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摘要: 本文主要是根据住宅建筑设计过程中合理的考虑节能问题，结合住宅区总平面布局，从建筑构造设计提出了节能措施，同时在设计中重视可再生能源的开发利用。
关键词: 住宅； 建筑设计； 节能措施
1、 建筑构造设计节能措施
住宅的节能指标包括建筑物耗热量指标和耗煤量指标。其中建筑物总传热耗热量的一半以上是由于外围护结构的传热损失的。因此,在住宅的内外空间布局和环境确定之后,强化外围护结构的保温隔热性能,增强建筑的热稳定性,减缓其外表面散热速度对于建筑节能具有非同一般的意义。
1. 1 屋面
屋面受太阳辐射时间长,传热面积大,约占外表面积的20 % 。根据《浙江居住節能设计标准》(J10310-2003) 规定, 热惰性指标D≥3.0时，屋顶传热系数应≤1.0W/(m2·K) ; 热惰性指标2.5≤D＜3.0时，屋顶传热系数应≤1.0W/(m2·K) 。能满足节能设计标准的非上人屋面及上人屋面做法举例如下:
多层围护结构的热阻
R=R1+R2+Rn
代入屋面各种材料的厚度和导热系数得出
R=1.451
R0=Ri+R+Re
取Ri=0.11; Re=0.04
R0=1.601
K=1/ R0=0.62
另外,对于住宅建筑来说,屋顶的保温隔热性能的好坏,直接影响的是顶层住户的室内温度与舒适度。为减少热辐射,应尽量采用坡屋顶,一方面能够丰富建筑物造型,另一方面可以增加顶层的辅助空间,在可能的情况下,还可以进行屋顶绿化,通过植被降低屋顶太阳辐射,降低屋顶内表面温度。
1. 2 外墙
外墙是建筑物的重要围护结构,占整个外围护结构的绝大部分,其传热系数大小、热工性能好坏,直接影响着建筑物的节能效果。随着粘土砖被禁用,建筑节能的技术进步,许多新型墙体材料得到充分的利用。目前,我国现有主要的外墙外保温技术:
(1)膨胀聚苯乙烯板加薄层抹灰并用玻璃纤维加强的做法
这是目前在我国使用最多的一种外保温墙体，其中聚苯板在基层墙体上的固定方式有三种：1)采用粘结胶浆固定；2)采用机械固定物固定；3)以上两种固定方式的结合。这种做法有如下的优越性：①由于它在欧洲及美国已沿用了近三十年，在美国已建成的建筑高达44层，因此。此项技术已形成体系，粘结层、保温层与饰面层可配套使用，有较多较成熟的技术文件；②由于保温材料采用膨胀聚苯乙烯，其价格不十分昂贵，使整个系统价格适中。便于用户接受；③无复杂的施工工艺，一般施工单位经过简短培训后，便可掌握施工要领，便于技术的推广；④它集保温、防水和装饰功能于一体，具有多功能性；⑤整个系统具有较强的耐候性、良好的防水和水蒸气渗透性能；⑥有多种颜色和纹理的面层涂料可供选择，与整个系统配套使用。
(2)采用挤塑聚苯乙烯为外保温材料的墙体
挤塑聚苯乙烯是近年来发展起来的一种新型保温材料。目前，挤塑聚苯乙烯与基层墙体的固定方式主要采用机械固定件。这种材料的优点在于：1)挤塑聚苯乙烯具有致密的表层及闭孔结构内层。其导热系数大大低于同厚度的膨胀聚苯乙烯，因此具有较膨胀聚苯乙烯更好的保温隔热性能。对同样的建筑物外墙，其使用厚度可小于其它类型的保温材料；2)由于内层的闭孔结构。因此它具有良好的抗湿性，在潮湿的环境中，仍可保持良好的保温隔热性能；3)适用于冷库等对保温有特殊要求的建筑，也可用于外墙饰面材料为面砖或石材的建筑，4)由于挤塑聚苯乙烯与基层墙体的固定方式土要采用机械固定件。在冬季可照常施工。
(3)采用单面钢耸网架聚苯板的外墙外保温
