浅析住宅小区规划设计中的节能方法

■ 李晓璐



浅析住宅小区规划设计中的节能方法

■ 李晓璐

【摘 要】随着经济社会的不断发展和节能减排的需求，住宅小区的节能设计受到了各方重视。但在前期规划设计中，节能意识较为薄弱以及缺少合理的设计方法。文章从建筑朝向、间距和布局3个方面综合阐述了规划阶段的节能设计方法，为节能在住宅小区规划设计中的应用提供了依据。

【关键词】住宅小区；节能；规划设计

李晓璐，上海理工大学在读研究生。

随着全球变暖和能源量减少，节能减排成为时下最流行的话题，已经引起全世界各国的关注。如何解决环境与人类发展之间的关系，成为时代发展的主题之一。而建筑能耗之大对环境带来的消极影响日渐突出，其中每年住宅的竣工量几乎占了全部建筑竣工量的一半,住宅节能成为时代关注的重点。然而节能建筑的建设给人留下的影响往往是高投入、高技术，特别是绿色建筑主要以大型项目为代表，导致人们认为建筑节能就是高科技的堆砌物，运用了大量的新技术和复杂的构造，这些都导致节能建筑的高成本。但其实高新技术只是节能设计中的一部分，住宅建筑在提倡建筑节能化的同时，还应考虑到整个项目的经济效益，如果只是运用高技术来完成节能目标需要大量的成本费用，高成本必然导致高房价。基于我国当前的国情，完全利用高科技达到节能目标是不现实的。根据我国现状，从整体规划出发，通过基本功能的改善和使用适宜的节能技术来完成节能目标才是可取之道。

1　目前住宅节能设计中存在的问题

1.1地方设计规范不完善

目前，关于节能建筑设计方面，国家出台了各种参照标准，如《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134—2010）、《绿色建筑评价标准（GB/T50378—2006）等，这些规范的制定对节能设计的执行带来保障和标准，但我国各地情况差异较大，即使同属于夏热冬冷地区，各地环境和经济发展水平均有差异。这就要求地方政府根据当地实际情况制定各自的节能设计标准。事实上，各地已经根据当地情况出台了节能设计标准。但我们也可以看到，部分地区的设计执行标准相对滞后，更新不及时。以浙江省出台的《居住建筑节能设计标准》（DB33/1015—2003）为例，制定于2003年，规定的部分内容和参照的标准早已更新，导致现在节能设计过程中，虽有地标，但仍然以《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134—2010）为执行标准。并且，这些规范对规划虽有要求，但大部分仍然是建议性要求，强制性要求多数是对单体建筑的节能要求。

1.2缺乏整体规划意识

提起节能建筑，人们往往想到的是单体建筑围护结构的节能技术，其实建筑节能主要包括规划设计、建筑设计和设备设计3个方面。规划设计需充分利用自然资源，选择合理的平面布局与空间构成形式，使得居室在满足舒适条件下的能耗尽可能小[1]，其建筑和结构方案的选择对建筑的直接能耗有较大影响。从而，住宅小区的节能设计离开了规划设计是不完善的，从设计一开始缺乏整体意识，不顺应当地风向，不注意建设地段的地形地貌，不注重建筑间距和交通的合理组织，都将成为后期节能设计的不利条件。有部分设计已经意识到规划设计的重要性，但没有完善的节能系统，找不到节能防护的重点。

1.3节能设计数据滞后

住宅小区的设计先考虑区域定位、建筑风格、规划指标、户型设计等，节能计算模型的建立往往需等到扩初或施工图阶段，而此时，方案已经基本确定，也就意味着在方案阶段，节能设计基本除了日照分析，基本处于数据空白状态，除了建筑师的经验，无法确定当前的节能设计是否合理。目前，很少工程在方案阶段利用节能分析工具（如Ecotect）来对节能工作做初步的分析。这部分数据的缺失导致在设计后期，模型计算后的不合理处往往只能通过增加围护结构的保温材料来解决，或出现较多的热桥部位，从而导致建设成本的增加。

