浅谈住宅建筑节能设计的应用
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摘要：本文笔者主要通过对住宅小区规划、建筑平面、建筑体形、住宅外墙与屋面以及门窗等几方面来阐述住宅建筑的节能设计，并提出了自己的一些建议，不当之处愿与大家一起探讨。
关键词：住宅建筑；建筑设计；节能设计；应用
住宅建筑是高能耗建筑,是建筑节能工作的重点。由于能源的日益匮乏,人们的节能意识逐渐提高,就象节能汽车等节能产品一样,节能建筑产生了。所谓节能建筑,是指在少使用或不使用采暖、制冷设备的前提条件下,让一年四季的室内气温尽可能地维持或接近在舒适的范围之内。节能建筑主要是通过提高外墙、外门窗、屋面等围护构件的保温性能和气密性能来达到节能目的。
1、住宅小区规划的节能设计
住宅小区规划应与建筑单体相协调，充分考虑各种宏观因素(如地区、朝向、方位、建筑布局、地形地势等)对单体布局的影响，同时利用所在地区的天然热源、风源等来实现每一栋住宅建筑单体夏季都有充足的迎风面，冬季都有充足的日照，以满足通风、采光与采暖的要求。单体之间的组合对气流的形成具有直接的影响，特别是高层建筑群内部易受到回旋涡流的作用，容易出现死角，不利于室内的自然通风，从而形成不利的小区微气候。因此，为了营造绿色舒适的小区微环境，应调整好单体之间的组合，使每栋建筑物处于周围建筑物的气流旋涡区之外，避免出现滞流区。另外，绿化和水体可以改善小区的微气候。设计时，应结合住宅小区规划布置绿化和水体，以此进一步改善室内外的物理环境(声、光、热)，减少热岛效应，改善局部气候，保证小区内的空气温度、湿度、气流速度和热岛强度等各项指标符合健康舒适和节能要求。
2、住宅建筑平面的节能设计
住宅建筑平面设计中首要问题是确定适当的套型面积。因为适当的套型面积不但可以节约用地，还可以大大节约建筑用材，减少营造、维护与使用过程中的能耗。另外，建筑平面的巧妙布局亦能获得较好的节能效果。由于我国地处北半球，太阳高度角和方位角变化规律使南朝向成为最佳节能的建筑朝向。此朝向夏季可减少太阳辐射得热，冬季可增加太阳辐射得热，而且此朝向建筑与我国夏季盛行的东南风差不多成垂直关系，容易形成穿堂风，而又避开了冬季盛行的西北风。因此，将住户长时间活动的居住空间(如客厅、主要卧室)设于日照通风条件最佳的南向位置，利用自然环境使室内达到最大的舒适度，为住户节约空调和采暖的能耗。而南北向建筑可以获得最多的南朝向房间，所以建筑平面宜设计成南北向。对于日照、通风条件较差的北朝向与长时间接受太阳辐射的东西向可布置平面功能比较次要的厨房、卫生间、电梯、楼梯、管道井、机房等，以避免冬季西北风灌入，挡住东西向日照直接照射主要房间。据有关资料显示，在其他条件相同的情况下，南北向的多层建筑的传热耗热量比东西向可降低6%左右。
3、住宅建筑体形的节能设计
减少建筑物体形系数，也就是减少建筑物外表面积，减少外围护结构面积，减少建筑形体的凹凸，也是节能的有效措施之一。体形系数是指建筑物的外表面积和外表面积所包围的体积之比，体形系数越小，外围护结构的传热损失越小，对建筑节能越有利。也就是说， 在其他条件相同的情况下，进深大的建筑比进深小的好，长的建筑比短的好，高的建筑比矮的好，外表整齐的建筑比外表凹凸变化的好。为了得到合理的有利节能的住宅建筑体形，在严寒和寒冷地区，住宅的体形系数宜控制在0.3及0.3以下；在夏热冬冷地区，条式住宅的体形系数不宜超过0.35， 点式住宅的体形系数不宜超过0.4；在夏热冬暖地区北区内，单元式、通廊式住宅的体形系数不宜超过0.35，塔式住宅的体形系数不宜超0.4。这就要求建筑师在进行建筑创作时，除考虑建筑的平面布局和建筑造型外，还必须适当控制建筑物的体形系数，以达到节能的目的。
4、住宅外墙的节能设计
