, building energy conservation and ecological construction emerge as the times require, become the research focus of today's construction industry. In China, the climate in the South as a starting point, expounds the problems and reasons of building energy saving, introduces the South residential building energy-saving technology background and ecological technology, and puts forward some design ideas of building energy conservation and ecological construction, provides the reference for the architectural design.

Keywords: South; building energy conservation; ecological construction; technology; design

中图分类号：TU201.5 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

随着改革开放、经济发展，我国南方地区夏季酷热的条件已由空调的发明而得以解决，一改过去室内降温靠通风，热环境质量差的状况。空调开始进人千家万户，人民生活水平不断提高，尽管这些对居住环境质量有极大的改善，但与北方采暖相比，付出更大的经济和能源代价即是南方空调降温，空调还会增加更多的环境污染。遮蔽和舒适是人类对居住建筑的一贯要求，对高标准舒适的追求是无止境的。由于不断提高的舒适度本身就是建筑发展的目的，简单地从节省能源的初衷出发，企望人们放弃这种“奢华”是不可能的。因此，适度定位舒适需要，把为大量的人获取舒适气候，以低的环境成本,并以高的效率塑造一个舒适的人工环境，作为现代建筑的目标。因此，建筑节能与生态建筑设计成为建筑行业的重要研究问题。

一、我国南方建筑节能现状及原因分析

（一）南方建筑节能面临着两大问题

旧房节能改造难度大和建筑能耗惊人且热环境较差是我国南方建筑现状面临的两大问题。目前中国的城市，尤其是传统城市，旧房总是占现有建筑的绝大多数，旧房节能改造直接影响到建筑节能效果。在欧美一些发达国家政府对旧房节能改造工作非常重视，投入大量的人力物力，收到良好的建筑节能效果。我国杭州、成都等城市也在旧房节能改造方面做了部分工作，初见成效，但与发达国家相比差距还很大，而且我国多数城市对这项工作尚未启动，任务十分艰巨。在我国南方地区，几乎每个家庭是户户有空调，使用空调带来的能耗已占全市用电量的1/3，这造成住宅区供配电系统容量和投资显著增大，夏季高温天气各户空调的运行将对供配电系统的正常工作造成严重冲击。例如，杭州某小区供配电系统年年增容改线，但未赶上空调器的增长速度，甚至出现1小时跳闸断电数次，人户电压不足180V，大量电能损耗在线路上，危及电路安全。阳光强烈是南方地区气候的特点，为了保证景观效果，建筑开窗面积越来越大，窗扇的可开启面相对较小，未能充分考虑遮阳设计，结果由于通风效果较差以及进人室内的太阳能量越来越多，使室内的温度提高，增加空调费用。

南方建筑节能现状的原因分析

造成夏季热环境恶劣及能耗巨大的因素主要有经济因素、建筑节能政策法规、使用建筑材料以及建筑设计。从经济角度分析，在过去，受建筑科技的制约，人们对居住条件没有过高的奢求，住宅节能效果较。而在今天，这些建筑的节能改造已成为以经济为后盾的节能工作的重要内容。从建筑节能政策法规来看，在南方地区，建筑节能政策法规尚不到位，有些地方政府对建筑节能工作的重要性和紧迫性认识还不够，缺乏相应的经济鼓励政策，缺乏配套完善的建筑节能法律法规，建筑节能与墙材革新工作分离，管理机构不够健全，管理体制不顺畅等因素制约着该地区建筑节能工作的开展。从使用建筑材料分析，以前建筑不注重材料的选择，使用传统建筑材料居多，例如墙体中大量采用的实心粘土砖，不仅热工性能差，而且生产能耗高、自重大。又如选用单层平板玻璃，其保温隔热性能相当差；采用的传统的铝合金窗气密性、水密性均较差等等。从建筑设计角度分析，建筑规划设计中缺乏节能意识。由于受到诸如用地条件、商业利益等因素的影响，设计者往往忽略了建筑节能的设计，部分建筑呈东西向，室内热环境差。在建筑构造设计过程中，对如何加强住宅建筑的通风性能、如何防西晒、如何改善室内热环境、如何利用太阳能甚至如何选材等考虑不够，建筑构造未能结合节能需要进行设计。大多数设计单位在设计时只关心建筑功能在考虑室外环境时单从建筑绿化或景观布置方面考虑，不能保证获得良好的室内外热环境，对热环境质量研究不够。