这是近年来发展起来的、用于现浇混凝土建筑中的一种外墙刘、保温体系。它有以下优点：1)这种体系在施工时。是将钢丝网架聚苯板置于将要浇注的外墙外模的内侧，外保温板和墙体一次成活，拆模后保温板与墙体合而为一，因此节省了人力、时间以及安装费用；2)所选用的钢丝网架聚苯板块大、质轻，易于施工；3)施工操作易掌握。冬季可照常施工；4)聚苯板外侧挂有钢丝网，外饰面可用面砖。 目前，此体系主要用于现浇混凝土多、高层住宅，它的构造节点、安装工艺等还有待于进一步完善。
(4)保温膏料用于外墙外保温
近年来，保温膏料也开始应用于建筑外墙外保温。它的优点在于：1)保温膏料的粘结层、保温层与装饰层已形成体系，便于配套使用；2)保温浆料用于外墙外保温时，对基层墙体平整度要求不高，易于在各种形状的基层墙体上施工；3)施工工艺比较简单，操作易掌握；4)有些保温桨料的材料中采用回收废聚苯颗粒作为轻骨料，节能利废，有利于保护环境；5)可用于修补墙体抹灰面层的裂缝。
(5)聚合物保温砂浆与聚苯颗粒用于外墙保温
聚合物保温砂浆是指以表面熔结型膨胀珍珠岩（玻化微珠）为主，辅以改性膨胀珍珠岩为保温骨料、水泥为胶凝材料、粉煤灰为主要填充材料、聚丙烯单丝短纤维为增强抗裂材料以及各种特殊聚合物外加剂制成的建筑外墙保温砂浆材料，聚合物保温砂浆防水性好、抗裂性强、易于施工的性能特点。聚苯颗粒具有容重轻、导热系数小的良好保温性能，颗料本身具有一定弹性，在保温胶粉料的包裹下形成具有一定强度的亚弹性体，可以减少受外界自然条件影响产生的膨胀、收缩变形。
以上几种外墙外保温技术，由于采用的材料与施工工艺有所不同，因此各自的适用范围也不尽相同。使用中。应根据所设计的建筑的造价、地理位置等各方面的因素进行选择。
外墙自保温技术是指采用墙体自身材料保温,优点是投资小,耐久性、耐冲击性好,使用年限与建筑物同步,适合应用在框架结构建筑中。例如:蒸压加气混凝土墙及条板外墙。在条件许可的情况下可考虑尽量选用自保温体系,少用外保温体系及内保温体系。
1. 3 门窗
门是人们进出房间和室内外的通行口, 也兼有采光和通风的作用,而窗的作用主要是采
光和通风。门、窗是建筑物中的一个重要组成部分,同时,它们也是隔热的薄弱环节。就窗而言,窗的散热量约为围护结构散热量的2 ～ 3 倍。如240 砖墙的Ko = 1.8 W/ (m2 ·K) ,而单层窗的Ko = 5.0 W/ (m2·K) , 双层窗的Ko = 2.3 W/(m2·K) ,不难看出,窗口的面积越大,散热量也随之增大。
门窗一般由门窗框和玻璃构成,传热系数不易控制。随着人们生活水平的提高和建筑设计的需要,外窗面积不断增加,在这种情况下,必须提高对外窗热工性能的要求,才能真正做到住宅的节能。具体注意事项及措施包括:
1) 在设计中应严格控制外墙的窗墙比,在满足使用功能情况下窗洞尽量小。
2) 尽量少采用凸窗、飘窗、落地窗,不用玻璃幕墙,以减少窗户的散热面积。
3) 加强门窗的气密性及保温性能,尽量减少空气渗透带来的能量消耗。
4) 选用节能型门窗,一般住宅采用中空玻璃以增加窗的热阻,又能取得很好的隔音效果。
5) 在单元出入口,最好设计保温外门,采用智能化门铃系统,既能较好解决楼梯间保温性能,又能对整个单元起到安全防护的作用。
2、 住宅建筑节能发展趋势
未来住宅建筑节能的发展趋势是利用可再生的天然能源,以实现住宅节能的可持续发展。在研究可再生能源在住宅建筑中的应用过程中,建筑、规划与设备专业应发挥各自的专业特点,探求利用自然界的天然可再生能源来达到节约能耗的目的。
2.1 太阳能的开发利用
