民用住宅建筑节能技术应用研究

摘要：本文对气候特征及居住建筑能耗现状进行了全面分析，根据建筑节能技术应用现状，分析了影响建筑节能的因素，总结了降低建筑能耗的措施，并从具体的建筑选址，围护结构的保温隔热、降温隔热构造措施以及太阳能利用等方面提出适合住宅建筑的节能技术，对新建住宅的节能设计和既有居住建筑的节能改造提供了相应的技术支持。

关键词：住宅;节能;隔热

Abstract: This paper analyzes the climate characteristics and residential building energy consumption status quo, analyzes the factors that affect building energy efficiency according to the current situation of building energy-saving technology, summed up the measures to reduce building energy consumption, and from the specific construction site, around retaining structure, insulation, cooling insulation construction measures and utilization of solar energy to put forward the residential building energy-saving technologies, provide the corresponding technical support for the energy-saving energy-efficient design of new residential and existing residential buildings.

Key words: residential; energy conservation; insulation

中图分类号：TU201.5 文献标识码： A 文章编号：

前言

随着经济的发展和生活水平的提高，能源、人口、粮食、环境、资源被列为世界上的五大问题[1]。在日益增长的能源消耗中，建筑能耗所占比重相当大。建筑能耗包括建材生产、建筑施工、建筑日常运转及建筑拆除等项目的能耗，其中比重最大的是建筑日常运转能耗。

据有关资料表明，建筑运行能耗占我国能源总消费量的比例已由上世纪70年代末的10%上升到目前的26.7%，基本达到了世界建筑能耗占能源消费量30%的平均水平。同时，世界范围的建筑耗能比重也越来越大，因此，世界各国都把建筑节能尤其是降低建筑日常运转耗能作为节能工作的重点[2]。

1 建筑节能基本概念

“建筑节能”即在建筑中合理使用和有效提高能源利用率，降低建筑使用能耗，节约采暖和空调运行费用，改善环境，节能建筑具有以下优点[3]：

（1）提高居住环境的舒适度，冬暖夏凉有利于身体健康；

（2）可以减少冬季采暖和夏季空调的运行费用；

（3）节能国家能源消耗，促进国民经济可持续发展；

（4）减少环境污染，改善生态环境。

据统计，我国建筑能耗占社会总能耗的25%多，在日本占30%，美国占35%，民用建筑能耗中住宅又占60%，而在住宅的生活用能中，又以采暖空调的耗能最大，占65%，热水供应占15%，电视照明占14%，厨房餐饮占6%，我国人民的生活能耗水平低于欧美等国，生活用煤是主要的能源，利用律低，浪费很大。

住宅建筑中的居住条件中，由室内气温、相对湿度、换气量和辐射温度等构成的热舒适性是主要的环境指数，要形成舒适的室内环境，就必须与住宅建筑节能结合起来考虑[4]。通常通过以下途径提高节能效果：

（1）推行建筑节能政策

通过制定严格的行政立法，从各个环节大力进行建筑节能的科学研究和推广应用工作。

（2）努力完善节能技术规范

节能规范是一个新型有效的节能措施，通过一系列具体实施管理措施提高节能效率。

（3）不断提高能源使用效率

在建筑设计过程还应采用高新材料和技术，对不同层次的房屋采取不同的节能技术。

2 影响居住建筑节能的因素

建筑的选址对建筑节能具有重要的影响作用[5]，主要应根据气候分区进行选择，还需考虑向阳问题、冬季防风和夏季有效利用自然通风等方面问题。

2.1 建筑的日照环境

太阳能的利用是建筑节能的重要因素，争取冬季建筑日照时间和避免夏季强烈的太阳辐射，是建筑设计中一个非常重要的问题。

在规划设计时，必须在建筑物之间留出一定的距离，以保证阳光不受遮挡，直接照射到建筑室内。建筑物的日照间距是由日照标准，当地的地理纬度、建筑朝向、建筑物的高度、长度以及建筑用地的地形等因素决定的朝向是指建筑物主立面或正面的方位角，一般由建筑与周围道路之间的关系确定