墙体是住宅外围护结构的主体，是建筑室内外热交换的主要介质。建筑节能中有约25%是通过外墙的保温隔热性能来实现的。因此，墙体的设计是不容忽略的一个方面。外墙除了应具有基本的承重、安全围护等功能外，还应考虑选用保温隔热性能好的墙体材料，对传热性好的墙体或墙体中传热性好的部位应加设保温隔热层。目前，常用的几种外墙材料中，保温隔热性能较好的是多孔粘土砖和加气混凝土砌块以及复合墙体。复合墙体中绝热材料主要有岩棉、矿棉、玻璃棉、膨胀珍珠岩、聚苯乙烯泡沫塑料、加气混凝土等。复合墙体保温隔热宜选用外墙外保温。外保温的绝热材料是连续外包的，能有效隔断具有热桥作用的混凝土梁、柱等，而产生“断桥”作用，达到预期的节能降耗效果。另外，也可以利用植物来调节气温。在日照强烈的墙面，种植植物来吸收太阳热量，减少传入室内的热源。据报道，建筑西墙种植爬墙虎，在植被遮蔽90%状况下，外墙表面温度可降低8.2℃，并有利于吸尘和消音，减少温室效应。
5、住宅屋面的节能设计
在建筑物受太阳辐射的各个外表面中，屋面是接受太阳辐射时间最长的部位，因此受辐射得热也是最多的，相当于东西向墙体的2～3倍，所以它的保温隔热也显得尤为重要。保温隔热的材料宜选用密度大、导热系数小、憎水或吸水率较小的材料(如膨胀型泡沫聚苯板)。采用倒置式屋面将憎水性保温材料设于防水层上，可有效防止传统屋面构造中防水层容易老化从而影响保温隔热效果的问题。此种方法施工简易，可广泛采用。
另外，利用屋顶种植花卉、灌木等植物形成生态型屋面，既可阻挡热源，减少温室气体的排放，达到保温隔热的效果；又可美化环境，改善城市气候，做到一举两得。土壤导热系数小，有很好的热惰性，不随大气气温骤然升高或下降而大幅波动，有利于屋面的保温隔热。同时，在屋面蓄水，形成蓄水型屋面，也是屋面节能的有效措施。利用水蒸发可带走大量的热，从而有效减弱屋面的传热量和降低屋面温度。此外，采用平坡屋顶结合的构造形式，在屋面保温隔热层上做架空层，通过空气流通来散热也是个不错的办法。
6、住宅门窗的节能设计
外门窗是传热的重要渠道，它既是太阳辐射的得热部件，又是主要的失热部件，传热系数约为墙体的3～4倍，是节能的重点部位。合理确定窗墙面积比是节能的重要措施之一。对于住宅设计应尽量少做落地窗、飘窗等。外墙门窗设计除满足自然通风外，设计中应该强调东西南北向开窗有别，不同功能房间开窗有别。面对冬季主导风向的立面，应尽量减少开窗面积。设置外窗部位，应提高外窗的密封性能(如选用胶条密封而不是毛条)，选用好的窗型(如平开窗气密性相对较好)和门窗配件，提高窗框的隔热性能(如采用塑料型材、铝合金断热型材、玻璃钢型材等)，减少窗框的外露面积，采用保温隔热性能好的玻璃(如中空玻璃、镀膜玻璃等)。根据国内外大量应用经验证实，采用双层玻璃塑料钢窗是较好的选择。外门窗除了采光，通常也是建筑自然通风的渠道。所以，外门窗的开启也是夏季通风节能的必要条件。夏季迎风面可作为主要的开窗部位， 引进自然风，增加夏季的渗透通风。但同时，外门窗的设计应减少冬季寒风的渗透，有利于室内保温，改善生活环境的舒适度。对于向阳的地方，可采用凹式开窗设计，外加遮阳板及镀有特种金属的热反射窗帘，这种设计既美观又兼有较好的遮阳效果。
7、结束语
无论是房地产开发商还是建筑师，都应该从项目初期就将节约能源、提高能源利用率作为所追求的目标之一。作为建筑师， 更应从自身做起，从不同角度，依据建筑规范对建筑进行优化节能设计，在改善人们居住环境的同时， 充分挖掘节能潜力，综合利用各种节能技术措施，趋利避害，选择经济合理的节能方案， 从而实现节约能源，减少能源消耗，为实现我国可持续发展战略，建设节约型社会作出应有的贡献。
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