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摘要：本文根据笔者近几年工作经验，分析了节能型住宅建筑设计工作中影响建筑能耗的因素，并探讨了其节能方案。
关键词：住宅建筑；节能设计；方案
中图分类号：TU2
一、引言
住宅区的规划应根据当地的气候特点，因地制宜，使建筑群的规划布置和建筑物的平面布置有利于自然通风，保留自然水域面积，增加植被绿化，减少硬化地面，形成小区微气候。规划中还应注意尽可能争取最有利的建筑朝向，采用南北向或接近南北向，使建筑冬季可以增加太阳辐射热，夏季可以减少太阳辐射热，且与当地夏季的主导风向一致。建筑物的单体设计应控制其体型系数，将体型系数控制在一个较低的水平上，以减少其围护结构的传热损失，降低建筑能耗。夏热冬暖地区居住建筑的平面布置还应有利于组织夏季凉爽时间的穿堂风。
二、影响建筑能耗因素
影响建筑能耗最主要的原因是建筑围护结构保温隔热性能的优劣，我国现有居住建筑围护结构的热工性能普遍较低，直接影响了室内热舒适度。比如处于夏热冬暖地区，夏天普遍需要空调，建筑整体的耗能量大。因此，我国制定的三个地区的居住建筑节能设计标准，都把提高建筑围护结构的热工性能作为核心内容，这也是建筑节能的最有效手段。
三、建筑节能的方法
建筑围护结构主要包括屋顶、外墙和外窗三个部分：屋顶采用高效的保温隔热屋面，其传热系数、热惰性指标应满足标准规定，有条件的可采取屋顶绿化等措施，降低夏季太阳辐射得热，外墙应研究并推广具有低热转移值的外墙材料，采用新型节能墙体材料，如加气混凝土砌块等，建筑外墙的热功能性应满足标准的规定。南方地区建筑外墙保温隔热措施还包括外墙表面采用浅色设计，以反射太阳辐射热，一般东、西面外墙采用构架或爬藤植物遮阳，还可采用中空墙体结构，形成隔热的空气间层等；外窗，建筑围护结构热功性能最薄弱的环节是窗户，在建筑能耗方面，铝、钢、塑窗散热量平均约占建筑外围护结构总散热量的50％。因此，控制窗墙比，提高窗户的保温隔热性能，是提高建筑外围护结构节能指标的有效途径。一方面，在保证居室采光通风条件的前提下，控制窗墙比，减少外墙传递的热量；另一方面，推广应用新型节能门窗，满足节能和使用要求。根据研究表明，建筑节能大致有以下几个方法：l屋面节能；2墙体节能；3门窗节能；
(一)屋面节能
我国的可利用能源是极为有限的，这已经引起了我国的高度重视提高建筑围护结构的保温性能是降低建筑能耗的关键。屋顶作为一种建筑物外围层室内温度围护结构所造成的室内外温差传热耗热量，大于任何一面外墙或地面的耗热量。因此，提高屋面的保温隔热性能，对提高抵抗夏季室外热作用的能力尤其重要，这也是减少空调能耗，改善室内热环境的一个重要措施。在建筑围护结构中，屋顶所占面积较小，能耗约占总能耗的8％～10％。因此，加强屋顶保温节能对建筑造价影响不大，节能效益却很明显。主要有下面三种方法：
1、倒置式屋面
传统屋面工程中通常用的保温材料如水泥膨胀珍珠岩、水泥蛭石、矿棉岩棉等都是非憎水性的，这类保温材料如果吸湿后，其导热系数将陡增。因此普通保温屋面中需在保温层上做防水层，在保温层下做隔气层，从而增加造价，使构造复杂化。其次，防水材料暴露于最上层，加速其老化，缩短了防水层的使用寿命，故应在防水层上加做保护层，这又将增加额外的投资。再次，对于封闭式保温层而言，施工中因受天气、工期等影响，很难做到其含水率相当于自然风干状态下的含水率：如因保温层和找平层干燥困难而采用排气屋面的话，则由于屋面上伸出大量排气孔，不仅影响屋面使用和观瞻，而且人为地破坏了防水层的整体性，排气孔上防雨盖又常常容易碰踢脱落，反而使雨水灌入孔内。正因为存在这些问题，现在工程中经常采用倒置式屋面，所谓倒置式屋面，就是将传统屋面构造中的保温层与防水层颠倒，把保温层放在防水层的上面。这种保温层强调“憎水性”保温材料，如挤塑聚苯板等。倒置式屋面能够最大程度减少上述不利因素的影响，保证屋面的节能效果。
