基于建筑节能的高层住宅建筑设计探讨

2014-04-08周永

四川建筑 2014年2期

周永

(黄冈师范学院，湖北黄冈438000)

《民用建筑节能管理规定》建筑节能指的是“民用建筑在规划、设计、建造和使用过程中通过采用新型墙体材料，执行建筑节能标准，加强建筑物用能设备的运行、管理，合理设计建筑围护结构的热工性能，提高采暖、制冷、照明、给排水和通风系统的运行效率以及利用可再生资源，在保证建筑物使用功能和室内热环境的前提下，降低建筑能源消耗、合理、有效地利用能源的活动”[1]。住宅工程建筑节能是一个全方位、全过程、综合性的系统工程，它包括了墙体、幕墙、门窗、屋面、楼地面、给排水、暖通工程、电气照明、室内外管网及电梯等诸多方面的内容。建筑节能还应该贯穿整个工程的规划、设计、施工、验收、使用等建筑生命周期全过程。本文以高层住宅为对象，从建筑规划设计、空间设计、结构围护设计、环境设计等四个方面介绍建筑节能技术的应用。

1 建筑节能与规划设计

通过比较分析高层住宅在规划设计中的各个方面，我们认为影响建筑节能的最主要的两个因素是太阳光辐射和空气流通。因此，高层住宅节能规划设计的主要方向，一个方面是要降低太阳光辐射，另一个方面必须增强房屋建筑的自然通风效果。

在高层住宅的规划设计中，房屋朝向、楼间间距以及房屋之间的相互组合关系是节能的重点要素。为满足高层住宅建筑节能要求，首先要考虑的应该是建筑的朝向，建筑的朝向应与当地夏季的主导风向一致，建筑群的进风口和出风口位置应结合主导风合理设置，充分利用自然通风，提高居住的舒适度。在建筑物的排列组合时应遵循南小北大、南低北高的原则，南北朝向建筑的好处是冬暖夏凉[2]，因而夏天受到的太阳光辐射也相对东西朝向建筑少得多，可以大大节省夏季空调的用量；而在冬天，建筑受到太阳光辐射的情况则刚好与夏季相反，从而节约了建筑保温所需的能耗，更好的起到节能作用。其次考虑的是建筑的间距，高层住宅的间距应在满足规范规定日照间距要求的基础上适当增大，这样更利于居住小区内的空气流通，从而使建筑物与外部空气的热交换加快，可以有效降低建筑物的内部温度，从而降低建筑能耗。再次，还要考虑合理安排建筑物间的组合，在满足采光、日照、防火等方面要求下，结合建筑经济因素，利用建筑物本身的自遮挡和建筑物间的相互遮挡，从而减少太阳光辐射对住宅建筑的影响。

2 建筑节能与空间设计

高层住宅建筑节能在空间布局设计上，主要考虑立面和平面两个方面，重点要满足通风的要求。

从建筑立面设计的角度来看，应注意两点。一是要在建筑物的上部设置出风口，使建筑物有良好的通风效果。具体做法是在建筑物中间位置设置若干上下贯通的垂直空间，出风口应高出建筑物屋面。二是进出风口的高低要适宜。因为进出风口的高低决定了室内空气流动的方向，对室内环境影响很大。进出风口高度应结合各类房间的实际使用功能设计，起居室、书房、餐厅应以坐姿高度为参考，厨房可以站姿高度为参考，卧室可以卧姿为参考，来确定其合理的高度。

在建筑平面设计上应注重以下几个问题：一是尽可能地形成室内空气对流。通过合理安排各个房间的门窗位置和窗户朝向，形成穿堂风，增加房间内部的空气流动，利于室内空气的更新。二是应该尽可能地增加进出风口面积，并合理选择窗户的开启形式，这样可以使室内保持较为稳定的风速和均匀的流畅性，从而大大提高室内的舒适度。

3 建筑节能与围护结构设计

无论是住宅的冬季保温还是夏季隔热，都主要是通过墙、屋顶、门和窗等围护结构的传热及空气渗透来实现的。因此，在高层住宅围护结构设计中应该注意以下几点。

3.1 墙体节能

墙体是建筑外围护结构的主体，其所用材料的保温性能直接影响着建筑物的耗热量。现阶段我国南方地区建筑外墙普遍采用240 mm厚粘土空心砖和实心粘土砖为墙体主要材料[3]，虽然基本能够满足节能要求，但从发展的角度来看，国家大力提倡采用加气混凝土砌块作为建筑外墙材料，这种材料的导热系数较低，约0.2～0.3，可以很大程度上降低墙体传热系数，达到节能的效果。

