浅析我国住宅节能设计

【摘 要】近年来，随着国际油价上涨，环境温室效应严重，“创建资源节约型社会”已经成为我国一项重要国策。在目前已建成的建筑中，城乡住宅中绝大部分均为高能耗建筑。住宅节能和能耗控制是十分紧迫和必要的。开展住宅节能研究，并调和人们日益增长的舒适度需求，将是建筑业目前所需要解决的重要问题之一。为此，从源头抓起，由设计入手，多层次、多方面协调建设、节能和舒适的关系，发展建筑节能行业刻不容缓。

【关键词】住宅节能；舒适；设计

1 引言

在改革开放国策实行以后，我国建筑业发展空前扩发。截止到2002年底，全国城乡房屋建筑面积总计达到388亿平方米，城市房屋建筑面积为131.8亿平方米。权威机构预测，到2020年底，我国房屋建筑总面积将达到686亿平方米，其中城市为261亿平方米。然而，到目前为止，400多亿平方米新建建筑中99%为高能耗。

高能耗建筑的建造，并没有带来同等的舒适度体验。高能耗建筑往往造成能量的浪费。大开窗和高能耗空调制冷供暖，造成严重城市光污染。城市建筑中的空调和供暖系统将带来自然空气流通障碍。所以，从设计层面出发，做到节能与舒适度的协调，将是建筑行业所需要着重研究的课题之一。

2 建筑节能设计存在的问题

我国建筑节能自20世纪90年代提出以来，一直得不到有效落实。主要问题列举如下：

2.1 许多建筑设计单位由于部门之间交流沟通不到，单纯考虑建筑美观和实用性，追求资产快速变成产值，忽视新建建筑的节能和舒适设计。

2.2 行政主管部门对相关设计监管没有有效落实，缺乏行政手段。

2.3 目前我国国有厂矿性企业是建筑节能诸多漏洞之一。在福利性供热的背景下，以厂代劳，能源欠自然经济化，资源浪费问题不能够被重视。

3 国内外住宅节能案例分析

建筑层面的节能低碳设计主要采用太阳能、风能、地热利用装置、能量循环利用装置等。欧美等国家对现代化建筑的基本理念是实现低能耗和高舒适度的完美结合，并尽量减少能源和资源的浪费。

BedZED

BedZED（图1）是“贝丁顿零能源发展社区”的字母缩写。该生态村采用“零能源”理念。建筑主体均采用可回收材料，节约能源。通过加强房屋墙面厚度（设计厚度70cm），设置空心墙壁并添加隔热内层来保温。社区为每一栋建筑配备太阳能电板，通过支持涡轮机收集雨水为花园实现灌溉。屋顶上的花园设置，充当天然隔热层，达到美化和净化空气的目的。而且，由太阳能支持的自然通风“烟道”，帮助改善建筑内部的室内条件，减少了空调的使用时间。

锋尚国际公寓

位于北京的锋尚国际公寓是中国首例应用欧洲高舒适度低能耗环保优化设计理论，设计建成的公寓式住宅建筑，是我国首例 “告别空调暖气时代”的住宅小区。

该工程施工中开发应用了天棚低温辐射采暖制冷系统、干挂饰面砖幕墙聚苯复合外墙外保温系统、健康新风系统、低辐射保温密闭外窗系统、垃圾处理系统、防噪音系统、水处理系统、屋面及地下系统等环保装饰施工成套技术。其中天棚低温辐射采暖制冷系统施工技术为核心技术。

天棚低温辐射采暖制冷系统主要通过预埋在天棚中的均布水管进行低温辐射采暖制冷,管路采用PB管敷设,敷设前预先加压,并保持3Mpa,带压浇砼。依靠低温热水为热媒，以夏季节送水为20℃，回水温度为22℃，冷却的天棚可以吸收室内大量多余热量，通过系统的循环水带走。冬季送水28℃，回水温度为26℃，2℃温差，以辐射方式工作，该系统依靠设在地下的中央机组（YORK冷水机组）控制，自动调节室内温度。

对比来看，我国节能工作于发达国家相比起步较晚，能量浪费十分严重。据统计，我国建筑采暖耗热量：外墙大体上位气候条件接近发到国家4-5倍，屋顶2.5-5.5倍，外窗为1.5-2.2倍；门窗透气性为3-6倍，总耗能为3-4倍。我国建筑节能设计任重而道远。