2、屋面绿化
(1)屋面绿化对周围环境的影响。建筑屋顶绿化可明显降低建筑物周围环境温度0.5~4℃，而建筑物周围环境的温度每降低1℃，建筑物内部空调的容量可降低6%。对低层大面积的建筑物，由于屋面面積比墙面面积大，夏季从屋面进入室内的热量占总围护结构的热量的70％以上；绿化屋面外表面最高温度比不绿化的屋面外表面最高温度(60℃以上)可低20℃以上。而且城市中心地区热气流上升时，能得到绿化地带比较凉爽空气流的自然补充，达到调节城市气候的效果。同时不论北方或南方，种植屋面保温效果都很明显，特别是干旱地区，入冬后草木枯死，土壤干燥，保温性能更佳，保温效果随土层增厚而增加。而增加种植屋顶有很好的热惰性，不随大气气温骤然升高或骤然下降而大幅波动。绿色植物可吸收周围的热量，其中大部分用于蒸发作用和光合作用，所以绿地温度增加并不强烈，一般绿地中的地温要比空旷广场低10～17.8℃。
(2)绿化屋面的荷载及植被。屋顶绿化与地面绿化的一个重要区别就是种植层荷重。应根据屋顶的不同荷载以及植物配置要求，制定出种植层高度。种植土宜采用轻质材料(如珍珠岩、蛭石、草炭腐殖土等)。种植层容器材料也可采用竹、木、工程塑料、Pvc等以减轻荷重。若屋顶覆土厚度超过允许值时，可能会导致屋顶钢筋硅板产生塑性变形裂缝，从而造成渗漏。所以必须严格按照规范确定覆土层厚度。
3、浅色坡屋面
现在大部分的住宅依然采用平屋顶，在太阳辐射最强的中午时间，太阳光线对于坡屋面是斜射的，而对于平屋面是正射的，深暗色的平屋面仅反射不到30％的日照，而非金属浅色的坡屋面至少反射65％的日照，而且平屋面的防水较为困难，且耗能较多。若将平屋面改为坡屋面，在坡屋顶内铺钉玻璃棉毡或岩棉毡，不仅可提高屋面的热工性能，还有可能提供新的使用空间(顶层面积可增加约60％)，也有利于防水，并有检修维护费用低、耐久之优点。在中小型建筑如居住、别墅及城市大量平改坡屋面中被广泛应用。
(二)墙体节能
墙体是建筑外围护结构的主体，墙体的节能设计直接影响到建筑的耗能。根据保温隔热材料在围护结构的使用部位不同，分为内墙保温隔热材料和外墙保温隔热材料；根据节能保温材料的状态不同分为板材(固体)保温隔热材料和浆体保温隔热材料。广义上讲，板材保温隔热材料，使用地区和范围比较故其可以在外墙外保温工程中使用，也可以在外墙内保温工程中使用。板材保温隔热材料的保温主体可以是发泡型聚苯乙烯板、挤出型聚苯乙烯板、岩棉板、玻璃棉板等不同材料。板材保温隔热材料又可分为单一保温隔热材料和系统保温隔热材料。
1、单一保温隔热材料，是保温工程应用的主体。如：发泡型聚苯乙烯板、挤出型聚苯乙烯板、岩棉板、玻璃棉板等。2、系统保温隔热材料是指将单一保温材料与其他辅助材料复合而成为一个系统，称为系统保温隔热材料现有的系统保温材料有如下几种：(1)外墙外保温系统：发泡型聚苯乙烯板(或挤出型聚苯乙烯板)+耐碱玻纤网布+含有胶粘剂的聚合物砂浆(2)内保温系统：发泡型聚苯乙烯板(或挤出型聚苯乙烯板)+纸面石膏板、GRc保温板(发炮型聚苯乙烯板与水泥砂浆复合)、岩棉夹心保温板、增强水泥聚苯保温板等。
(三)门窗节能
