建筑节能设计在建筑设计中的应用研究

建筑节能设计在建筑设计中的应用研究

任军战

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摘 要：节能型住宅是指在保证住宅功能和舒适度的前提下，减少能源消耗，并且尽可能对资源进行循环利用，实现资源节约的住宅，本文从住宅屋顶、外墙和外窗三个部分的节能问题作了探讨并提出解决措施。

关键词：住宅建筑；节能设计

前言：在我国，特别是夏热冬暖地区，建筑节能工作刚刚起步。一方面，政府应重视、引导，制定法规并取得全社会的支持；另一方面，要提高节能的自觉性，建筑师作为节能工作的具体实施者，首先应该解放思想，并且要在设计实践中努力贯彻节能措施，积极探索研究节能技术。

1 节能型建筑的概念

节能型建筑是指在选址、规划、设计、建造和使用过程中遵循环境设计和节能设计的基本方法，对建筑场地的日照、太阳辐射、风向等外部空间环境进行研究后，设计出的低能耗建筑。它采用节能型结构、材料和产品，部分或全部利用可再生能源，最大的特点是整个建筑全寿命过程中每一个环节都是节能的。节能型建筑全寿命过程的节能是通过控制建筑材料生产、建筑设计、建筑建造、使用过程、甚至建筑达到设计使用年限后建筑材料的回收等环节来实现的。

2 节能型建筑的设计原则、内容和方法

根据节能型建筑的概念和特点，节能型建筑的设计应本着因地制宜的原则，对建筑全寿命过程的每一个环节进行节能设计，它主要包含以下几个部分：

2.1 规划的节能设计。

规划节能设计涉及建筑选址、外部环境设计、总平面建筑群体布局设计等内容。

建筑选址要根据当地的气候、土质、水质、地形及周围环境条件等因素的综合状况来确定。合理的选址可避免日后建筑运行过程中不必要能耗，为单体的建筑节能创造好的外部条件。以我国南方地区为例，如居住区选址于绿化情况良好、有湖泊水面且位于夏季主导风向的上风向区域，将有利于住宅自然风的引入，降低夏季住宅热辐射，提高舒适度，从而节约空调用量。外部环境与建筑功能相匹配，将大大减少日后使用过程中资源的浪费和损耗。

外部环境设计是指建筑物外部微观环境的设计。它虽然依赖于选址的外部大环境，但当外部大的自然环境条件不理想时，可以通过合理的环境设计来改善建筑周围的微观环境，使之与建筑功能紧密结合，为建筑节能创造条件。在这方面做得最好的是我国古代的园林设计。园内通过植树、挖池、堆山等环境设计手法，增加了园内绿化和水面。达到了平衡温湿度、净化空气，降低噪音，收集雨水等改善微观环境的效果。这些设计手法现在依然值得我们借鉴。

2.2 建筑外围护结构的节能设计。

建筑外围护结构组成部件（屋顶、外墙、地基、隔热材料、密封材料、外门和窗、遮阳设施）直接与外环境接触，发生热辐射交换，对建筑能耗、室内环境性能、热舒适环境有着根本的影响。建筑外围护结构节能设计的重点是提高外围护结构的热工性能，减少能量损失，提高围护结构的保温、隔热性能和密闭性能。

3 住宅平面的建筑节能设计

3.1 住宅平面设计中首要问题是确定适当的套型面积。因为适当的建筑面积不但可以节约用地（建筑行业“四节”之一）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。

3.2 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为最为节能的建筑朝向，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，为住户节约采暖和空调的能耗。而南北向建筑可以获得最多的南朝向房间，所以建筑平面谊设计成南北向。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些平面功能比较次要的电梯、楼梯、管道井、机房、卫生间、厨房等，以挡住日照直接照射主要房间，避免冬季西北风灌入。经调查，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5%左右。

4 住宅外墙的节能设计

4.1 墙体是住宅的主体部分，是建筑室内外热交换的主要介质，建筑节能50%，其中就有约25%是通过建筑围护结构外墙的保温隔热性能来实现的。使用节能外墙与使用普通外墙室内温度相差可达4～10度，所以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。

4.2 在建筑物受太阳辐射的各个外表面中，屋面是接受太阳直射时间最长的部位，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。

4.3 另外，利用屋顶种植花卉、灌木（如彩叶草、三色堇、麦冬草等）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，又可美化环境，改善城市气候，做到一举两得。种植的土壤在吸水饱和后会自然形成一层憎水膜，可起到滞阻水的作用，有利于屋面的防水，而且土壤导热系数小，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，也是节能屋面的有效措施。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。据测试，蓄水、种植屋面土壤表面温度与一般屋面表面温度比较，温度可低27℃。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。

5 住宅门窗的节能设计

5.1 外门窗是耗热的重要渠道，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，所以合理确定窗墙面积比是节能的重要措施之一。对于住宅设计应避免少做落地窗、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），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、铝木复合材料等），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。

结束语：建筑规划与设计是住宅建筑全生命周期最前沿阶段，设计的合理性直接影响了建筑节能战略的推进。因此，研究和设计舒适健康的节能住宅是时代赋予中国建筑师的使命。

参考文献

[1] 吴金鑫. 城市住宅建筑设计改进和创新[J]. 城市建筑，2013，16：26.

[2] 梅雅莉. 对建筑工程设计中存在问题的探讨[J]. 科技致富向导，2013，29：315.