珠三角地区居住建筑节能措施探讨

王连坤，于宏



珠三角地区居住建筑节能措施探讨

王连坤1，于宏2

（1. 五邑大学 土木建筑学院，广东 江门 529020；2. 大唐国际发电股份有限公司 陡河发电厂，河北 唐山 063028）

针对南区特有的夏热冬暖气候，从建筑的总体规划和设计、结构材料和体系、外围护结构的热工性能、建筑节能新技术、政策措施等方面分析了适用于珠三角地区的居住建筑节能措施，为夏热冬暖的珠三角地区居住建筑节能设计提供参考.

珠三角地区；居住建筑；节能措施；夏热冬暖

目前我国城镇化率仅为41%，正处于工业化和城镇化快速发展阶段，但建筑能耗却已占全国总能耗的25%～30%，并接近世界能耗的平均水平（30%），单位建筑面积能耗则是发达国家的2～3倍. 为改变现状，各级政府相继出台了一系列建筑节能政策和标准，如《珠江三角洲地区改革发展规划纲要》（2008—2020年）明确提出：节约集约用地，推进城乡建设用地集约化，大力推进节能节水节材，加快工业、建筑、交通等领域的节能降耗技术改造.

珠三角地处第IV建筑气候区，属《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》（JGJ75—2003）规定的南区. 该区域夏季漫长，太阳高度角大，日照时间长，辐射强烈，雨量充沛；气温高且湿度大，气温年较差和日较差均小；建筑物的能耗主要用于夏季制冷降温，空调运行时间长. 近年来该区域建筑的节能措施引起了学者和工程技术人员的广泛关注[1-9]，但这些研究仅限于建筑设计、或外围护墙体和门窗节能，本文将综合探讨珠三角地区的居住建筑节能措施，以期大幅度降低建筑能耗，实现城市建设的可持续发展.

1 建筑规划及总体设计

珠三角地区的居住建筑节能应结合本地区气候特征，从外部空间环境构成、建筑布局和朝向以及建筑体型等方面进行考虑，创造有利于节能的微环境，以实现建筑与气候环境的和谐统一.

1.1 改善外部空间环境

建筑与其周围环境是互相影响的热系统，在建筑规划及整体设计中应重视居住建筑外部热环境对建筑节能的作用. 充分利用地势起伏、建筑体型、高度、间距等条件，采用前后错列、前疏后密等方式对小区进行规划布局，以组织好建筑群间的自然通风；利用绿化植被、水体减少太阳辐射，降低建筑室外温度，为单体建筑通风创造条件；合理运用建筑物引起的日光“阴影”，在满足城市规划、日照和防火间距的前提下，建筑物之间应有相互的阴影遮挡，以降低区域的环境温度[2]14，[3]29. 这些措施均可以改善建筑群及单体建筑的外部热环境，达到节能的目的.

1.2 合理设计建筑物的朝向和布局

良好的自然通风可以降低室内温度，减少空调使用. 珠三角地区夏季盛行东南风和西南风，在总体布局中应充分利用这一条件，合理设计建筑的朝向、间距及体量，尽量采用南北向和接近南北向布局、南面开敞等设计方法，合理组织小区内的空气流动，以保证整个居住区内良好的通风环境. 此外，由于珠三角地区太阳高度角较大，南北朝向或接近南北朝向的建筑物冬季会有适量的阳光射入室内，可增加太阳辐射热；夏季还可以减少太阳直射室内及外墙面，减少辐射热；考虑外立面开窗的大小及位置，将卧室、起居室置于建筑南面，适当加大房屋南窗的面积，并采用平开窗代替推拉窗对风产生的导向作用，以利于自然通风、散热除湿；东西向山墙通常不开窗或少开窗、开小窗，以减少热辐射；布置偏向夏季主导风向的片墙引导自然风.

1.3 控制体型系数

体型系数是建筑物外表面积与其体积之比，体型系数过小，将影响建筑造型、平面布局、采光通风等；体型系数过大，则建筑物的外表面积大，导致外围护结构的传热损失大，直接影响建筑能耗. 尽管《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 75—2003）对珠三角所在的夏热冬暖地区的南区没有规定体型系数限值，但是设计居住建筑时也应在满足建筑功能的条件下，尽量控制建筑物的体型系数.

2 结构材料和体系

钢结构住宅作为节能环保可持续发展的结构体系，技术含量和产业化程度高、取材对环境破坏小、建筑风格灵活丰富、户内有效使用面积大、节能效果好、施工周期短、自重轻、抗震性能好、有较高的性价比、适合于不同气候环境，满足绿色节能建筑和社会可持续发展的要求，因此，2005年钢结构住宅体系被建设部纳入“新的建筑业十项新技术”加以推广应用. 珠三角地区是中国改革开放的前沿，经济比较发达，在国家政策的支持下，完全有条件在居住建筑中推广应用钢结构住宅体系.

