基于民用住建筑系统的节能研究

摘要：当前，我国正处于大量消耗自然资源原材料以支撑经济高速增长的工业化时期，能源对经济增长的约束作用已经开始显现，节能己经成为关系到我国国计民生的大事。而民用建筑作为我国一个重要的能耗源，对其节能方法和节能措施的研究也是刻不容缓。本研究以某住宅小区为例，运用先进的建筑节能理论，对民用住宅的节能策略进行了深入的研究。

关键词：民用建筑；节能；策略；设计

中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：

目前我国每年新建建筑中，只有10%―15%能达到国家制定的强制性节能标准，80%以上还为高耗能建筑，而既有的400亿平方米建筑中，95%以上是高能耗建筑。因此，我国民用建筑节能研究，既有很大的市场，又有极大的潜力。基于民用住宅系统的节能，是将住宅及其所处的周边环境和区域气候看作一个整体，在充分考虑这一整体中各种特性对住宅能耗的影响的情况下，对住宅的整体和周边环境进行规划和设计的过程，它是本研究模型产生的主要理论依据。但是显然，基于住宅系统的节能设计是一个十分庞大的系统工程，对其的研究是一个非常复杂的过程，而由于时间和资源的限制，本研究只对该系统中与住宅设计有关的子系统进行了进一步的分析和探讨。

1气候设计与环境规划

建筑的气候设计与环境规划是建立在广义生态学和建筑地域学等诸多学科之上的一个建筑节能设计子系统，它在民用建筑节能中起着十分重要的作用。就目前的研究来看，选址规划布局是其主要内容，它是建筑气候设计中宏观的最具影响的环境控制手段。这一方面是因为从大处着手的基地总体设计所产生的极大节能效益，另一方面也由于设计所追求的，是在某一地域范围内的居住建筑都能有良好而节能的建筑热环境，这一点不能由少数建筑所独享。一般而言，建筑气候设计与环境规划主要包括城市广义生态设计、选址与规划、环境散热等几个方面。

首先，广义生态设计就自然环境、社会环境、经济系统和人之间的关系达到和谐平衡的过程。其次，就选址规划而言，主要是指在建筑设计之始便应该融入环境理念，充分利用自然地形地貌配置道路、建筑、减少土方开挖、保护原有自然环境。规划布局中，应首先依照气候学原理分析建设基地特定地形气候环境的情况，以便充分利用其有利气候因素的影响。最后，环境散热主要针对目前普遍采用的建筑隔热技术都是出于对单体建筑考虑，其基本出发点是把建筑所在的周围环境看成迅速散热的巨大空间，因此只考虑如何有效地把太阳辐射热从建筑外表隔离出去的错误做法，提出建筑隔热应该与环境规划结合起来才能创造可持续发展的建筑环境。天空、风、水、植物等因素都是可以加以利用的散热因素。

2整体设计

建筑节能整体设计是民用建筑节能设计的一个方面。它一般从建筑方位朝向、建筑体型、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、大气环流和地理特征等因素对住宅能耗的有利或不利影响，以期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。

2.1朝向

建筑物的方位朝向对建筑物的节能效果具有重要的影响。首先，就通风而言，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。其次，就日照而言，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，而从窗户进入室内的大量太阳热辐射是夏季室内过热的主要原因。

2.2路网布置

一般而言，当路幅达到足够宽度时(如在北纬30度地区街道宽度与南向建筑高度之比l/n>1.8)，东西向街道冬至日日照时间最长，且提供了最佳的南北建筑方位配置。因此在规划路网设置中，在满足功能景观要求下，应适当增加东西向道路设置，改善街道外部环境质量，并为下一步建筑设计提供更多的南北向建筑方位配置，为其建筑气候设计效果提供有力保障。

2.3绿化

绿化可有效地改善居住区的热微环境，具有显著的节能效果。而在建筑设计过程中，充分利用自然与人工绿化，可以降低城市高密度地区所带来的诸如“热岛效应”、“光污染”等负面影响，改善“小气候”，创造良好的外部环境。一般而言，建筑绿化环境设计又可分为屋面绿化、地面绿化和立面绿化等。