2　规划阶段节能设计方法

住宅小区的设计不仅仅是单体平面或者外观立面的设计，还应考虑到建筑所在位置的整体环境。规划设计是一个整体而又复杂的系统工程，在设计过程中应充分考虑建筑与外部环境的关系，以节能作为指导规划设计的主要原则，充分利用自然资源，实现从总体上为建筑节能创造先决条件[2]。规划中主要利用的是太阳辐射和空气流动两大因素，如何降低太阳辐射和增强建筑自然通风效果是规划设计阶段主要需解决的问题。目前，根据我国现状，在建筑规划设计中解决这两个问题主要通过建筑朝向、建筑间距和建筑布局这3方面来解决。

2.1建筑朝向

“坐北朝南”一直以来是中国对建筑朝向最直接的想法，而朝南房间的多少也成为房产公司宣传时的重点。正南房间相较于正东向或正西向的房间，全年综合耗电量大约减少20%[3]。但现实状况中，完全正南的房间基本很难实现。而且还应和当地太阳射入角度和主导风向相结合，最佳朝向并不一定是正南向。如上海地区，根据日照时间和主导风向（冬季为偏北偏西风，夏季为东南风），建筑朝向以南偏东30°～南偏东15°为宜，其中以南偏东15°为最佳朝向。建筑朝向的原则是要能够在冬季获取较多日照和避免冷风，在夏季则避免日光直射和良好的通风，即冬暖夏凉的室内环境。所以建筑朝向从日照和风向两方面来探讨。

一方面，对于建筑朝向与太阳辐射的关系，我们常常用日照时间和太阳辐射量来代替。我国绝大部分地区处在北温带，但由于幅员辽阔，地势和地形复杂多样，使得各地的太阳辐射量不同，根据建筑所在地的气候特征，将我国建筑热工设计分区分为5个区域（表1）。本文主要以夏热冬冷地区为代表进行探讨，设计要求必须满足夏季防热要求，适当兼顾冬季保温[4]。太阳多从东偏南升起，从西边落下。因此，建筑朝向向南，可以避免太阳东、西晒。冬季，太阳高度角较小，住宅的门、窗朝南，可使更多斜射的太阳光线进入室内，从而提高室内温度。而在夏季，太阳高度角增大，太阳从门、窗射入的光线相对就少。所以南向房间有利于减少空调能耗量。由于不同季节，太阳方位角的变化幅度较大，各个朝向的墙面所获得的日照时间相差较大。

再以夏热冬冷地区的上海为例，通过Autodesk Ecotect Analysis 2010的软件分析上海虹桥地区的气候条件，得到其最佳朝向（图1、2），在图2中绿色表示全年平均受太阳辐射得热量最多的朝向，红色表示在夏季（过热时期）受太阳辐射得热量最多的朝向，蓝色表示在冬季（过冷时期）受太阳辐射得热量最多的朝向。而黄色箭头即为根据本地的气候条件综合考虑后得出的最佳建筑朝向——南向（180°）[5]。适宜朝向区域为黄色区域，介于南偏西30°～南偏东30°。通过以上数椐，在设计过程中应了解当地日照条件，设置建筑朝向接近最佳朝向，使主要房间朝向（开窗位置）避免东西不利朝向。

另一方面，从住宅小区整体所在位置来看，在严寒和寒冷地区，应尽量选择避风基地，有利于建筑物的热损失；在夏热冬冷地区，迎合夏季盛行风向和减少冬季风向影响。从有利于建筑单体通风的角度来看，建筑的长边最好与夏季盛行风方向垂直；但当建筑群体都与夏季风向垂直时，容易影响后排建筑的通风。为了整体通风效果，建筑与夏季盛行风向形成一定角度，改善后排建筑的通风效果。

所以在设计建筑朝向时，根据日照条件对房屋形成基本朝向后，还应使整体小区的通风角度进行一定的偏移。

通过上面两个方面的讨论，综合研究结果，总结了建筑物在不同热工分区中的最好的朝向和适宜的朝向，这些朝向均有利于节能的最终目的（表2）。

图1　上海地区全年日轨图

图2　上海地区最佳朝向分析图

表1　建筑热工设计分区及设计要求[4]