常用的钢结构体系有：钢框架体系、新型抗侧力体系、交错桁架体系、钢框架－支撑体系等[4]. 钢框架体系侧向刚度差，用于高层建筑时经济性较差；新型抗侧力体系包括钢框架－抗剪桁架体系、钢框架－剪力墙体系和钢框架－钢板剪力墙体系等，设计时可根据建筑物高度及水平力作用情况采用不同的抗侧力体系；交错桁架体系的基本组成是高度等于层高、跨度等于房屋宽度的桁架，桁架在相邻柱轴线交错布置，该体系布置灵活、楼板跨度小、结构自重轻、造价低. 在墙体平面内布置由角钢或槽钢构成的垂直支撑形成钢框架-支撑体系，支撑型式有X型、K型、人型、倒人字型、单斜杆型等. 钢框架-支撑体系不仅能有效提高钢框架的侧向刚度，减少层间位移，当房屋较高时，还比纯钢框架体系经济.

3 围护结构的节能

地处夏热冬暖地区的珠三角，夏季室内得热主要是太阳辐射和围护结构传导得热，建筑物的能耗主要用于制冷降温，空调的能耗占全部耗电量的1/3，且峰谷耗电达到2:1；因此，这一地区建筑节能的重点是提高围护结构的节能科技含量，降低空调能耗.

3.1 屋顶节能

珠三角地区太阳高度角大，阳光几乎直射平屋顶，加上日照时间长、辐射强度大，使得屋面温度高，屋顶的辐射得热量要比墙体的辐射得热量大，造成顶层住宅室内环境温度高；因此，必须对屋顶结构采取良好的隔热措施，防止大量辐射热侵入室内.

常用的屋面隔热措施有：通风屋面、浅色坡屋面、倒置式隔热屋面、种植屋面. 通风隔热构造做法由于屋顶女儿墙的挡风作用，造成架空的空气层流动性差，隔热效果不理想；浅色坡屋面能反射较多的辐射热；倒置屋面将隔热保温层置于防水层之上，由于隔热保温材料具有良好的抗湿性、抗压性、低导热和抗辐射性的优点，在夏热冬暖地区的应用有着广阔的前景[5]80；种植屋面利用植被对太阳能的吸收、转化作用，降低室外热作用而达到隔热效果，避免了强烈冷、热空气对屋面的直接影响，减小了屋顶内、外表面的温度波动幅度，改善了建筑室内、外环境. 另外，通过遮阳技术控制屋顶的太阳辐射，也可降低近70%的屋顶传热负荷.

3.2 墙体节能

3.3 外窗节能

外窗是建筑中保温隔热最薄弱的部位. 在珠三角地区，夏季由于建筑外窗的得热量中，玻璃得热是第1位，其次是窗缝隙空气渗透得热，窗框得热量最少，玻璃得热又以太阳辐射得热为主；因此，外窗的节能应控制窗墙面积比，同时尽量改善玻璃的热工性能，并减小玻璃的遮阳系数. 普通中空透明玻璃日间总得热量略低于单层玻璃，但夜间散热远不及单层玻璃，因此全天的总得热量更大，节能效果不明显[8]66. 采用单片吸热玻璃或热反射玻璃、Low-E玻璃以及这些玻璃组成的中空玻璃是比较好的选择.

对外窗采取遮阳措施，降低夏季外窗的辐射透过率，可大幅度地降低空调的能耗，还可以明显改善自然通风的室内热环境质量. 遮阳玻璃与普通玻璃相比，可减少得热70%左右. 对于珠三角地区，水平式遮阳板适用于南向窗口；垂直式遮阳板适用于北向窗口；综合式遮阳板适用于东南和西南向窗口；而挡板式遮阳板则适用于东西向窗口[10]. 另外，南区传统建筑还可以采用外廊、阳台、挑檐、百叶窗等方式直接遮挡夏季的热辐射.

4 建筑节能新技术的应用

建筑节能是一项综合性的系统工程，除采用适合本地区的整体规划、单体建筑结构和围护结构设计外，还应因地制宜地积极推广发展可再生能源的使用，如太阳能、雨水资源等.

4.1 太阳能光热技术

珠三角地区太阳年总辐射照度可达130～170 W/m2，有着充足的太阳能资源. 太阳能光热在建筑中的应用主要包括采暖、制冷、提供生活生产用热水和用电等，选用太阳能技术的原则应是高效、功能多样性和作用时间长. 当前珠三角地区多为多、高层居住建筑，太阳能光热技术主要有热水器、空气集热系统和空调三联供系统，该系统夏季通过集热器收集太阳能为系统提供热源，冬季吸收太阳能提供生活热水.

