对住宅建筑节能优化设计的探析

张剑华

机械工业第一设计研究院厦门分院（361006）

对住宅建筑节能优化设计的探析

张剑华

机械工业第一设计研究院厦门分院（361006）

随着社会的发展和进步，建筑设计对住宅建筑提出更高的要求。一般而言，建筑能耗比较大，约占人类总能耗的25%，所以说在具体的建筑设计过程中要把握可持续发展的原则，坚持贯彻节约能源的理念，避免对自然环境产生污染和破坏，这是每一个建筑设计师的责任。文章以某住宅楼为工程实例，总结分析了该项目的设计问题及现状，结合工程实践经验简述了如何利用节能设计方法对建筑物进行优化设计，以保障住宅建筑的可持续发展。

住宅建筑；节能设计；优化设计；保温性

1 工程概况

某地区住宅楼主朝向为东南向,标准层为两户，建筑层数为9层，建成年代20世纪90年代初期。墙体主要为240黏土砖砌筑墙体，外墙面层为水泥砂浆抹面涂料粉刷；屋顶为普通水泥板架空隔热屋面，保温层材料不详；门窗为低档铝合金推拉窗，所装玻璃为淡蓝色透明玻璃；阳台为封闭式；立面有简易遮掩构件。

2 相关案例研究分析

调查分析该建筑的通风、遮阳、保温隔热等现状，并研究国内外对类似问题的处理方法。

2.1 自然通风

2.1.1 现状分析

建筑顺应该地区主导风向要求，但是从户型设计来看，户型单侧设置窗户，通风组织形成单侧通风的状况，故无法有效的形成压力差，使得室内的通风情况较差，与两侧布置窗户的户型相比需要更长时间的机械设备辅助，才能满足室内使用的舒适度要求。另外，过于随意的遮阳构件影响了室内通风的正常进行，使得屋内温度居高不下，需增加机械通风设施才能使室内达到足够的舒适度。

2.1.2 相关案例

独立式住宅的天津武清255地块结合山地条件，通过楼梯与室内空间的结合形成内院成为竖向的通风空间，加强了室内外的自然通风能力。竖向通风设计改善了自然通风效果，丰富了内院的使用功能，是一种低投资和高回报的设计方法。

2.2 遮阳

2.2.1 现状分析

合理的遮阳构件设计可以有效减少建筑物的能耗。调查中建筑没有考虑永久性遮阳构件，使用中的遮阳构件以彩钢板为主要材料均为后期添加。遮阳构件均为一次安装，长度和角度设置由安装时住户自行确定。此遮阳构件虽可遮挡夏季太阳光直射,但当进入日照时间极短的冬季后，遮阳构件反而阻挡光线射入室内，影响了室内采光的正常照度值，使得用户为弥补照明的不足，增加开灯时间，带来了不必要的能耗。

2.2.2 相关案例

青岛千千树置业有限公司的千千树住宅小区工程,在垂直遮阳板设计众多方孔来改善通风能力，保障了高层住宅的遮阳效果和通风能力。具有较全面的环境控制——遮阳型生态住宅的西班牙苏扼住宅，利用低造价、易操作的檐口出挑方式进行遮阳,既达到夏季遮阳的目的,又满足了冬季日照时长。

2.3 保温隔热

2.3.1 现状分析

建筑墙体主要为240黏土砖砌筑墙体，外墙面层为水泥砂浆抹面涂料。墙体较薄且无任何保温层,在夏季白天难以阻挡该地区强烈的太阳光，导致大量热量透射而入;到夜间获取的热量难以消散，形成对室内的二次辐射，使得室内温度持高不下。冬季轻薄的墙体又成为热传递的最佳通道，将热量由室内传递到室外，导致室内热量的严重损失。屋顶为普通水泥板架空隔热屋面,此种做法相对老套,保温、隔热效果无法满足现在住宅建筑的使用要求。调查建筑中的门窗及阳台窗基本上都为低档铝合金作为骨架材料的单玻窗,所用玻璃为蓝色透明玻璃，开启方式为推拉,此种方式增加了该建筑的能源消耗。

