夏热冬冷地区建筑节能设计研究

摘要：夏热冬冷地区的建筑节能过去一直是被忽视的问题，本文针对夏热冬冷地区气候特征与居住热环境状况，探讨夏热冬冷地区建筑节能研究的现状与夏热冬冷地区居住建筑节能整体设计问题。

关键词：夏热冬冷地区；建筑节能；现状；整体设计

中图分类号： TE08文献标识码： A

1夏热冬冷地区气候特征与居住热环境状况

夏热冬冷地区即指黄淮地区及长江流域,每年炎热季节有3~4个月,寒冷天气有2一3个月,最热月室内平均气温达32~33℃,最冷月室内平均气温只有4~6℃。最热天气温可达41℃,最冷天气温可至一18℃,而且湿度高达70%一80%,形成夏天闷热,冬季湿冷的气候特点。该地区的建筑节能过去一直是被忽视的问题,夏季主要是采用自然通风作为降温的主要手段,基本上不采暖。现行规范规定该地区城镇住宅不设集中采暖,冬夏的建筑小气候主要靠家用空调来调节,建筑没有保温隔热措施,热工性能差,空调致使用电负荷增加,能源效率低。

该地区建筑节能设计时应区别于寒冷地区和湿热地区,例如对于寒冷地区考虑保温和围护结构内部结露,一般墙体的保温形式采用外保温,但对于长江中下游地区用内保温则比外保温更经济合理,因为该地区冬季最冷月的平均气温和室内外温差都比寒冷地区低,热桥作用和水蒸汽凝结的可能性不大,冬夏季主要是空调调节室内温度厂空调耗热量相当大,如何节约这部分能耗是当前建筑节能的重要内容。空调使用一般是有人时开,无人时关,属于间歇使用,若采用外保温方法,冬(夏)季空调打开后围护结构都要吸收大量的热(冷)才能使室温达到需要的温度,为取得空调的效果就要提前开机。若采用蓄热系数小的轻质保温材料放在围护结构内侧,即可节约围护结构吸收的能耗,且调温快捷方便。长江中下游地区采用内保温既即有利于调节室内的湿度,又可避免硬的地面或墙面常出现凝结水。

2夏热冬冷地区建筑节能研究的现状

我国从20世纪80年代中期开始重视建筑节能工作,1996年颁布的《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)))要求节能率达到50%。夏热冬冷地区建筑节能的研究与以前采暖地区建筑节能的研究是不可分割的,采暖地区建筑节能研究为夏热冬冷地区建筑节能研究创造了有利条件。20世纪90年代中后期正式提出夏热冬冷地区的建筑节能问题,2001年颁布《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准JGJ134一2001》。与夏热冬冷地区建筑节能有关研究主要是从整体上对夏热冬冷地区建筑节能的各主要问题以及对夏热冬冷地区建筑节能的某一个分项内容进行研究的。

3夏热冬冷地区居住建筑节能整体设计

由于城市区域里高密度集聚的人口,消耗大量矿物燃料的经济活动,以及人工构筑下的地面,出现了在大的气候背景条件下城市区域的特殊气候,热环境诸因素产生显著变化。主要表现为大气透明度差,削弱了太阳辐射;气温较高,形成“热岛”;风速减小,风向随地而异,蒸发减弱:湿度变小;雾多、雨多,能见度差。居住建筑节能整体设计是建筑节能设计的一个方面。建筑节能整体设计从建设选址、分区、建筑和道路布局走向、建筑方位朝向、建筑体型、建筑间距、冬季季风主导方向、太阳辐射,建筑外部空间环境构成等方面进行深入研究,分析太阳辐射、大气环流和地理因素等的有利、不利影响,对上述因素进行充分利用、改造,形成良好的居住条件和有利于节能的微气候环境。

3.1选址

在有些建筑用地条件下,可能形成特殊的局地气候。坡地对建筑节能的影响,主要是太阳辐射得热和通风两个方面,影响效果因坡向(由低到高的方向)和坡度大小(坡度越大,影响越明显)而不同。基地的坡向为南向或接近南向,将有利于基地内建筑的冬季太阳辐射得热,也便于提高建筑用地的容积率。如果坡向与夏季主导季风方向一致(在600范围之内),将有利于基地内建筑在夏季的自然通风散热。如果建筑用地的坡向为北向或接近北向,为减少建筑物之间对南向日照的遮挡,基地内建筑宜以点式为主。