二、目前南方居住建筑节能技术背景及生态性技术

（一）南方地区建筑节能的技术背景

我国南方地区住宅建设，在住宅商品化的推动下，进人了高速发展的新阶段。在建筑师和开发商的努力下，关注环境和居住舒适是总的发展趋势不断向前，出现了不少高素质、高品位的优秀项目。在南方的气候条件下，温度极值高，冬冷夏热，而且持续时间长。在热舒适性方面是居住建筑室内要达到舒适性要求主要困难，而解决热舒适性最好的方法是制冷，但制冷的能耗要比照明和通风的能耗多得多，热工方面改善与生态性目标息息相关。按建筑节能观是可持续发展的建筑观审视南方地区住宅建筑现状，仍有一些不尽人意之处。在建筑设计中，户型大了，房间多了，却放松了平面空间的精心设计、节能意识淡薄；过份地依赖耗能设施，普遍靠使用空调降温来改善室内环境，能源消耗惊人；建筑围护结构热工性能差节能材料、产品质量低，技术落后，设备能效比低，品种类型少；为了追求气派或制造售楼卖点，不合适地扩大室内空间，在尺度上缺乏居住空间应有的亲切感，又增加空调负荷等建筑节能滞后于建设发展的现象，当引起足够事实重视。尽管南方节能技术起步较北方晚，但近年来得到空前的发展，如可再生能源利用集成技术、户外太阳能发电系统、用户热量分配系统、集成多功能铝合金门窗、屋面防水防渗技术、无机保湿砂浆应用技术等等，这些建筑节能技术成熟应用，大大推动了建筑节能的发展，实现生态建筑和建筑节能有机结合。

（二）南方建筑生态性技术状况

居住建筑生态性的适宜技术途径有两种，一种是依据技术运作过程中投入能量的品位不同以及技术设备的复杂程度的差异，分别采用主动式技术和被动式技术这两种不同的方式。主动式技术利用机械等设备系统和人工能源来实施的建筑技术，而被动式技术是利用自然力，如阳光、风力、气温、湿度等，尽量不依靠(复杂的)设备、能源等外力支持的建筑技术。另一种即是以经济含量的多少以及技术难度的高低为标准，分为低技术、中间技术和高技术。低技术是指低成本和低难度的技术，对环境的负面影响，多开发或采用乡土的传统地域技术。而高技术大多采用新型材料和先进技术效率高，效果好且在运转周期内平均成本较低。

建筑节能与生态建筑的主要设计思路

（一）空调降温的节能设计

夏季炎热，南方地区住宅建筑在自然通风条件下，采取了各种降温措施，室内热环境质量已有很大改善。南方地区住宅建筑节能的重点是空调降温措施加以补充空调降温，由于住宅建筑空调降温对室内温度不要求恒定，往往是以以夏季降温为目的，室温允许波动范围为士2.11℃的舒适性空调，既满足人体舒适要求，也满足节能要求。《采暖通风与空气调节设计规范护》对舒适性空调建筑围护结构各部分的传热系数K值的限值作了具体规定，屋顶和外墙最大传热系数分别为1.0W/mュK和l.5W/mュK可作为南方地区住宅建筑围护结构热工设计的最低要求。为了可以在较短时间内达到室温的要求，围护结构内侧和内围护结构，宜采用轻质材料。当采用含有轻质的绝缘材料的复合结构时，采用厚度为100mm左右的砖或混凝土等重质材料空调设备和运行方式的选择是围护结构内侧是很好方式。连续使用室温允许波动范围较小的空调建筑，为了使热惰性指标D值满足要求，其护结构内侧和内围护结构宜采用重质材料。分散式户用空调器应选用能效比良好的产品，但在使用中要防止因安装不当，而使空调器能效比降低。

（二）围护结构良好的热工性能设计

传热系数K值和抵抗温度波和热流波在围护结构中传递能力的热惰性指标D值是评价南方地区住宅建筑围护结构热性能两大指标。是在夏季，护结构严重地受到不稳定波的作用，在规定围护结构屋顶和外墙的K值时，应当考虑当D值很低时室内温度波辐较大这个因素，规定与之相应的D值的限值J如K值满足要求。为了保证围护结构的热稳定性能，当D值不满足要求时则应进行隔热设计要求的验算。在经济比较发达的地区，如使用高效能绝缘材料，进一步降低K值，考虑建筑使用寿命比较长，降低K值所增加的建筑造价和节能投资的收益。围护结构外表面作浅色材料饰面，设置通风问层和带铝箔的封闭空气间层以及蓄水屋面、屋顶植被、墙面垂直绿化。在条件许可应该提倡围护结构采用较高档的节能技术和产品丁提高围护结构的热工性能。这些都是经实际证明行之有效的措施。

（三）植被化和特隆布墙构造设计

特隆布墙体是将表面涂成深色的蓄热墙体于一个南向的玻璃界面后，在此复合墙体的间层内聚集透射进来的阳光，形成小空间温室效应，进而利用对流和辐射加热房间内的空气，是利用太阳能实现对室内升温或降温的双极性控制。在夏季接受日照后，开启蓄热墙底部和外层玻璃顶部的开口，把热量随着空气一并带走，促进室内通风,达到降温的目的。在冬季表层玻璃接受日照后，间层内的空气由于温室效应而温度升高，室内的冷空气通过下部洞口进入空气间层形成对流循环，夜间将洞口关闭，室内热量不致散失。在我国较成熟的植被化技术是种植屋面，每天每平方米草皮可以从屋顶遮住约占80%直射辐射热，可以遮住大部分辐射热和吸收部分热量，30cm~45cm厚的覆土种植屋面和土层间热可延长热量传递时间，这对保持室温的稳定有很大好处，也是生态建筑设计的重要应用之一。

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