2.2 建筑的通风节能

建筑通风设计包括机械通风和自然通风两个方面，组织好建筑物室内外春秋季和夏季凉爽时间的自然通风，不仅有利于改善住宅室内的空气品质、提高室内的热舒适度，而且还可以减少开空调的时间。

建筑设计应着重考虑建筑的朝向和间距，建筑群布局，建筑平剖面形式和开口的面积与位置，门窗装置的方法及通风的构造措施等。

住宅通风设计的主要目标包括以下两个方面：

（1）在不使用空调、供暖的时候如春秋季、夏季的夜晚，通过对建筑单体的模拟分析，得出对建筑规划与单体有指导意义的结论，促进建筑室内的风压驱动自然风。

（2）在使用空调、供暖设备的时候夏、冬季，考虑如何合理设计通风换气措施，以保证室内良好的空气品质，同时不至于带入室外过多的冷热负荷，以降低空调采暖能耗。

通常可通过：①建筑朝向的选择；②建筑群布局；③房间开口和平面布置；④利用环境组织通风等几方面的措施来改善室内通风环境。

2.3 建筑的绿化环境

绿化对居住区环境起着十分重要的作用，它能调节气温，增加空气湿度，调节碳氧平衡，遮阳防辐射作用，减弱温室效应，减轻城市大气污染，减低噪声，遮阳隔热，是改善居住区微气候，改善建筑室内热环境，节约建筑能耗的有效措施。

2.4 建筑体形对能耗的影响

体形系数的定义为单位体积的建筑外表面积，体形系数越大，相同建筑体积的建筑物外表面积越大，即在相同条件，如室外气象条件、室温设定、围护结构设置条件下，建筑物向室外散失的热量也就越多。在建筑单体方案设计时，通过详细的建筑能耗模拟分析权衡这两种设计所产生的节能效果，来确定最终的建筑单体方案。

2.5 建筑窗墙比对能耗的影响

窗墙比的确定是综合考虑了在某一地区不同朝向墙面冬、夏日照情况日照时间、太阳总辐射强度、阳光入射角，冬、夏季风影响，室外空气温度，室内采光设计标准以及开窗面积，建筑能耗完成的。《民用建筑节能设计标准采暖居住建筑部分》规定北向、东西向和南向的窗墙比应分别低于20%、30%和35%。

3 能耗分析及降低措施

建筑能耗与室内热舒适状况有着必然联系，为了保证室内的舒适度，必须在各种室外气象条件下保持室内热环境处于舒适区内[6]。所需要提供的冷、热量，称为建筑的耗冷、耗热耗量。

建筑冷热耗量的多少取决于以下因素：

（1）室内外的温差和辐射，室内外的温差和辐射越大、越强，冷热耗量越大。

（2）建筑围护结构面积，建筑围护结构面积越大，冷热耗量越大。

（3）建筑围护结构热工性能，建筑围护结构热工性能越好，即传热系数越小，传导、辐射透过率越低等，冷热耗量越小。

（4）室内外空气交换状况，当夏季室外空气温度高于室内时，冬季室外温度低于室内时，室内外空气交换量越大，冷热耗量越大。

降低能耗的基本途径包括：

（1）冬季采暖隔热，主要应从改善围护结构性能上入手，加强保温，减少传热耗热量，还应积极开发太阳能集热系统在住宅小区的应用。

（2）夏季通风降温，因为夏季气温高，应通过遮阳措施将过量的太阳辐射隔绝在室外，并利用建筑物自身组织通风进行被动式降温。

建筑节能涉及的内容和其中的复杂性，决定了建筑节能应用系统优化分析法的必要性。可以通过图1进行描述。

图1 建筑节能的系统分析图

4 建筑体型设计

体型设计是建筑艺术创作的重要部分，结合节能策略的建筑体型设计赋予建筑创作更多的理性，并为建筑创作带来灵感，而对建筑体型的节能控制则为建筑节能打好了一个坚实的基础[7]。

