论岭南地区建筑节能设计的探索与运用

潘裕盈

（广东省建科建筑设计院有限公司，广东广州 510000）

0 引言

2022年3月，住建部印发的“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划明确2025年前完成以下目标：对既有建筑进行的节能改造面积达到3.5亿m2以上，城镇新建建筑全面建成绿色建筑，建设发展围绕“绿色、低碳、循环”为核心，为实现碳达峰奠定基础。这项政策，标志着“绿色”、“节能”将成为建筑设计的重中之重，如何科学有效、经济适用地进行建筑节能设计将是本文重点阐述的内容。

建筑节能指的是在建筑的规划、设计、建（改）造和使用中，采用节能材料、技术、设备等方式提高隔热保温性能，在保证室内舒适性的前提下，减少热水供应、供热供暖、空调制冷制热、照明使用的能耗。在日常的工作生活场景中，完备的建筑物保温措施能缩短空调制冷及供暖全年使用天数，降低使用强度；门窗尺寸与形式的合理设计，能有效改善室内的通风和采光，减少新风系统的安装或使用，缩短使用空调降温时长，减少和缩短照明的强度和使用时长。

本文以岭南地区的建筑为主要研究对象。岭南地区以南岭（五岭）为分界线，南岭以南即为岭南。南岭为江西、湖南、广东、广西四省边界的一条东北-西南走向的山脉，山脉海拔800～2000m。冬季我国天气受西伯利亚高压控制，冷空气从蒙古高原南下，至南岭受阻，使得岭南地区冬季气候温和；地处亚热带地区（部分位于热带地区）沿海，夏季受季风和海洋暖湿气流影响，导致夏季炎热，雨量充沛。总的来说，岭南地区几乎无冬，常年气温高且湿度大，温差小，太阳辐射强烈，降水充沛。在节能设计地域划分上，岭南地区按照节能设计标准的地域划分属于夏热冬暖地区，南区可不考虑冬季采暖，北区需兼顾冬季采暖。

1 规划与建筑空间布局对节能的影响

岭南地区长夏无冬，炎热潮湿，建筑的规划和设计需要重点关注通风散热。该地区夏季盛行东南风和西南风，在设计上应充分利用沿海地区风力资源，采用自然通风形式改善地区热环境。建筑布局宜顺应主导风向，南北布置，成组建筑物应合理设置建筑位置及楼距，楼栋布局上交错排列能使房间获得最大的自然采光和通风，这对小区住宅来说尤为重要。建筑群应整体布局，连续面长度按照规范设计不得过长，不仅增强外立面的美观程度，更能促进通风导风，增加区域舒适度，强化建筑通风节能效果。在建筑平面布局中，尽可能将主要用房设置在通风良好，采光充足的朝向，增加室内的宜居性，减少对空调、照明的使用[1]。

建筑物体形系数对建筑物保温性能有一定影响，在冬季室内外温差较大的北区需要考虑建筑的体形系数，少采用复杂造型，以减少外围护结构传热损失对室内保温节能的影响。根据这一点，一些存在部分架空或二层及以上局部突出的建筑，其挑空楼板常以钢筋混凝土为主要材料，钢筋混凝土传热系数高，挑空楼板需额外增加保温措施，以减少室内温度散失。

2 围护结构的节能设计

外围护结构的节能设计是建筑节能的重要组成部分。建筑室内空间的舒适程度，取决于室外气候与外围护结构的性能。本篇将着重从建筑外围护结构的设计入手，罗列在建筑设计中减少能耗，促进节能的方法。

2.1 外墙

外墙材料的选择对建筑节能有重要的影响，墙体自保温隔热成为趋势，加气混凝土、陶粒混凝土空心砌块等多孔材料的应用也愈加广泛。在实际的工程项目当中，框架建筑外墙填充墙通常采用加气混凝土砌块。加气混凝土砌块（B07）密度为700kg/m3，导热系数为0.180W/（m·K），抗压强度等级为5MPa，燃烧等级A级。这种材料轻质，密度是普通混凝土的1/5，可以减轻建筑自重，降低建筑造价；材料内部为多孔结构，起到墙体自保温的作用；多孔结构同时具有一定吸声能力，满足普通房间的使用需求，能有效减少造价，降低施工难度，缩短施工时长。