4.2 太阳能光电技术

太阳能光伏板是一种很好的可再生能源，但目前国际上光伏板发电效率偏低，在太阳光垂直入射条件下测试的最高效率仅为15%. 该技术不适合在珠三角地区推广，原因是：珠三角地区的太阳高度角偏高，在周围墙体上安装的光伏板入射角大，单位面积获得的太阳辐射量小，导致发电效率更低；太阳能光伏发电技术要求建筑密度低，有足够的空间安装光伏板；同时光伏系统价格高，通常需要政府补贴，如在建筑密度高的珠三角地区大力推广太阳能光伏系统并给予政府补贴，既浪费了国家财政资源，又不能有效地促进可再生能源利用的健康发展[11].

4.3 雨水利用技术

我国水资源短缺，节约用水有很强的现实意义. 住宅区雨水利用不仅节约水资源，还可以减缓雨水洪涝、控制雨水径流污染、改善住宅区生态环境[12]. 住宅区雨水利用大致可分为土地入渗、收集回用和调蓄排放3种技术系统. 珠三角地区年均降水量1 000～1 800 mm，雨水资源非常丰富，应在建筑设计中充分运用这一优势；可将回收的雨水用于景观用水及补水、绿化用水、路面冲洗用水；还可把过滤或处理的雨水循环到太阳能热水器中用作洗浴水或其他非饮用水.

5 政策措施

《珠江三角洲地区改革发展规划纲要》（2008—2020年）明确了建筑节能的发展方向，即发展“节能省地型居住建筑”，各地相关行政主管部门应制定相应的技术政策、产业政策和经济社会发展政策[13]，如编制与修订住宅相关的地方标准，形成比较完善的节能、节地、节水、节材和环境保护的综合性标准体系；完善和提高通用住宅部件的配套体系，形成符合模数协调的标准化产品系列，加快住宅产业化的进程；对环保且节约资源的材料、产品及节能、节地、节水、节材新技术的研究、开发和推广给予政策上的支持和倾斜及税收和信贷方面的优惠，促进其工业化生产和普及应用.

6 结语

建筑节能直接关系到国家资源战略、可持续发展和环境保护，是建筑业一项重要、紧迫而又艰巨的任务，应值得全社会重视. 珠三角地处夏热冬暖地区的南区，气候条件与北方夏热冬冷地区有很大差异，建筑节能技术不能直接照搬北方地区的做法，应因地制宜地推广和使用符合本地区气候条件的节能建筑.

[1] 李丹俊. 经济型住宅的节能设计研究：以夏热冬暖地区经济型住宅节能设计为例[J]. 华中建筑，2006, 24(6): 0 62-64.

[2] 赖家彬. 夏热冬暖南区居住建筑节能的思考[J]. 住宅科技，2008, 28(2): 12-15.

[3] 郝瑞珍，籍存德. 夏热冬暖地区住宅建筑的节能措施探讨[J]. 建筑科学，2006, 22(4): 28-31.

[4] 徐伟良，何余良. 多高层钢结构住宅的建筑技术与工程应用[J]. 建筑技术，2009, 40(3): 208-211.

[5] 籍存德，郝瑞珍，陈雄. 夏热冬暖地区屋顶隔热构造措施探讨[J]. 施工技术，2006, 35(10): 79-80.

[6] 陈振基，罗秋苑，黄远洋. 夏热冬暖地区内保温的特点和做法[J]. 新型建筑材料，2006(5): 7-9.

[7] 袁磊，张道真. 夏热冬暖南区外墙内保温的适用性分析[J]. 建筑技术，2009, 40(4): 313-316.

[8] 袁磊，张道真，傅积闿. 论中空玻璃在夏热冬暖地区的应用[J]. 建筑科学，2008, 24(3): 65-68.

[9] 杨仕超. 夏热冬暖地区玻璃幕墙和门窗的节能[J]. 西安建筑科技大学学报：自然科学版，2001, 33(4):1 392-396.

[10] 籍存德，郝瑞珍，常民. 夏热冬暖地区建筑遮阳设计探讨[J]. 工业建筑，2007, 37(2): 44-46.

[11] 清华大学建筑节能研究中心. 中国建筑节能2009年度发展研究报告[R]. 北京：中国建筑工业出版社，2009.

[12] 住房和城乡建设部住宅产业化促进中心. 省地节能环保型住宅成套技术指南[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2009.

[13] 谭庆琏. 关于建设节能省地型住宅的几点思考[J]. 土木工程学报，2005, 41(10): 1-4.

[责任编辑：孙建平]

An Exploration of Energy-Saving Measures for Residential Buildings in the Pearl River Delta

1,2

The core of energy-saving for buildings is to reduce energy consumption. Considering the hot summers and warm winters in South China, the paper discusses the energy-saving techniques for residential buildings in the Pearl River Delta from the perspectives of comprehensive planning and design, structural, materials and system, and the thermal performance of the retaining structure to policy measures.

the Pearl River delta; residential buildings; energy-saving techniques; hot summers and warm winters

1006-7302（2010）03-0005-67

TU201.5

A

2010-03-15

王连坤（1977—），男，河北馆陶人，讲师，博士，研究方向：钢结构非线性性能及建筑节能，E-mail: fengzheng403@126.com.