表2　不同建筑热工设计分区的最佳朝向和适宜朝向

2.2建筑间距

住宅小区作为一个建筑群体，建筑单体之间必然需要合理的间距。在人居环境中，自然光环境是非常重要的一个部分，和人们日常生活息息相关。不仅有利于生活环境，还有利于人的心理健康。特别是夏热冬冷地区，在冬季阴冷潮湿又没有大规模供暖设备，导致人们对住宅的日照要求尤为突出。正是这些日照要求决定了建筑的最小间距，以保证阳光不受遮挡，使每套住宅有较多的居室能满足日照要求。根据国家标准《住宅设计规范》（GB50096—2011）的相关规定：每套住宅应至少有一个居住空间能获得冬季日照。而且在住宅设计过程中，国家还强制要求必须有符合相关规定的日照分析报告书。这些规范的强制要求都反映出日照要求的重要性。影响建筑物日照间距的因素有很多，如日照标准、地理纬度、建筑朝向、建筑物的高度和长度以及建筑用地地形等。目前，对日照要求一般在城市规划管理技术规定中有明确和详细的规定，并通过专业的分析软件对每个住宅建筑项目进行日照分析。

建筑间距不仅需要满足日照要求，还应考虑建筑间通风问题。假设建筑物的长边与夏季盛行风方向垂直，气流遇到建筑物后发生绕流，并在各自的迎风侧和背风侧产生涡旋，建筑间距不一样，产生的流场也不一样：建筑间距较小时，两个建筑物之间产生共同的涡旋，作用增强，距离建筑物也越近，空气污染物随着涡旋增强，产生浓度集中现象；建筑间距较大时，建筑物间不额外产生共同的涡旋，涡旋作用较小，空气污染物浓度也减少[6]。由上可知，合理的建筑间距不仅有利于避免局部疾风，还有利于空气质量的提高。合理的建筑间距为居住空间提供了良好的自然通风条件，为建立被动式住宅提供了可行性。

对于建筑间距的规定，一般在各个城市出台的规划管理技术规定中有明确的规定，根据各个地方的综合情况制定了合适的建筑间距系数。但目前，很多地方出台的对于建筑间距的规定往往小于按规范要求计算出的理论间距。假设不考虑地形坡度的变化（平地），所建住宅的长边朝向正南向平行布置，取冬至日正午（12月22日上午11时30分或下午12时30分）以南侧建筑物的建筑高度为标准计算，根据以上计算条件所得各地的理论间距系数[7]与各地规范相比较，如表3所示，可以看到当前规划要求系数都小于理论系数，虽然理论数据更为理想化且规划数据需综合整体情况（包括城市空间景观、日照、消防、采光、通风、视觉卫生等）来制定，存在差距无可厚非，但我们应意识到规范标准的降低已经不利于人们对日照的需求，再加上设计过程中往往按最低标准执行以及施工存在的误差，都将不利于住宅的节能设计。应根据实际情况，分区域合理地增加建筑间距，以保证建筑物有较多的日照和良好的自然通风条件。

表3　夏热冬冷地区主要城市正南向多层住宅建筑间距比较

2.3建筑布局

住宅小区在确定建造地址后，首先对周边环境和所在地的气候环境进行研究，并对小区有个整体的规划布局。在建筑布局中，从节能角度出发，充分利用日照和自然通风以达到减少建筑能耗的目的，实现建筑与场所的和谐共生。合理的建筑朝向、建筑间距、道路和建筑的关系、绿化布置均对建筑群热环境有较大的影响。不同的建筑布局能导致不同的热环境，利用建筑布局，使住宅小区形成一个小型自然环境，产生良好的日照通风环境，有利于节能效果。

以上海地区为例，假设3种建筑布局方式，以简单的长方形（30m×15m）表示建筑单体，将单体以南北向30m，东西向20m的间距布置3排，分别以行列式、斜列式、错列式3种布局（图3～5）进行模拟分析。通过Ecotect模型，计算出在冬至日的平均辐射温度。从图中可以看出，斜列式和错列式的平均辐射温度高的范围明显高于行列式，且受辐射的范围也更多。布局的变化对建筑日照有明显的影响。并且斜列式更容易使后排建筑采用自然通风，减少了建筑能耗[8]。

图3　行列式平均辐射温度

根据前面朝向和间距的分析，两者都对日照和通风有影响。所以，在建筑布局方面，应尽量增大南向得热面积，有利于夏热冬冷地区的冬季采暖。并尽量采取南低北高的建筑高度，不仅有利于太阳辐射，还有利于夏季季风入口，形成有组织的有效进风口和出风口，降低室内热环境。在整体布局中，如夏季盛行风方向为东南向，则不宜在东南向设置过长的条式高层，或采用周边式布局也不利于进风。同时，在西北向设置高层或条式建筑则有利于对冬季寒风的阻挡，同时不影响日照效果，也提高了容积率。