2.4体型

住宅的体型对其单位建筑面积能耗影响很大，可以说合理选择体型本身就是节能的开始。而体型系数(Fo/V)是影响建筑耗能水平的重要因素，其主要是指建筑物外露面积与其所包围的体积比值，其中建筑物外露面积系指除地面以外暴露于空气中的建筑物外表面积的总和，用Fo表示。一般而言，体型系数越小，耗热量越小，即越节能。体型系数小的建筑体型称为节能体型。建筑在设计过程中尽量选择最佳节能体型。

2.5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。冬季辐射得热，南立面与北立面相差甚大。这就要求在分析建筑物平面形状时充分考虑太阳辐射的影响。

3单体设计

建筑整体布局满足节能要求的同时，单体建筑设计也是节能设计的关键，建筑单体设计也应服从节能建筑设计的原则，单体建筑节能设计主要体现在建筑平面、立面、剖面设计和内部布置以及局部构造设计上。

3.1平面风路设计

建筑内部的通风条件是决定人们健康、舒适的重要因素之一。它通过空气更新和气流的作用对人体的生物感受起到直接的影响作用，并通过对室内气温、湿度及内表面温度的影响而起到间接的影响作用。自然通风主要有风压通风、热压通风等几种方式。一般建筑自然通风以风压通风为主，热压通风为辅。具体的平面风路控制措施主要针对风向、风速、流场分布进行控制引导，主要取决于建筑方位朝向、导风设施、平面风路以及通风口布置几方面因素。

3.2立面节能设计

进行建筑立面的节能设计需要确定合适的窗墙比。窗墙面积比对建筑能耗的影响，主要取决于窗与外墙之间热工性能的差异，相差越大，影响越显著。比如，单层金属窗的夏季空调负荷是同面积24Omm厚砖墙的5倍，全年能耗是36倍，能耗差别是巨大的。同时，窗墙面积比不仅影响能耗；也影响建筑立面效果、室内采光、通风等。窗墙面积比过小，建筑通风不良，自然采光不足，会增加空调与照明能耗。但减少窗户能耗的根本途径，不是减少窗墙面积比，而是利用高新科技、大幅度提高窗的热工性能。

建筑立面的节能设计还较为重视建筑遮阳设计，一般而言，设计良好的立面遮阳设施其遮阳效果比室内百叶窗帘的遮阳效果高4倍，且其形式处理可极大地丰富建筑立面形态。立面遮阳设计不仅仅是遮阳构造设计，还可综合利用阳台、外廊等建筑构件以及垂直绿化、遮阳树木取得综合遮阳效果，使立面遮阳设计与立面形态处理有机结合起来。特别是夏热冬冷地区，夏季炎热，尤其是夏季东、西墙面受阳光直射，对室内温度影响较大。而遮阳是对西墙进行防热处理较为有效的办法。

3.3围护结构节能设计

建筑节能与建筑构造关系密切，建筑构造节点常常是建筑热工的薄弱环节，其它部位的构造形式也直接影响建筑的热工性能。夏热冬冷地区节能建筑构造设计即要考虑夏季隔热还要兼顾冬季保温，其主要有屋面节能设计和墙体节能设计两种设计方式。

首先，屋面是建筑护结构所受室外温度最高的地方，面积也较大，因此，屋面的保温隔热措施对改善室内温度环境非常重要。屋面节能设计首先是屋顶的隔热降温，其基本原理是:减少直接作用于屋顶表面的太阳辐射热;而另一个重点是屋面保温，通常的做法是:将容重低、导热系数小、吸水率低、有一定强度的轻质高效保温材料设置在防水层和屋面板之间以达到保温效果。

其次，墙体节能设计最为重要的是西墙隔热措施。夏热冬冷地区西晒时间长，太阳辐射强，没有遮挡的住宅向西山墙面需做一些隔热措施。绿色植物是首选的防晒隔热方法，研究表明，有绿色植被的墙体的平均温度比没有的低12.7℃。另外，外墙保温也是墙体节能设计的重要方法。常用的外墙保温措施有，外墙内保温措施，外墙中层保温措施和外墙外保温措施等。

4结语

基于住宅系统的节能设计在我国夏热冬冷地区民用建筑设计应用过程中，具有广泛前景和较好的效果。在基于住宅系统的节能设计应用于我国夏热冬冷地区民用建筑设计的过程中，建筑的朝向和建筑西向的绿化比例是最应该关注的方面，其中建筑越偏向东西朝向，其用电量越大，而建筑西面的绿化比例较大时，其用电能耗较小。建筑西面的绿化比例只要超过一个范围，就可以得到一个较好的节能效果。

参考文献：

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