住宅节能及太阳能与建筑“一体化”设计

蒋 雪

[摘要]随着我国经济的快速发展和人们生活水平的不断提高,住宅能耗占我国能源总消费量的比例还在逐年上升,通过科学合理的建筑节能设计,尽可能的采用可再生新能源,使建筑可持续发展。

[关键词]能源短缺住宅节能太阳能建筑“一体化”设计

中图分类号:TU2文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0820082-01

能源问题已成为当今世界共同关注的问题,能源短缺成为制约经济发展的重要因素。住宅作为人类生活中的重要场所,在其建设与使用过程中,不可避免地需要消耗大量的能源和资源,并且随着我国经济的快速发展和人们生活水平的不断提高,住宅能耗占我国能源总消费量的比例逐年上升。在我国建设节能住宅,推广住宅节能设计以及开发利用新能源——太阳能已经是迫在眉睫的工作了。

一、住宅节能设计

(一)合理规划节能居住小区。首先正确选择房屋的最佳方位,充分利用太阳能。合理的确定建筑位置与朝向,使每幢建筑能接收更多的太阳辐射热能,在确定建筑的方位时首先应考虑环境情况,按其太阳高度角做出日影响图,以确定冬季每天的日照时间通过朝向和周围环境的合理布局,不但对太阳能加以自然利用,而且也节约了常规能源。住宅内小区的道路设计尽量选用可渗透地面或可渗透地砖,这不仅可以蓄积大量的雨水,缓解城市的“热岛效应”,改善环境质量,而且可以缓解对城市下水管网和污水处理管网的压力。

(二)优化围护结构屋面设计。在多层建筑围护结构中,屋顶所占面积较小,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。目前,大多数住宅仍采用平屋顶,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。据资料显示,坡屋面比平屋面大约节约20-30%的能耗。所以平屋面的隔热效果不如坡屋面。而且平屋面的防水较为困难,且耗能较多。在设计工作中,尽量采用坡屋面,并内置保温隔热材料,这样不仅可提高屋面的热工性能,还可以提供更多的使用空间,也有利于防水,并有检修维护费用低、耐久之优点。特别是随着建筑材料技术的发展,用于坡屋面的坡瓦材料形式多,色彩选择广,改变了建筑千篇一律的平屋面单调风格,丰富了建筑艺术造型,对点缀建筑空间起到很好的装饰作用。

(三)优化围护结构外墙设计。房屋单体设计时,尽量减少体形系数。一般来讲,体形系数越小,节能效果越好。考虑到对西山墙太阳的遮挡,在西山墙门窗处设置遮阳设施,同时在考虑外墙面的保温隔热时,对西山墙部位重点处理。另外,将门和楼梯间内墙当作外墙近似处理。围护结构的保温材料布置分外侧和内侧,在寒冷地区的同一气候条件下,由于材料层次布置不同所取得的保温效果也不尽相同,为防止墙体内产生冷凝水,保温层尽量设在外侧。由于混凝土空心砌块保温效果好,又具有一定强度,在工程中也较为常用。

(四)住宅窗户的节能设计。窗户是建筑必不可少的组成部分,其长期使用能耗约占整个建筑长期使用能耗的50%,十分可观,因此窗户的节能是建筑节能的重要突破口。窗户系统的选择不仅很大程度地影响着建筑能耗,同时显著影响室内环境的热舒适性。合理选择窗户材料和设计窗户结构,对降低建筑耗能、节约费用和设计开发节能新产品都具有十分重要的意义。另外,在建筑设计时,严格按照《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》JGJ26-95第4.2.4条规定,不同朝向窗墙面积比不超过以下数值:北向0.25,东、西向0.30,南向0.35。尽量减少冬季窗户的能耗。建筑南向开窗面积尽可能大些,在满足采光条件下,北向、东向窗尽可能小些,从而获得更多的太阳光线,减少热损失,保持室内舒适的温度环境。