众所周知，植物的种植有利于减少地表的蒸散作用，可以有良好的水土保持功能，根据实测，同一环境下，夏季草地的平均温度比水泥路面低5℃，比沥青道路低7℃。而高大的乔木起到了遮挡作用，夏天站在树荫下，体感温度明显低于露天路面。在景观设计中，住宅小区的绿化采用形式多种多样，其中改善空气质量和调节温度方面，乔木的效果最好，所以在满足规划条件绿地率的情况下，应多种植乔木和灌木群，特别在建筑的东、西面种植乔木，有利于在夏季起到遮阳降温的作用，在冬季落叶后又不影响建筑的采暖效果。绿化环境不应局限于地面绿化，立体绿化也应适当运用，能丰富小区绿化的空间结构层次，减少噪音、有害气体和热岛现象，营造和改善小区的生态环境和气候环境。其中屋面绿化是立体绿化在现实运用中较为容易实现的一种，这种绿化增加了屋面的保温隔热层，从单体建筑上就解决了屋面保温的构造问题。在住宅小区设计中，阳台是每个户型必备的要求，现在新型的小区设计中，阳台并不局限于南向阳台，出现了北、东、西向多个阳台，这些阳台的设置不仅仅局限于晾晒功能，可以通过攀缘植物或盆栽植物起到绿化功能。在夏热冬冷地区应尽量多地建造水系环境，如景观水池、沟渠、透水性硬化路面，使水面的蒸发来改善居住区的热环境。

图4　斜列式平均辐射温度

图5　错列式平均辐射温度

3　结语

住宅的节能工作应从规划设计开始，从建筑朝向、间距和布局3方面综合研究出发，再结合当地实际情况才能更好地完成节能设计，需做到以下几点：①建筑物在不同热工分区中最好的朝向和适宜的朝向各有不同，但基本在南偏东30°和南偏西30°之间，在总体布局时应尽可能参照该方向设计；②根据当地日照角度和夏季风向布置建筑之间的间距，提前使用日照分析的专用软件分析建筑间距，尽可能增加建筑物的间距和阻挡不利风向；③建筑布局体现了建筑单体互相之间的关系，体现了建筑群体与周边环境的关系，是一个整体概念。应多方面综合考虑，在单体建筑布置上综合利用斜列式和错列式等多种排列方式。在满足规划条件的基础上，尽量加大房屋建筑间距，合理布置绿化景观。

参考文献：

[1]张颖.节能住宅小区建筑设计手法探讨[J].中华民居,2011,7.

[2]邓爱英.浅谈建筑节能与建筑规划设计[J].山西建筑,2011(03):188-189.

[3]孙燕心.建筑节能、绿色建筑和住宅节能设计[J].住宅建筑,2005(8):90-93.

[4]中华人民共和国建设部.GB50176—93民用建筑热工设计规范[S].北京:中国计划出版社,1993.

[5]杨丽.Ecotect在居住区规划中的应用研究[J].住宅科技,2010(11):9-13.

[6]陈义胜,庞赟佶,闫永旺.建筑间距对大气流动及输移特性影响的模拟研究[J].环境科学与技术,2009(02):24-27.

[7]建筑设计资料集编委会.建筑设计资料集[M].北京:中国建筑工业出版社,1994(06):191.

[8]李以通,魏慧娇,李晓萍,杨彩霞.建筑布局对换气次数和建筑能耗的影响分析[J].建设科技,2014(24).

Brief Discussion on Energy Saving Methods in Planning and Design of Residential Community

Li Xiaolu

【Abstract】With constant development of economy and society and requirement to energy saving and emission reduction, the energy saving design of residential community is paid attention by the society. However, the sense of energy saving is weak and it lacks of reasonable design methods in early planning and design. This paper elaborates energy saving method in the planning stage from building orientation, spacing and layout for providing reference for application of energy saving in planning and design of residential community.

【Keywords】residential community, energy saving, planning and design

收稿日期：（2015-10-09）