4.1 建筑体型的选择

建筑师在选择建筑体型时的出发点或许是基地形状的限定，或许是建筑内部空间的直接外边表现，或许是处于某种寓意的象征，或许是多种目的综合的结果，由于决定因素的不同，建筑体型的形态千遍万化。其中以通过建筑体型设计达到节能目的是其中重要的一种，通过节能策略建筑体型设计的结合，从而实现了建筑技术与艺术的完美结合。

建筑的体形系数是建筑体形设计的重要参数。体形系数是指建筑物的外表面积与外表面积所包的体积之比，体形系数越小，单位建筑面积对应的外表面积越小，护结构的传热损失越小。

4.2 体型系数的控制

在房屋体积不变的情况下，体形系数的增大就意味着护结构面积的增加，传热耗热量相应提高，从而导致建筑物耗热量指标增大。研究结果表明，在建筑物各部分围护结构传热系数和窗墙面积比等条件不变的情况下，耗热量指标随体形系数成直线上升。这是优化选择建筑外露面积的理论依据。

因此节能建筑设计中，一是尽量避免采用大于的低层或点式建筑，二是建筑物平、立面力求规整，避免凹凸过多，以尽量减小体形系数，从而获得更好的节能技术经济效果。

4.3 室内外过渡空间的节能设计

设置“温度阻尼区”可以实现室内外过渡空间的保温，所谓“温度阻尼区”就是在室内与室外之间设一中间层次，这一中间层次好像热闸一样阻止外冷风的直接渗透，减少外墙、外窗的热损失。

4.4 围护结构节能设计

围护结构节能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，使建筑物室内温度尽可能接近舒适温度，以减少通过辅助设备如采暖、制冷设备来达到合理舒适室温的负荷，最终达到节能的目的。

4.5 外墙设计

外墙所占的面积最大，因此在围护结构的节能设计中，外墙占有重要位置。外墙节能主要是提高墙体的保温隔热性能，以减少其冬季的热量损失以及降低夏季的外墙内表面温度。

5 总结

影响住宅节能的因素是多种多样的，从总体规划上的日照、通风、绿化到建筑单体上围护结构保温性能的改善、体形系数和窗墙比都是影响居住建筑节能的重要因素，在设计时不能片面的从某一方面进行设计，而应该总揽全局，把节能的每一个细节都做好。

在进行节能建筑设计时，应先开展节能建筑设计的准备工作，全面了解建筑所在位置的气候条件、地形地貌、地质水文资料、当地建筑材料状况以及这一地区人们的生活习惯等。设计人员应从建筑选址、居住区规划开始，分析以上各种因素，综合不同资料作为节能建筑设计的前期准备工作。建筑节能设计时首先要考虑的是充分利用建筑所在环境的自然资源和条件，在尽可能不用常规能源条件下，遵循气候设计方法和建筑技术措施，创造出入们生活和工作所需要的室内环境。

参考文献

[1] 秦波，齐海丽. 绿色建筑思考[J]. 陕西建筑，2008（12）

[2] 陆阳. 绿色建筑在未来城市建筑发展中的必然趋势[J]. 企业导报，2010（22）

[3] 毕宇欣. 建筑节能理论与设计应用[J]. 新疆化工，2006（02）

[4] 高兴敏. 生态建筑的实现形式――浅谈生态建筑的技术层次[J]. 陕西建筑，2008（10）

[5] 姜春明. 住宅建筑设计的节能措施探讨[J]. 中国新技术新产品，2010（18）

[6] 李长江. 外墙外保温施工技术[J]. 新疆化工，2004（03）

[7] 宋美权，强爱珍，强爱宁. 墙体保温的方式、材料与施工技术介绍[J]. 陕西建筑，2009（06）

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。