2.3.2 相关案例

西安首创国际城北区采用的保温隔热技术：

1）选用AJ聚苯颗粒保温砂浆和聚苯保温板,给墙体穿上“衣服”。2）采用塑钢中空双层玻璃窗，达到隔热、隔音和保温效果。3）选用名牌厂家生产的双开保温隔音防盗门。4）在屋顶和阳台使用聚苯颗粒保温砂浆。由此，节能效果达到节能50%的国家标准。

3 改造优化设计

针对调查建筑当前存在的问题，结合对国内外相关案例的分析，运用生态住宅的设计方法，提出相应的改造设计措施，达到节能的目的。

3.1 通风改造优化设计

自然通风是住宅建筑的重要影响因素之一，在住宅设计领域中结合环境，达到自然通风节能的效果尤为重要。

结合建筑单体设计，巧妙设置门窗，门窗对开，形成穿堂风，有效地调节了室内通风效果。丰富窗户形式，设置多向调节窗户加大其通风能力，自然通风量则通过竖向空间的窗户面积大小来控制。屋顶安装利用风力的简单机械装置，抽低楼层的凉风至高楼层降低室内温度,加强竖向空间的拔风作用，提高室内60%的通风能力。加强各楼层之间风的流动,在竖向空间顶端设置蓄热墙吸收房间热能，排除室内浊气。

3.2 遮阳改造优化设计

窗的遮阳是必不可少的，在闭窗情况下有无遮阳，室温最大差值达2℃，平均差值达1～4℃。理论上讲，室外遮阳效果比单层玻璃窗的透过能量下降88%。但针对该地区来讲，如果用遮阳板固然可抵挡一部分夏季强烈的日光，但进入漫长的低日照时期时，室外的遮阳设置使室内不得不只采用灯光照明，特别是在阴雨天或冬季这种需要大量阳光进入的季节，遮阳反而变成了一种障碍。在建筑中设置百叶遮阳构件,并将百叶遮阳构件一分为二，利用上部的百叶作为反射构件，通过室内顶棚进行漫反射增加室内照度；下部挡掉过量的太阳光。这种方式作为朝南建筑的遮阳方式，朝西建筑由于太阳高度角较低，可采用垂直遮阳来解决此问题。

3.3 隔热改造优化设计

3.3.1 墙体与屋顶

围护结构传热的热损失占整个建筑物热损失的70%～80%,外墙是建筑物围护结构的重要组成部分。加强调查建筑的薄弱围护结构（外墙)的保温隔热能力尤为重要。

在改造中，建筑物的主要围护结构、屋顶的保温节能材料采用AJ建筑保温隔热聚合物砂浆。隔热效果好、导热系数低的AJ建筑保温隔热聚合物砂浆含有陶瓷空心微粒，从而有效地阻止了能量的传递，起到节能的作用。在外墙外保温时该材料还设置防裂防漏层，既防裂纹又防漏水。

屋顶的保温设计可选用AJD—Ⅱ型聚苯颗粒保温材料为保温隔热材料，同时可种植绿化来改善保温隔热的效果。

3.3.2 门、窗

由于空气渗透和门窗的使用带来了门窗的热损耗，为减少能耗，则需：1）合理窗墙比：以建筑规范为准则，以该地区的实际条件为依据，合理地调整窗户和墙体的比例。2）强化密封性：合理选择门窗的类型和其他相关配套材料。3）提高保温性：门窗框料可采用PVC型材与钢衬料制成,玻璃采用中空双层玻璃，门芯填充复合保温材料，既防盗又保温隔热。

3.4 有效利用太阳能

生态住宅设计方法在遵循高效率、低造价、易控制、好维修原则的前提条件下，合理地利用太阳能，降低住宅建筑的人工能耗。

结合该地区的气候条件，选取适合调查建筑的改造方式，最大程度地利用自然能源，降低住宅建筑能耗，太阳能的利用方式见图1。

图1 住宅的太阳能利用方式

4 结语

随着全球环境的恶化和工业化革命后技术的发展，保护生态环境、节能减排成为时代的主题之一。降低能耗、保护能源是住宅建筑设计的重要控制要素，生态住宅设计方法保障了住宅建筑的可持续发展。