门窗往往是建筑围护结构中保温、隔热和节能的薄弱环节。提高建筑玻璃材料的热工性能，目的是控制窗或幕墙表面温度冬季过低、夏季过高，节省采暖或制冷能耗。由于玻璃的传热能力比砖墙大许多，所以充分利用保温隔热性能好的玻璃窗能有效降低建筑物的能耗。改善门窗绝热性能的首要措施是增加窗玻璃层数，在内外层玻璃之间形成封闭空气层。同时在窗上加贴透明聚酯膜也是个有效的方法；还可以加设门窗密封条提高门窗气密性。
当前使用的几种节能玻璃材料主要有镀膜玻璃、中空玻璃和带薄膜型热反射材料玻璃。镀膜玻璃主要有太阳能热反射玻璃、低辐射玻璃和多功能镀膜玻璃。从国内外玻璃材料围护结构的节能设计来看，通常主要采用以下几种方法：
1、根据建筑的性质、使用功能以及建筑所处的气候环境条件来设计窗、幕墙，对建筑的窗墙比应有一定的控制。因为窗户面积率直接影响建筑的采光及采暖空调的能耗，一般窗墙比应控制在0.3左右。尤其在严寒地区和炎热地区，在设计大面积采用玻璃门窗和幕墙时，要选择采光、隔声热工性能良好的新型玻璃材料。根据不同地区选择不同的热反射玻璃、Low-E复层玻璃(中空玻璃)以及保温玻璃等材料。
2、根据建筑日照设计原理，合理设计窗户遮阳措施，减小玻璃面的日照面积，降低夏季空调能耗。在进行遮阳设计时要考虑各个地区气候特点，对于冬冷夏热地区冬季需要日照、夏季需要遮阳，应采用活动式遮阳措施。在设计遮阳构造时要结合玻璃门窗、幕墙建筑的整体艺术效果，材料与颜色进行考虑，而且形式要简单、美观，便于清洗、安装。
四、结语语：
综上所述，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。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。但是要想实现建筑领域真正节能，还需要建筑界及相关部门同仁不懈的努力。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：住宅建筑；节能设计；方案
中图分类号：TU2
一、引言
住宅区的规划应根据当地的气候特点，因地制宜，使建筑群的规划布置和建筑物的平面布置有利于自然通风，保留自然水域面积，增加植被绿化，减少硬化地面，形成小区微气候。规划中还应注意尽可能争取最有利的建筑朝向，采用南北向或接近南北向，使建筑冬季可以增加太阳辐射热，夏季可以减少太阳辐射热，且与当地夏季的主导风向一致。建筑物的单体设计应控制其体型系数，将体型系数控制在一个较低的水平上，以减少其围护结构的传热损失，降低建筑能耗。夏热冬暖地区居住建筑的平面布置还应有利于组织夏季凉爽时间的穿堂风。
二、影响建筑能耗因素
影响建筑能耗最主要的原因是建筑围护结构保温隔热性能的优劣，我国现有居住建筑围护结构的热工性能普遍较低，直接影响了室内热舒适度。比如处于夏热冬暖地区，夏天普遍需要空调，建筑整体的耗能量大。因此，我国制定的三个地区的居住建筑节能设计标准，都把提高建筑围护结构的热工性能作为核心内容，这也是建筑节能的最有效手段。
三、建筑节能的方法
建筑围护结构主要包括屋顶、外墙和外窗三个部分：屋顶采用高效的保温隔热屋面，其传热系数、热惰性指标应满足标准规定，有条件的可采取屋顶绿化等措施，降低夏季太阳辐射得热，外墙应研究并推广具有低热转移值的外墙材料，采用新型节能墙体材料，如加气混凝土砌块等，建筑外墙的热功能性应满足标准的规定。南方地区建筑外墙保温隔热措施还包括外墙表面采用浅色设计，以反射太阳辐射热，一般东、西面外墙采用构架或爬藤植物遮阳，还可采用中空墙体结构，形成隔热的空气间层等；外窗，建筑围护结构热功性能最薄弱的环节是窗户，在建筑能耗方面，铝、钢、塑窗散热量平均约占建筑外围护结构总散热量的50％。因此，控制窗墙比，提高窗户的保温隔热性能，是提高建筑外围护结构节能指标的有效途径。一方面，在保证居室采光通风条件的前提下，控制窗墙比，减少外墙传递的热量；另一方面，推广应用新型节能门窗，满足节能和使用要求。根据研究表明，建筑节能大致有以下几个方法：l屋面节能；2墙体节能；3门窗节能；