坡地选址可分为在山顶、山腰、山脚三种情况。理想的建筑选址是向阳的山腰位置。在山顶(一般很少有在山顶选址的居住区实例)的建筑在冬季受风的影响较大,但有利于夏季的通风散热,而且视野开阔、日照充足。所以夏热冬冷地区坡地选址优先考虑夏季自然通风和冬季太阳得热。

3.2朝向

从有利于建筑单体通风的角度考虑,建筑的长边最好与夏季盛行风方向垂直;但从有利于建筑群体通风的角度考虑,建筑的长边若与夏季盛行风方向垂直,将严重影响后排建筑的夏季通风。所以规划朝向(大多数条式建筑的主要朝向)与夏季盛行风方向的角度最好控制在300到600之间。

夏热冬冷地区最恶劣的建筑室内热环境是夏季的东、西晒和顶晒(在被动条件下);另外此地区夏季室内过热的主要原因是从窗户进入室内的大量太阳热辐射; 好的规划朝向可以使建筑更多的房间朝向南向,充分利用冬季太阳辐射热,节约采暖能耗;也可以减少建筑东、西向的房间,减弱夏季太阳辐射热的影响,节约制冷能耗。朝向(不采用南向或接近南向)并围合布置。事实上,围合感不是在天空中俯瞰大地,围合感是在地面上感受周围建筑。所以在通过建筑组合形成围合感的同时,宜尽可能不牺牲建筑的朝向。

3.3绿化

建筑节能与建筑所处环境关系密切。绿化可有效地改善居住区的热微环境,水面也具有明显调节热环境的功能。根据实测,夏季草地的平均表面温度比沥青地面低7℃,比混凝土地面低4.4℃。沥青地面和混凝土地面等材料的蓄热系数和导热系数大,受太阳辐射后,地表温度升高,导致环境气温相应增加,不利于居住区的夏季防热。

由于树冠的大小和特征不同,所以无论是在调节热微气候方面,还是在改善室外空气质量方面,都是乔木的效果最好,灌木次之,草地最差。因此居住区绿化在保证绿化率的同时,应尽可能多栽植乔木和灌木。可以充分利用各种条件进行绿化,如在部分人行道、室外停车场和部分路面,采用草地砖。在建筑的东、南、西侧栽植落叶乔木,可以在夏季起到遮阳降温的作用,尤其是东、西侧。冬季落叶后对建筑日照影响也不致过大。屋顶绿化和墙面绿化(主要是指攀缘植物)不但有助于改善居住区室外热微气候,而且对建筑也有极好的保温隔热效果。建筑绿化环境设计又可分为平面环境设计和立体环境设计,平面绿化在建筑中有屋面绿化和地面绿化。

3.4太阳辐射

建筑物所处的室外环境并不是只与室外气温有关,还与太阳辐射、风、雨等有关,其中太阳辐射是主要因素,建筑的外立面由于朝向不同其得到(或失去)的太阳能量也不同。冬季辐射得南立面与北立面相差甚大。这就要求我们在分析建筑物平面形状时充分考虑太阳辐射的影响。我国夏热冬冷地区普遍热湿,隔热的内容包括太阳辐射热和空气热。就空气热而言,空调房间室内外平均温差一般为5℃左右,然而在太阳辐射下,室外综合温度大大高于空气温度,室内外平均温差高达10℃以上。因此隔热的主要内容是太阳辐射,利用太阳辐射的方位特性可以优化建筑体型设计使其有利于隔热。

从建筑冬季日照和夏季防热综合考虑,南向是建筑最佳朝向。对于南北向长方体形建筑,存在一个最佳的长宽比和高宽比,使得建筑外表面所得太阳辐射量很少。这种最佳尺寸与夏季日照有关,鉴于我国大部分地区7月最热,因此以7月大暑日确定建筑的最佳尺寸较为合理。对于防太阳总辐射,建筑的最佳尺寸较小。对于防太阳直接辐射,建筑的最佳尺寸较大。在指导建筑设计时,建议以相对总辐射量

参考文献：

[1]王炎,夏热冬冷地区住宅节能优化设计,博士论文

[2]郑文晖,建筑节能气候设计方法研究,硕士论文

[3]高连玉,我国东北地区住宅围护结构保温技术现状及前景,施工技术2000