一些特殊建筑，例如监狱、戒毒所等具有监管性质的建筑要求外墙采用实心墙体，如灰砂砖［导热系数1.100W/（m·K）］、钢筋混凝土［导热系数1.740W/（m·K）］等材料。这些材料密度大，导热系数高，作为外墙不能满足节能保温要求，需增加较厚的保温材料。

除了外墙主体外，建筑外墙面色泽也会对建筑节能效果产生影响，颜色越浅，光泽越好，太阳辐射吸收系数越低，建筑蓄热能力减小，外墙内表面温度降低。采用表面光滑的浅色外墙砖比表面粗糙的深色外墙砖节能效果更好[2]，部分公共建筑例如办公楼、商业大楼、酒店等建筑采用铝板幕墙、金属漆作为外墙材料，光泽良好，太阳辐射吸收系数低，性能比外墙饰面砖或普通涂料更突出。对于部分实心墙体的保温如果采用常规保温材料如玻化微珠、无机轻集料Ⅰ型等保温砂浆可能会使保温层厚度过大，导致内墙局部增厚影响室内空间，同时施工难度上升，产生难以挂浆、保温系统安全性降低、面层剥落等状况，反射隔热涂料与内墙保温砂浆联合使用能辅助降低内保温材料的厚度。

2.2 屋面

由于长时间接受太阳直接辐射，因此屋面是建筑受热最强的部位之一，需要特别注重隔热措施。建筑屋面材料的色泽决定屋面的太阳辐射吸收系数，因此宜避免选用深色粗糙材料作为屋面饰面。屋面保温层通常采用挤塑聚苯乙烯塑料泡沫保温板（又名XPS保温板，密度为35.0kg/m3，导热系数0.030W/（m·K），燃烧等级B1级），XPS保温板保温性能好，质量轻，抗压强度高，吸水性低，难燃烧，能很好地满足屋面保温及使用需求，被广泛应用在屋面、墙体、通风管道等部位。根据岭南地区降水量大，沿海风速大的特点，还可以采取蓄水屋面、种植屋面、通风屋顶等隔热形式，采用以上方式需要计算屋面荷载，种植屋面还需计算培植土的厚度，设计种植类型。

2.3 门窗

门窗是整个建筑外围护结构中保温性能最薄弱的部分，影响外窗热工性能主要有以下两大方面：玻璃遮阳系数和传热系数。玻璃遮阳系数反映是玻璃阻挡热量向室内辐射的能力，玻璃遮阳系数越小，节能效果越好。6mm单片普通透明玻璃的玻璃遮阳系数为0.93，外窗传热系数6.46W/（m2·K），双白中空玻璃（6mm透明+12mm空气+6mm透明）的玻璃遮阳系数为0.75，外窗传热系数4.00W/（m2·K）（以上外窗窗框采用铝合金窗框，取值均为节能软件计算值，具体需参考厂家产品参数），同等条件下，中空玻璃窗的传热系数远低于单片玻璃窗，能有效提高玻璃的保温性能。其次，对玻璃表面进行处理，也能大幅度降低玻璃的传热系数，例如吸热玻璃、热反射玻璃、Low-E玻璃等。Low-E玻璃作为一种新型节能镀膜玻璃，它的金属或化合物膜能有效阻挡透过玻璃的热辐射，其高透可见光、高反射中远红外线的特点，使其成为目前最广泛使用的节能玻璃之一。除了采用优性能的玻璃外，提高外窗气密性、限制窗墙比也能提高节能效果[3]。

2.4 遮阳

外窗设置遮挡设施能有效阻挡太阳热量向室内辐射，使室内温度维持在相对舒适的水平。日常生活中水平遮阳运用最为广泛，而近年来，随着建筑造型设计的不断突破，不再是以往附加金属雨篷兼具遮阳挡雨功能的方式，而是各种类型的遮阳形式融入到建筑外立面的设计当中。遮阳设施同样也在与时俱进，作为百叶遮阳的一种，新型遮阳措施——玻璃中空百叶窗能很好满足节能遮阳要求，它安全美观，遮阳效果优秀，适合有较高遮阳要求的建筑。