(一)屋面节能
我国的可利用能源是极为有限的，这已经引起了我国的高度重视提高建筑围护结构的保温性能是降低建筑能耗的关键。屋顶作为一种建筑物外围层室内温度围护结构所造成的室内外温差传热耗热量，大于任何一面外墙或地面的耗热量。因此，提高屋面的保温隔热性能，对提高抵抗夏季室外热作用的能力尤其重要，这也是减少空调能耗，改善室内热环境的一个重要措施。在建筑围护结构中，屋顶所占面积较小，能耗约占总能耗的8％～10％。因此，加强屋顶保温节能对建筑造价影响不大，节能效益却很明显。主要有下面三种方法：
1、倒置式屋面
传统屋面工程中通常用的保温材料如水泥膨胀珍珠岩、水泥蛭石、矿棉岩棉等都是非憎水性的，这类保温材料如果吸湿后，其导热系数将陡增。因此普通保温屋面中需在保温层上做防水层，在保温层下做隔气层，从而增加造价，使构造复杂化。其次，防水材料暴露于最上层，加速其老化，缩短了防水层的使用寿命，故应在防水层上加做保护层，这又将增加额外的投资。再次，对于封闭式保温层而言，施工中因受天气、工期等影响，很难做到其含水率相当于自然风干状态下的含水率：如因保温层和找平层干燥困难而采用排气屋面的话，则由于屋面上伸出大量排气孔，不仅影响屋面使用和观瞻，而且人为地破坏了防水层的整体性，排气孔上防雨盖又常常容易碰踢脱落，反而使雨水灌入孔内。正因为存在这些问题，现在工程中经常采用倒置式屋面，所谓倒置式屋面，就是将传统屋面构造中的保温层与防水层颠倒，把保温层放在防水层的上面。这种保温层强调“憎水性”保温材料，如挤塑聚苯板等。倒置式屋面能够最大程度减少上述不利因素的影响，保证屋面的节能效果。
2、屋面绿化
(1)屋面绿化对周围环境的影响。建筑屋顶绿化可明显降低建筑物周围环境温度0.5~4℃，而建筑物周围环境的温度每降低1℃，建筑物内部空调的容量可降低6%。对低层大面积的建筑物，由于屋面面積比墙面面积大，夏季从屋面进入室内的热量占总围护结构的热量的70％以上；绿化屋面外表面最高温度比不绿化的屋面外表面最高温度(60℃以上)可低20℃以上。而且城市中心地区热气流上升时，能得到绿化地带比较凉爽空气流的自然补充，达到调节城市气候的效果。同时不论北方或南方，种植屋面保温效果都很明显，特别是干旱地区，入冬后草木枯死，土壤干燥，保温性能更佳，保温效果随土层增厚而增加。而增加种植屋顶有很好的热惰性，不随大气气温骤然升高或骤然下降而大幅波动。绿色植物可吸收周围的热量，其中大部分用于蒸发作用和光合作用，所以绿地温度增加并不强烈，一般绿地中的地温要比空旷广场低10～17.8℃。
(2)绿化屋面的荷载及植被。屋顶绿化与地面绿化的一个重要区别就是种植层荷重。应根据屋顶的不同荷载以及植物配置要求，制定出种植层高度。种植土宜采用轻质材料(如珍珠岩、蛭石、草炭腐殖土等)。种植层容器材料也可采用竹、木、工程塑料、Pvc等以减轻荷重。若屋顶覆土厚度超过允许值时，可能会导致屋顶钢筋硅板产生塑性变形裂缝，从而造成渗漏。所以必须严格按照规范确定覆土层厚度。
3、浅色坡屋面