二、太阳能与建筑“一体化”设计

太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的可再生能源,已为人们的生活带来很多方便,也成为世界各国开发新能源的主要方向和目标。我国太阳能的热利用特别是太阳能光热利用技术日趋成熟,而太阳能的利用和建筑一体化这项新的课题引起了各界的关注和重视,它将为社会节约大量能源,净化环境,造福民众。太阳能与住宅建筑一体化设计在高层住宅、多层住宅和别墅中均可得到广泛的应用。

(一)高层住宅。高层住宅本身就标志着现代科学技术在建筑工程领域的成就,太阳能热水器一体化的设计可与之相辅相成。由于管线和住户密度的原因,高层建筑中的太阳能集热器常常安装在墙面和阳台,顶部的集热器只能为上部几层提供热水。集热器可以集中连续布置,也可以与窗或阳台的凹凸处理结合形成竖向的划分,使整个建筑在垂直方向上形成强烈的韵律感。太阳能热水器的水箱放置于室内,不破坏立面整体效果。太阳能集热器由于采用了吸收性涂层而具备特殊的色泽和质感,其表面非常光亮,如果将其与高层顶部的电梯间或水箱间结合,既可以起到装饰的作用,也能为上部几层的住户提供生活热水。

(二)多层住宅和别墅。多层住宅太阳能热水器一体化设计首先可以从形式和体量出发,由于集热器需要南向的坡屋面或墙作为安装的依托,争取尽量多的实体面积和可利用空间就成为一体化住宅形体设计的指导思想。通常可以其横断面类似于台阶或三角形的位置来安放集热器。在一些住宅中,常采用大面积的玻璃窗,同时配备遮阳构件,而利用出挑的集热板充当遮阳体,由它形成的阴影增加了造型的虚实对比和空间的层次,可达到一物多用的效果。

(三)在住宅建筑中的安放位置的问题。太阳能热水器一体化住宅外观设计的美学原则和手法以及构造方案与系统选择,是建筑师对太阳能热水系统所做的二次产品设计和加工,是实现“一体化”的关键步骤。内容包括安装部位选择和构造方案设计,既要考虑到保证太阳能热水器的工作效率,又要与住宅的结构、使用功能以及美观相协调。为了保证足够的日照时数,集热器可能的安装位置包括屋顶和南向的外墙和阳台。当太阳能热水器安装在屋顶时,由于其位置较高,可以形成自然压力,管路选择比较灵活,相应集热器类型也有较大的自由度。就热水器的安装而言,平屋顶的施工比较方便,集热器或支架与屋顶结构的连接技术难度较小。而且平屋顶在一般视点是无法看到的,因此不需过多考虑集热器的外形与建筑立面的协调。而坡屋顶安装太阳能热水器,根据其坡度不同,可以直接将集热器安装在屋顶,也可以用支架安装,但都要做到不影响房屋的使用和外观,施工时应注意防水的问题;在墙面或阳台安装太阳能热水器,可以减小管路的长度。对于高层住宅是其他安装方式不能替代的。而且其位置往往处于立面的视觉焦点,可以成为立面构成的重要因素,这也更加符合一体化设计的思想。由于与用水端没有足够的高差,所以在墙面或阳台安装的系统必须采用顶水式管路。且应选择集热器与储水箱分离的系统,可以减小坠落伤人的概率和对建筑立面的影响。

三、结束语

在世界能源供给结构转轨的大趋势下,不考虑建筑节能而建造的房屋,终有一日会因为没有能源可用,终被社会淘汰。呼吁建筑节能,很重要的一点就在于减少使用石油、天然气等不可再生资源,通过科学合理的建筑节能设计,尽可能的采用可再生新能源,使建筑可持续发展。

作者简介:

蒋雪(1972-),女,1995年7月毕业山东建筑大学建筑学专业,现山东省平邑县建设局工程师。