3 建筑节能设计在实际建筑工程中的应用

案例一：建鑫花园一期项目（图1）位于佛山市顺德区乐从镇，规划总建筑面积为115711.58m2，包含租赁式住宅、商住楼，配备幼儿园、小学等设施。其中住宅部分采用装配式结构，南北朝向，建筑高度为100m，外墙为现浇混凝土墙。由于外墙墙体为混凝土，保温性能较差，采用常规保温材料无机轻集料Ⅰ型作为外墙内保温，经过斯维尔节能计算软件得出保温层厚度需要做到30mm才能满足节能的要求。保温层加上找平层、面层等部分总厚度超过40mm，墙体内表面过厚施工有难度且存在安全隐患。因此根据厂家提供的产品参数：隔热腻子［导热系数0.054W/（m·K）］，柔性隔热反射涂料（外表面太阳辐射吸收系数0.16，修正后：0.32）调整方案，隔热腻子厚度14mm能满足节能要求。

图1 建鑫花园一期项目鸟瞰效果

由于在卧室设置凸窗增加了大量建筑外表面积，不利于节能，需考虑如何减少通过外窗产生的热量传递，在夏热冬暖地区主要考虑的因素是夏季太阳直射导致的热辐射过大，使室内温度上升过高，增加使用空调产生的能耗。从两方面入手，一方面是采用性能良好的窗户，例如采用Low-E玻璃甚至是中空Low-E玻璃，配隔热窗框。另一方面需要增强外遮阳设施的布置。百叶遮阳在遮阳构件中效果最佳，采用玻璃中空百叶窗能很好地满足遮阳要求，但30多层总共1500多扇玻璃窗造价过高，最终采用以下方案：在凸窗四周设置综合遮阳构件，玻璃窗上窗扇作为固定扇，增加与固定扇等高百叶作为遮阳构件，既不影响窗扇开启，也能一定程度上起到遮阳隔热作用。

案例二：中山大学珠海校区一号学院楼群项目（图2）位于珠海市高新区，项目含1栋公共服务中心和2栋教学楼，规划地上总建筑面积约为2.9万m2。该项目依据甲方对建筑外立面的造型需求，设置了大量跨层玻璃幕墙，最高一扇玻璃幕墙横跨1～5层，高度达21m。这样大片的玻璃幕墙，不仅需按照消防要求在上下楼层之间设置防火封堵，还需要对节能提高重视。在造型上，装饰构件设计为凸出墙体，为玻璃幕墙提供了遮阳的条件，形成了综合遮阳。外窗采用铝合金窗框+双白中空玻璃的形式，通过减小玻璃的遮阳系数，增强阻挡热辐射的能力，达到节能的目的。

图2 中山大学珠海校区一号学院楼群项目

4 从其他方面谈节能

除了土建设计，节能仍存在于建筑设计的各个面面，涵盖各领域，贯穿从选址规划、土建设计、设备系统设计、施工与安装、以及后期交付使用整个流程。例如，在给排水设计中，优化热水供应系统，增设回水管，减少冷水的浪费；配置相应的减压装置，降低低层用户水压；充分利用再生水资源，用于绿化灌溉等[4]。在电气设计中，优化供配电系统及线路，降低能耗；采用节能灯具，把白炽灯替换成性能更高，节能环保的LED灯；采用节能型空调，发展太阳能技术和电气智能系统，提高节能效果[5]。

5 结语

本文从建筑设计的角度，通过对建筑规划设计、外围护结构设计、遮阳系统设计等多个方面进行研究，结合实际工程案例运用，对建筑节能设计提出了探讨。在新时代，为应对全球气候变化，响应国家节能减排政策，实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标，应重视建筑节能工作的开展，优化建筑节能设计模式，结合新型节能材料与技术，针对具体项目采取合适的节能手段。