现在大部分的住宅依然采用平屋顶，在太阳辐射最强的中午时间，太阳光线对于坡屋面是斜射的，而对于平屋面是正射的，深暗色的平屋面仅反射不到30％的日照，而非金属浅色的坡屋面至少反射65％的日照，而且平屋面的防水较为困难，且耗能较多。若将平屋面改为坡屋面，在坡屋顶内铺钉玻璃棉毡或岩棉毡，不仅可提高屋面的热工性能，还有可能提供新的使用空间(顶层面积可增加约60％)，也有利于防水，并有检修维护费用低、耐久之优点。在中小型建筑如居住、别墅及城市大量平改坡屋面中被广泛应用。
(二)墙体节能
墙体是建筑外围护结构的主体，墙体的节能设计直接影响到建筑的耗能。根据保温隔热材料在围护结构的使用部位不同，分为内墙保温隔热材料和外墙保温隔热材料；根据节能保温材料的状态不同分为板材(固体)保温隔热材料和浆体保温隔热材料。广义上讲，板材保温隔热材料，使用地区和范围比较故其可以在外墙外保温工程中使用，也可以在外墙内保温工程中使用。板材保温隔热材料的保温主体可以是发泡型聚苯乙烯板、挤出型聚苯乙烯板、岩棉板、玻璃棉板等不同材料。板材保温隔热材料又可分为单一保温隔热材料和系统保温隔热材料。
1、单一保温隔热材料，是保温工程应用的主体。如：发泡型聚苯乙烯板、挤出型聚苯乙烯板、岩棉板、玻璃棉板等。2、系统保温隔热材料是指将单一保温材料与其他辅助材料复合而成为一个系统，称为系统保温隔热材料现有的系统保温材料有如下几种：(1)外墙外保温系统：发泡型聚苯乙烯板(或挤出型聚苯乙烯板)+耐碱玻纤网布+含有胶粘剂的聚合物砂浆(2)内保温系统：发泡型聚苯乙烯板(或挤出型聚苯乙烯板)+纸面石膏板、GRc保温板(发炮型聚苯乙烯板与水泥砂浆复合)、岩棉夹心保温板、增强水泥聚苯保温板等。
(三)门窗节能
门窗往往是建筑围护结构中保温、隔热和节能的薄弱环节。提高建筑玻璃材料的热工性能，目的是控制窗或幕墙表面温度冬季过低、夏季过高，节省采暖或制冷能耗。由于玻璃的传热能力比砖墙大许多，所以充分利用保温隔热性能好的玻璃窗能有效降低建筑物的能耗。改善门窗绝热性能的首要措施是增加窗玻璃层数，在内外层玻璃之间形成封闭空气层。同时在窗上加贴透明聚酯膜也是个有效的方法；还可以加设门窗密封条提高门窗气密性。
当前使用的几种节能玻璃材料主要有镀膜玻璃、中空玻璃和带薄膜型热反射材料玻璃。镀膜玻璃主要有太阳能热反射玻璃、低辐射玻璃和多功能镀膜玻璃。从国内外玻璃材料围护结构的节能设计来看，通常主要采用以下几种方法：
1、根据建筑的性质、使用功能以及建筑所处的气候环境条件来设计窗、幕墙，对建筑的窗墙比应有一定的控制。因为窗户面积率直接影响建筑的采光及采暖空调的能耗，一般窗墙比应控制在0.3左右。尤其在严寒地区和炎热地区，在设计大面积采用玻璃门窗和幕墙时，要选择采光、隔声热工性能良好的新型玻璃材料。根据不同地区选择不同的热反射玻璃、Low-E复层玻璃(中空玻璃)以及保温玻璃等材料。
2、根据建筑日照设计原理，合理设计窗户遮阳措施，减小玻璃面的日照面积，降低夏季空调能耗。在进行遮阳设计时要考虑各个地区气候特点，对于冬冷夏热地区冬季需要日照、夏季需要遮阳，应采用活动式遮阳措施。在设计遮阳构造时要结合玻璃门窗、幕墙建筑的整体艺术效果，材料与颜色进行考虑，而且形式要简单、美观，便于清洗、安装。
四、结语语：
综上所述，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。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。但是要想实现建筑领域真正节能，还需要建筑界及相关部门同仁不懈的努力。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。