论居民住宅节能设计

摘要：本文首先提出了住宅小区如何规划，接着主要对居民住宅节能设计进行了详细分析，分别对居民住宅围护结构节能（外墙节能、屋面节能、外窗节能）、自然通风设计、绿化设计进行了阐述，最后又对节能住宅的检测和验收进行了简述。

关键词：居民；住宅；节能

一、住宅小区规划

现代城市中建筑节能设计要从建筑规划设计阶段开始，此阶段的节能作用在建筑节能设计中是非常巨大的。住宅小区规划要实现节能效果，必须根据当地的维度和气候特点、周围环境、经济发展水平以及政府要求，并结合生态学、环境学和建筑学等多种相关学科，整体进行协调。例如，在规划阶段，如能很好的利用主导风向，组织好建筑物室内外春秋季和夏季凉爽时间的自然通风，可使室内热舒适程度得到改善，开空调时间明显降低，实际使用能耗明显节省了不少，太阳辐射的热对建筑能耗的影响较大。对于小区土地利用率和建筑形体组合要进行合理规划，从而使得住宅的自然通风度和日照间距得以增加，把低热资源空间和利用方式安排好，把太阳能供能形式和空间位置规划好，合理搭配绿化品种，营造良好宜居的生态建筑微环境。

二、居民住宅节能设计

（一）居民住宅围护结构节能技术

该技术能够加强可再生能源在建筑上的应用与推广，研究太阳能、浅层地热、可再生新能源在建筑上的应用技术，提高可再生能源替代率。该项技术指通过改善建筑物围护结构的热工性能，达到夏季隔绝室外热量进入室内，冬季防止室内热量泄出室外，使室内温度尽可能接近舒适温度，以减少通过采暖、制冷设备来达到合理舒适室温的能源负荷，最终达到节能的目的。

（1）外墙节能

居民住宅的护面积较大，护结构的传热能耗一半都由外墙的传热能耗消耗掉，外墙节能设计在住宅节能设计中占重要位置。住宅结构的主体就是外墙，建筑的能耗量直接受其所用材料的保温隔热性能的影响。我国传统采用的实心黏土砖等单一材料砌筑的外墙的节能主要是通过增加墙体厚度来实现的，这种方法在增加了建筑物自重的同时，其保温效果也不是很好，对于现代建筑节能的要求根本无法满足。随着我国建筑节能的不断开展，实心黏土砖已经不再实用的，目前普遍用的土砌块等复合墙体。外墙保温技术主要包括两种：一是外保温。这种方式隔热性能好，在墙体外侧设置保温层，这样能够对热桥进行有效避免，这种方式也不占用室内面积，有效阻挡湿气渗透，阻止外部环境对墙体的侵蚀，这样不仅使保温的整体性得到保证，而且还使结构墙体的寿命明显延长。二是内保温。与外保温相比，内保温对建筑材料的要求较低，造价相对较低，内保温的设置增加了外墙面的饰面做法自由度，并且也有利于防火。内保温墙体蓄热能力强，室内热环境的能耗能够得到有效组织，从而室内冬季供暖，温度上升快，但是如果不供暖温度下降的也快，夏季也是如此。内保温虽然占有室内面积，但是其施工更加安全可靠。

（2）屋面节能

屋面的保温隔热性能的提高也是降低建筑能耗的一种方法。屋面的节能措施包括：选用密度小，导热系数低，吸水率的保温材料；可采用屋面绿化，从而能够降低太阳辐射热，又可以增加城市绿地面积。研究表明，建筑屋顶绿化可明显降低建筑物周围环境温度0.5℃～4.0℃，而建筑物周围环境的温度每降低1℃，建筑物内部空调的容量可降低6%，其节能效果显著。例如，河北省邯郸市的某小区在满足围护结构外墙外保温建筑节能标准达到65%指标基础上，还采用了地源热泵中央空调系统、太阳能一体化设计、断桥铝高级中空玻璃门窗、中水回用系统、楼梯间光电照明系统等节能技术。门窗、墙体及屋顶这三部分围护结构的节能技术就成为各国建筑界关注的重点。其主要发展方向是，开发高效、经济的保温、隔热材料和切实可行的构造技术，以提高围护结构的保温、隔热性能和密闭性能，减少围护结构的能量损失。