太阳能是一种洁净的可再生能源,我国有着十分丰富的太阳能资源,大多数地区年平均日辐射量在4 KW·h/ m2 以上,2/ 3 以上地区的年日照大于2000 h ,太阳能资源的理论储量达每年17 ×1014 t 标准煤,同美国相近,比欧洲、日本优越得多。利用太阳能减少建筑能耗和改善建筑物环境是建筑技术发展的一个重要方向。在住宅建筑设计中应充分利用好太阳能,鼓励使用太阳能热水器,用太阳能灶烧饭、取暖。
在国际上,太阳能电池板(solar panel) 已越来越广泛的应用到各种新式住宅中。太阳能装置如何与建筑一体化是近年来的一个热点问题,国外近年来出现了一些能够与建筑外墙、窗户完美结合的工程实例。如美国加州在新盖的房屋中采用了Pow2erLight 制的太阳能照明瓦片(solar tile) (图4) ,PowerLight 的SunTiles 太阳能瓦嵌入到屋顶,其外观看起来不会像传统太阳能板那么刺眼。这些住宅还采用了节能的热水器与暖气系统。
图4 采用了太阳能照明瓦片的屋顶细部
2. 2 地下冷源和热源的利用
由于地表以下受气候影响小,在炎热的夏季地表深层温度较低,在寒冷的冬季地表深层温度较高,将空气或水送入埋置在地下的导管,可以利用地温降低或提高空气和水的温度再循环至室内去以调节室内温度。目前此种方式处于试验阶段,有很好的发展前景。
3、 结 语
建筑节能不仅能改善居住热环境、利于人体健康、节约能源,还能带动新型节能材料的开发和节能设备的使用。建立生态建筑思想,尊重自然环境,用科学技术,经济效益和社会效益相统一的方法进行规划和设计,将节能意识贯穿于设计的每一个环节,积极探索建筑节能途径与技术措施,对促进整个社会的和谐发展、可持续发展具有深远的意义。此外,在建筑与规划设计中重视可再生能源的开发利用,也是今后住宅节能的发展趋势。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词: 住宅； 建筑设计； 节能措施
1、 建筑构造设计节能措施
住宅的节能指标包括建筑物耗热量指标和耗煤量指标。其中建筑物总传热耗热量的一半以上是由于外围护结构的传热损失的。因此,在住宅的内外空间布局和环境确定之后,强化外围护结构的保温隔热性能,增强建筑的热稳定性,减缓其外表面散热速度对于建筑节能具有非同一般的意义。
1. 1 屋面
屋面受太阳辐射时间长,传热面积大,约占外表面积的20 % 。根据《浙江居住節能设计标准》(J10310-2003) 规定, 热惰性指标D≥3.0时，屋顶传热系数应≤1.0W/(m2·K) ; 热惰性指标2.5≤D＜3.0时，屋顶传热系数应≤1.0W/(m2·K) 。能满足节能设计标准的非上人屋面及上人屋面做法举例如下:
多层围护结构的热阻
R=R1+R2+Rn
代入屋面各种材料的厚度和导热系数得出
R=1.451
R0=Ri+R+Re
取Ri=0.11; Re=0.04
R0=1.601
K=1/ R0=0.62
另外,对于住宅建筑来说,屋顶的保温隔热性能的好坏,直接影响的是顶层住户的室内温度与舒适度。为减少热辐射,应尽量采用坡屋顶,一方面能够丰富建筑物造型,另一方面可以增加顶层的辅助空间,在可能的情况下,还可以进行屋顶绿化,通过植被降低屋顶太阳辐射,降低屋顶内表面温度。
1. 2 外墙
外墙是建筑物的重要围护结构,占整个外围护结构的绝大部分,其传热系数大小、热工性能好坏,直接影响着建筑物的节能效果。随着粘土砖被禁用,建筑节能的技术进步,许多新型墙体材料得到充分的利用。目前,我国现有主要的外墙外保温技术:
(1)膨胀聚苯乙烯板加薄层抹灰并用玻璃纤维加强的做法
这是目前在我国使用最多的一种外保温墙体，其中聚苯板在基层墙体上的固定方式有三种：1)采用粘结胶浆固定；2)采用机械固定物固定；3)以上两种固定方式的结合。这种做法有如下的优越性：①由于它在欧洲及美国已沿用了近三十年，在美国已建成的建筑高达44层，因此。此项技术已形成体系，粘结层、保温层与饰面层可配套使用，有较多较成熟的技术文件；②由于保温材料采用膨胀聚苯乙烯，其价格不十分昂贵，使整个系统价格适中。便于用户接受；③无复杂的施工工艺，一般施工单位经过简短培训后，便可掌握施工要领，便于技术的推广；④它集保温、防水和装饰功能于一体，具有多功能性；⑤整个系统具有较强的耐候性、良好的防水和水蒸气渗透性能；⑥有多种颜色和纹理的面层涂料可供选择，与整个系统配套使用。
(2)采用挤塑聚苯乙烯为外保温材料的墙体
挤塑聚苯乙烯是近年来发展起来的一种新型保温材料。目前，挤塑聚苯乙烯与基层墙体的固定方式主要采用机械固定件。这种材料的优点在于：1)挤塑聚苯乙烯具有致密的表层及闭孔结构内层。其导热系数大大低于同厚度的膨胀聚苯乙烯，因此具有较膨胀聚苯乙烯更好的保温隔热性能。对同样的建筑物外墙，其使用厚度可小于其它类型的保温材料；2)由于内层的闭孔结构。因此它具有良好的抗湿性，在潮湿的环境中，仍可保持良好的保温隔热性能；3)适用于冷库等对保温有特殊要求的建筑，也可用于外墙饰面材料为面砖或石材的建筑，4)由于挤塑聚苯乙烯与基层墙体的固定方式土要采用机械固定件。在冬季可照常施工。
(3)采用单面钢耸网架聚苯板的外墙外保温
这是近年来发展起来的、用于现浇混凝土建筑中的一种外墙刘、保温体系。它有以下优点：1)这种体系在施工时。是将钢丝网架聚苯板置于将要浇注的外墙外模的内侧，外保温板和墙体一次成活，拆模后保温板与墙体合而为一，因此节省了人力、时间以及安装费用；2)所选用的钢丝网架聚苯板块大、质轻，易于施工；3)施工操作易掌握。冬季可照常施工；4)聚苯板外侧挂有钢丝网，外饰面可用面砖。 目前，此体系主要用于现浇混凝土多、高层住宅，它的构造节点、安装工艺等还有待于进一步完善。
(4)保温膏料用于外墙外保温
近年来，保温膏料也开始应用于建筑外墙外保温。它的优点在于：1)保温膏料的粘结层、保温层与装饰层已形成体系，便于配套使用；2)保温浆料用于外墙外保温时，对基层墙体平整度要求不高，易于在各种形状的基层墙体上施工；3)施工工艺比较简单，操作易掌握；4)有些保温桨料的材料中采用回收废聚苯颗粒作为轻骨料，节能利废，有利于保护环境；5)可用于修补墙体抹灰面层的裂缝。
(5)聚合物保温砂浆与聚苯颗粒用于外墙保温
聚合物保温砂浆是指以表面熔结型膨胀珍珠岩（玻化微珠）为主，辅以改性膨胀珍珠岩为保温骨料、水泥为胶凝材料、粉煤灰为主要填充材料、聚丙烯单丝短纤维为增强抗裂材料以及各种特殊聚合物外加剂制成的建筑外墙保温砂浆材料，聚合物保温砂浆防水性好、抗裂性强、易于施工的性能特点。聚苯颗粒具有容重轻、导热系数小的良好保温性能，颗料本身具有一定弹性，在保温胶粉料的包裹下形成具有一定强度的亚弹性体，可以减少受外界自然条件影响产生的膨胀、收缩变形。
以上几种外墙外保温技术，由于采用的材料与施工工艺有所不同，因此各自的适用范围也不尽相同。使用中。应根据所设计的建筑的造价、地理位置等各方面的因素进行选择。
外墙自保温技术是指采用墙体自身材料保温,优点是投资小,耐久性、耐冲击性好,使用年限与建筑物同步,适合应用在框架结构建筑中。例如:蒸压加气混凝土墙及条板外墙。在条件许可的情况下可考虑尽量选用自保温体系,少用外保温体系及内保温体系。