4 住宅节能优化设计及策略

4.1 规划设计

在规划前期，要考虑选址、建筑布局、建筑体型、间距、朝向、季风风向、睡眠和绿化配置等因素对建筑节的影响，改善建筑热环境。在设计阶段，综合考虑气候因素，尽量布置在向阳和避风的地方，应充分利用太阳能和通风条件。避免人口密度与建筑密度较高的功能区连片布置，控制区域密度。《民用建筑通则》规定，“住宅应每户至少有居室，…能够获得冬至日满窗日照不少于1h。”相关建筑设计中应注意做好规划设计工作，控制相关参数，保证建筑物采光通风。

4.2 体型和朝向设计

4.2.1 体型系数 体型系数即建筑物同室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值。建筑物的立面结构越复杂，其体型系数越大，散热面积也就越大，其能量消耗也就随之增加了。《民用建筑节能设计标准》JGJ26：“建筑物体型系数宜控制在0.30以下”。照此分析，设计师可以采用一下几个方案降低体型系数：适当增多建筑单元联列，缩小外墙面积；增加建筑物层数；当单元平面面积相同时，提高建筑物进深；选择合适的平面形状（圆形和多边结构比较有利）；建筑物平面空间组合集中紧凑，减少凹凸变化；增大建筑物体量等。

4.2.2 建筑朝向 建筑物朝向宜为南北设置，这样可以有效利用风能并减少太阳直射。寒冷地区，在冬季建筑物南向所获得的太阳辐射和辐射总量比其他方位大很多；南偏东西角度越大，接受的太阳辐射越小。因此，增加建筑物南向朝向获热面积对节能是有益的。此外，需要注意处理建筑朝向与季风风向关系。在南方炎热地区，建筑物朝向宜于夏季主导风向入射角度保持在30-60度范围内

4.3 及围护结构设计

建筑及围护结构主要有墙体、屋顶和门窗几部分构成。“冷桥”效应和门窗等部件的散热量占总散热量的1/3以上。显然，处理好与围护结构节能问题，是解决建筑节能设计的关键。

4.3.1 围护结构 由围护结构传热方程，单位时间内通过建筑围护结构的热量及稳态传热方程为：

其中，

Q――单位时间通过建筑围护结构的热量；

A――围护结构外表面积；

、 ――围护结构内外表面空气温度；

K――传热系数；

、 ――围护结构内外表面热转移系数；

d――围护结构厚度；

――围护结构导热系数；

按照上式分析，减少围护结构热能耗的方法可以为：增加围护结构厚度；减少围护结构表面热转移系数；减少围护结构导热系数；减少围护结构的外表面积；减少围护结构内、外表面位差和增加建筑气密性。

从设计层面来看，主要就是减少“冷桥”效应散热结果，对“冷桥”结构进行表面护理，防止钢筋混凝土外置结构热量散失。同时，根据建筑设计要求，设置内层、中层或者外层保温层。

4.3.2 门窗 建筑外门和窗式冬季冷风入侵和夏季阳光入射的主要通道，也是传热和热能耗的主要地点。设计应控制建筑物门窗的开窗率。在开窗时，减少使用门窗缝隙过大的设计，同时使用夹层或者中空玻璃，提高建筑物保温性能。目前，国内节能型门窗主要以断桥型铝合金隔热门窗和多腔室PVC塑钢门窗为主。而其中采用双层玻璃、镀膜玻璃、三层玻璃，而以高水密性、气密性的中空玻璃为最佳。

4.3.3 屋顶 隔热屋顶是在屋顶构造中设置隔热层以阻挡屋面的太阳辐射热向室内传导，迫使屋面温度升高以增大屋面与环境和空气的温差。屋面设计中，可以使用“倒屋顶”设计，即采用倒铺法，保温材料 设在防水层以上。国外较多在屋面内部设置贴铝箔的封闭空气层，采用多孔材料做屋面面层。比较可行的是做架空保温屋顶，通过外层遮阳板同屋面形成空气层，来利用空气流动带走热量。此外，种植绿色植物，建造蓄水屋顶也是比较好的节能设计方法。

4.4 设计评估

目前国内专业节能评估设计软件仍然不成熟。工程实践表明，在节能设计中适当采用国外节能评估软件的办法是比较可取的。美国当前建筑节能评估软件有70多种。这些评估软件的开发和运用不仅可定量或定性地对建筑能耗进行评估，还可以促进建筑节能法规的实施。1990年起开始实施的节能认证“能源之星”软件，可以节省约50%左右建筑能耗。此外，德国和日本的供热及建筑物评估软件也可用以评估我国建筑节能设计。

参考文献

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[2]徐伟,黄维,邹瑜.供热系统按户计量技术开发及设备研制［J］,房材与应用, 2000,(4).

[3]叶青,卜增文.本土、低耗、精细――中国绿色建筑的设计策略. 建筑学报, 2005（11）：