（3）外窗节能

窗户节能主要受外窗材料的传热系数、加强外窗的密闭性、开启方式、遮阳效果影响。在冬季，住宅通过外窗采光和吸收太阳辐射热量，夏季再利用窗户通风的同时要求减少太阳辐射进入室内热量，造成空调制冷负荷增加，而消耗能源，夏季遮阳和避免冬季遮挡成为外窗设计需处理的一个矛盾，另外外窗太阳辐射透过率和外窗围护结构材料的保温性能也要合理选择外窗材料。

1）外窗材料

外窗由窗框、其他支撑构件和玻璃等透明材料构成，一般来讲窗框和玻璃共同构成外窗的保温性。窗框不仅要求其保证保温性能还要有足够的强度抵抗风荷载等外界压力，目前窗框型材使用较多的有木窗、铝合金窗、PVC塑料窗和玻璃钢窗等。这几种型材中新型材料玻璃钢传热系数最小的，1.4-1.8W/m2K，而且是轻质高强材料，防火防侵蚀隔声等效果良好;铝合金强度高，但传热性最差;木窗强度高传热性能好，但是浪费木材，目前我国已经很少使用，高层住宅不适合采用；PVC窗隔热性能好，能够和木材一样传热系数降到2.0左右，但强度不及铝合金的三分之一。玻璃材料目前经常使用的有中空玻璃，玻璃中间有一层空气层增加热阻，提高保温性能，高层住宅节能设计中已经广泛推广；镀膜玻璃是一种特殊玻璃，在玻璃的表面镀金属或金属氧化物来提高光热效果，有低辐射和热反射两种，其中低辐射镀膜玻璃透光率高，热阻性能好，冬季能够保留室内太阳辐射热并有保温效果，国外这种玻璃材料应用比较多，配合夏季的遮阳措施，也适合高层住宅的外窗的推广使用;热反射玻璃由于利用镀膜反射太阳能热，因此在高层住宅中，适合在东西向的辅助房间利用;彩色玻璃节能效果优于透明玻璃但是没有热反射玻璃，吸收太阳能但是容易增加传导热，绿色使用较多，节能效果不是很好，但价格低廉；镀膜中空玻璃能够综合中空玻璃和镀膜玻璃的优点，节能效果较好；另外还有正在发展的自反馈控制玻璃，目前高层住宅还没有应用，但是玻璃材料节能发展的趋势。

2）外窗气密性

外窗维护结构中存在很多装配缝隙，导致外窗气密性差，比如窗框和墙间、窗框和窗扇，还有窗扇和玻璃之间，通过这些装配缝隙渗透消耗的室内外空气导致住宅热或者冷能耗增加。这就需要减小装配缝隙来进行外窗节能，可以一方面通过外窗构件的模数化，精确化等方法减少空气渗透；另外通过密闭材料提高外窗气密性，密闭材料中聚氯乙烯密封胶条、橡塑共混等不耐老化，三元乙丙橡胶寿命较长，作为密闭材料较好；最后提高密闭方法，目前国外采用较多的是三级密闭，国内两级密闭空气渗透量远高于国外，三级密闭方法应该在北京地区高层住宅中广泛推广，以提高外窗节能性，减少能耗损失。

3）外窗开启方式

窗的开启方式有，推拉、平开、平开上悬等。推拉窗是在一个平面上沿轨道左右或者上下推拉，节省室内面积，但是推拉窗雨天不宜打开，造成室内通风效果差，另外推拉窗的最大开启面积只有一半，通风面积变小；而且推拉轨道间容易形成缝隙，造成空气渗透，而引起热量损耗。平开窗有内外开这两种方式，密闭性能均优于推拉窗，内开平开窗虽然利于清洁，但是占用室内面积，且防水性能差，安全性低；外开平开窗防水性能优于内开，不占用室内面积，但外开平开窗容易遮挡与墙面成角度的风，对通风效果造成一定的损失。平开上悬窗，在平开窗的基础上发展而来，属于平开窗的一种，可以向外平开也可以从上部向外推开，密封性能好，利于清洁，还能够在家中无人的时候开窗，而且雨天也可以进行通风，在德国应用的比较广泛，价格相对其他方式较高。目前高层住宅外窗开启方式使用最多的是推拉窗，其次才是平开窗。平开窗在抗压性水密性和气密性上都优于推拉窗，保温性能也比推拉窗要好，虽然每平方米价位比推拉窗高50元左右，但节能效果远远好于推拉窗，而平开上悬窗这种比较理想的开窗方式，夏季遮雨又通风，安全性又高，推荐在高层住宅节能设计中进行广泛推广。