1. 3 门窗
门是人们进出房间和室内外的通行口, 也兼有采光和通风的作用,而窗的作用主要是采
光和通风。门、窗是建筑物中的一个重要组成部分,同时,它们也是隔热的薄弱环节。就窗而言,窗的散热量约为围护结构散热量的2 ～ 3 倍。如240 砖墙的Ko = 1.8 W/ (m2 ·K) ,而单层窗的Ko = 5.0 W/ (m2·K) , 双层窗的Ko = 2.3 W/(m2·K) ,不难看出,窗口的面积越大,散热量也随之增大。
门窗一般由门窗框和玻璃构成,传热系数不易控制。随着人们生活水平的提高和建筑设计的需要,外窗面积不断增加,在这种情况下,必须提高对外窗热工性能的要求,才能真正做到住宅的节能。具体注意事项及措施包括:
1) 在设计中应严格控制外墙的窗墙比,在满足使用功能情况下窗洞尽量小。
2) 尽量少采用凸窗、飘窗、落地窗,不用玻璃幕墙,以减少窗户的散热面积。
3) 加强门窗的气密性及保温性能,尽量减少空气渗透带来的能量消耗。
4) 选用节能型门窗,一般住宅采用中空玻璃以增加窗的热阻,又能取得很好的隔音效果。
5) 在单元出入口,最好设计保温外门,采用智能化门铃系统,既能较好解决楼梯间保温性能,又能对整个单元起到安全防护的作用。
2、 住宅建筑节能发展趋势
未来住宅建筑节能的发展趋势是利用可再生的天然能源,以实现住宅节能的可持续发展。在研究可再生能源在住宅建筑中的应用过程中,建筑、规划与设备专业应发挥各自的专业特点,探求利用自然界的天然可再生能源来达到节约能耗的目的。
2.1 太阳能的开发利用
太阳能是一种洁净的可再生能源,我国有着十分丰富的太阳能资源,大多数地区年平均日辐射量在4 KW·h/ m2 以上,2/ 3 以上地区的年日照大于2000 h ,太阳能资源的理论储量达每年17 ×1014 t 标准煤,同美国相近,比欧洲、日本优越得多。利用太阳能减少建筑能耗和改善建筑物环境是建筑技术发展的一个重要方向。在住宅建筑设计中应充分利用好太阳能,鼓励使用太阳能热水器,用太阳能灶烧饭、取暖。
在国际上,太阳能电池板(solar panel) 已越来越广泛的应用到各种新式住宅中。太阳能装置如何与建筑一体化是近年来的一个热点问题,国外近年来出现了一些能够与建筑外墙、窗户完美结合的工程实例。如美国加州在新盖的房屋中采用了Pow2erLight 制的太阳能照明瓦片(solar tile) (图4) ,PowerLight 的SunTiles 太阳能瓦嵌入到屋顶,其外观看起来不会像传统太阳能板那么刺眼。这些住宅还采用了节能的热水器与暖气系统。
图4 采用了太阳能照明瓦片的屋顶细部
2. 2 地下冷源和热源的利用
由于地表以下受气候影响小,在炎热的夏季地表深层温度较低,在寒冷的冬季地表深层温度较高,将空气或水送入埋置在地下的导管,可以利用地温降低或提高空气和水的温度再循环至室内去以调节室内温度。目前此种方式处于试验阶段,有很好的发展前景。
3、 结 语
建筑节能不仅能改善居住热环境、利于人体健康、节约能源,还能带动新型节能材料的开发和节能设备的使用。建立生态建筑思想,尊重自然环境,用科学技术,经济效益和社会效益相统一的方法进行规划和设计,将节能意识贯穿于设计的每一个环节,积极探索建筑节能途径与技术措施,对促进整个社会的和谐发展、可持续发展具有深远的意义。此外,在建筑与规划设计中重视可再生能源的开发利用,也是今后住宅节能的发展趋势。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。