3.2 屋面节能

目前，许多高效保温材料已经开始应用在屋面工程中，一些建筑的屋面保温，采用膨胀珍珠岩保温芯板保温层代替常规的沥青珍珠岩或水泥珍珠岩做法，这样可以克服常规作法的诸多缺点。屋面节能设计的要点是：①屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料，以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果，如果选用吸水率较高的保温材料，屋面上应设置排气孔以排除保温层内不易排出的水分[4]。②屋面保温层不宜选用密度较大、导热系数较高的保温材料，以免屋面重量、厚度过大。采用膨胀珍珠岩保温芯板作为屋面保温层，施工方便、价格低廉、不污染环境，芯板为柔性制品，不仅适用于具有平面的屋面，也可用于带有曲面的屋面，其保温效果更可显示出它的优越性。

3.3 门窗节能

外门窗是住宅能耗散失的最薄弱部位，其能耗占住宅总能耗的40%。因此，我们在首先保证日照、采光、通风、观景等要求的前提下，应尽量减小住宅外门窗洞口的面积，提高外门窗的气密性，通过减少冷风渗透，提高外门窗本身的保温性能，从而减少外门窗本身的传热量。

(1)控制窗墙比。窗墙比是指住宅窗户洞口面积与住宅立面单元面积的比值，按照《民用建筑节能设计标准(采暖居住部分)》的要求，对不同朝向的房屋窗墙比做了严格的规定，指出北向的窗墙比不应超过20%、东向和西向的窗墙比不应超过30%、南向的窗墙比不应超过35%[5]。

(2)合理选择窗体材料。改善住宅门窗的保温性能，减少冷空气渗透。窗户上的传导损失主要是通过中空玻璃边部和窗框发生的，通过改进边部材料，使用更绝热的边部密封材料以及改进门窗型材设计可以有效地减少这些损失，所以窗户最好采用钢塑复合窗和塑料窗，这样可避免金属窗产生的冷桥，可设置双玻璃或三玻璃，并积极采用中空玻璃、镀膜玻璃，有条件的住宅可采用低辐射玻璃，提高窗的节能效果。

(3)住宅外门及阳台门。住宅外门及阳台门在节能设计中可采用具有保温、隔声、防盗等功能的多功能户门及夹板门等。夹板门一般中间填充玻璃棉或矿棉等作为保温材料，节能效果较好。

4 建筑节能与环境设计

4.1 建筑绿化设计

建筑绿化在节能上的效用已是众所周知，它可以调节温度，尤其是降低夏季温度，利用树木枝叶形成浓荫可以遮挡太阳光辐射和地面、墙面和相邻物的反射热。经过测试，夏季林地及草坪的气温要平均低于普通场地气温2～3℃。同时在中午至下午3时的升温速率，四周有绿化房间明显优于无绿化房间。不同的建筑绿化布置方法也对节能起到一定效果。如临街绿化、楼间绿化、楼旁绿化、屋顶绿化、墙体绿化等，尤其是屋顶绿化和墙体绿化对房屋内温度有直接影响。在树种选择上，以种植由高大常绿乔木与灌木组成的足够量的绿化带，从生态角度来改善居住环境。

4.2 建筑外遮阳设计

建筑外遮阳能有效地阻隔部分太阳光直接照射到建筑物的外围结构，特别是防止太阳辐射穿过窗户直接进入室内，从而有效降低室内温度，达到节能的最终目标。在实际设计中，首先要合理选择外遮阳方式。建筑外遮阳的设置与建筑物的朝向都有着密切的关系。对窗户遮阳而言，栅格遮阳是较好的选择，挡板式遮阳、帘式遮阳、百叶遮阳等方式对于窗户遮阳都有非常好的效果[4]。对于建筑墙体和屋面的遮阳，栅格遮阳和绿化遮阳是较为有效的方法。同时要合理设置遮阳板，避免影响室内空气的流动速度。