4）遮阳设计

高层住宅的遮阳策略有利用玻璃材料进行反射或选择性吸收进行遮阳，这种方式不利住宅室内冬季太阳辐射热量的吸收。另外一种方式就是活动式的遮阳，有内置和外设两种方式。

（二）自然通风设计

自然通风是设计中必须要注意的一个重要问题，好的设计会使得建筑更加节能和舒适，良好的自然通风，不仅会使得室内的热舒适度得到改善，而且还会使空调运行的时间减少，对于建筑物的实际使用能耗很有帮助。在建筑设计中平面要充分利用春、吓、秋时的自然通风，而应该避开冬季主导风向，通过被动方式，利用室外气流带走室内产生的余热，从而使得室内的热舒适性得到保证，并且还能够使得空调开启时间缩短，最终实现节能的目的。

（三）绿化设计

合理的绿化设计可以有效改善北京地区住宅小区外部风环境、提高住宅通风效果，改善小区空气温湿度，并且能够夏季减少太阳对地面和建筑的直接辐射。绿地规划应因地制宜，充分利用地形特征，挖土城池，堆土成山，形成平衡，以减少土地资源的浪费，且一般绿地坡度在百分之零点五至百分之五之间，设计可进入式草坪，植物形态和布置结合场地及建筑布局。根据植物与气流的关系见图1，夏季可以利用植被阻挡气流，引导气流流动力方向，提高住宅通风效果；冬季可以利用常绿植物种植在冬季主导上风向位置，来阻挡冬季凛冽的北风。

图1 植物与气流

植被的选择上，通过大量的实地研究，在营造乔木、灌木、草坪结合群落的前提下，初步的建议指标为1:6:20:29，在29平方米的面积上，种1棵树，6株灌木，20平方米的草地或其他地被植物。三种植被生态作用不同，是大自然状态的完美组合，组合起来的植被结构收益是单一的植被绿化4~5倍。自然状态生态环境就是很多种植被组合。只有将环境尽量自然化，趋利避害，使居民融入到自然中的感受，提升住宅小区的舒适度，这才是最佳节能的绿化设计。如麓岛兰湾在绿化设计时，考虑对现存的海面、海岸、坡地、山林等景观进行序列化安排，并在其间穿插设计立体绿化和精致景观小品，保留视野的通透感，主景观轴中间是步行通道，通道的两侧是错落的立体绿化带，高大的灌木、别致的亭台水榭和悠然舒缓的理石台阶。

墙体绿化可以对建筑构筑物起遮挡和隔离作用，夏季遮阳，冬季使建筑物吸收太阳能辐射能量。在高层住宅设计中，南向房间功能基本为卧室和客厅，开窗形式一般设计落地阳台或大开窗，北向开窗也较多，大片墙体基本不存在，但西向和东向墙面，一般开窗较少，墙体面积较大，可以通过攀爬支架、植物模块或者通过绿化结合墙体护结构来利用植物遮挡西晒和减少墙体能量损耗，并且可以利用绿化的设计美化墙体。

三、节能住宅的检测和验收

检测和验收是每个建筑工程必不可少的重要环节，节能住宅的检测和验收主要就是检测节能效果以及验收施工质量。首先要认真检测住宅节能体系，对其可靠的保证率的确定根据其离散程度来进行。同时要对各施工工序的专项检查和监理工作进行加强，对节能效果和施工质量的验收方法要进行规范和完善。住宅节能效果的检测要通过检测建筑物结构的热工性能和房间气密性检测来进行；对施工质量的检测要通过检测住宅的耐久性、抗渗透性、抗风性和抗冻融等来进行。从而使得一系列完善、科学的检测和验收方法形成，并且为住宅节能效果和推动节能技术以及节能住宅的发展提供了良好的保证。

四、结语

居民住宅节能设计是一个复杂的系统工程，它与经济发展有着直接联系。居民住宅节能设计主要从居民住宅围护结构节能（外墙节能、屋面节能、外窗节能）、自然通风设计、绿化设计这几个方面进行，有效克服能源危机，实现资源和经济社会的可持续发展。

参考文献：

[1] 杜玉明,赵丹民. 浅析节能住宅存在的问题与思考[J].商场现代化, 2010,(07) .

[2] 李陌. 高层住宅内部公共空间设计研究[D].西安建筑科技大学, 2007 .

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。