浅析住宅建筑节能设计的影响因素及发展前景

李中卓 深圳新科特种装饰工程有限公司设计总监、副总工程师 建筑装饰高级工程师

引言

我国跨越多个气候带，南北方温度差距大，气候特征具有明显差异，因而发展出北京四合院、陕北窑洞、福建土楼、西南地区的吊脚楼等多种民居形式。随着现代科技的快速发展，生活在不同地域的人们越来越多地依赖空调等手段来实现对室内温度舒适性的调节，但过分依赖人工设备的情况对于能源的消耗是惊人的，对于生态的负面影响也是巨大的。

我国属于能源紧缺的国家，如今已是全球最大的能源进口国。但是在相同的气候条件下，我国建筑能耗却是发达国家的2—3倍，建筑节能方面具有很大的挖掘空间。在能源供应形式越来越有限的情况下，以满足民众的实际需求为前提，通过提高住宅建筑的技能设计水平来改善住宅建筑的热工性能，不仅能够使建筑的保温隔热性能得到提高，为人们提供自然舒适的居住环境，更能够减少能源消耗，实现我国可持续发展的战略目标。

1 住宅建筑节能设计思路及意义

1.1住宅建筑的节能设计思路

在我国以往常规的建筑设计中，设计师通常都会更加注重对建筑功能进行综合衡量。虽然满足了人们的居住需求，但是较少考虑节能因素的结果就是造成了能源的大量浪费。这既没有体现出建筑设计的优势特点，同可持续发展的战略思路也难以契合。因此在国家大力发展绿色建筑的背景下，设计师更应当改变设计思路，站在节约能源的角度对住宅建筑的内外环境进行节能改造。

建筑节能设计一般来说不是独立立项的，基本上都是建筑系统性工程项目中的一环。在建筑工程的各个项目之间，大多都有着紧密的联系。从规划、设计、建筑施工、建筑管理，包括建材的选择和生产，建筑工程设备的选型、设计等，包括建筑工程中使用灯光照明、采暖系统、空调设备以及太阳能、地热等自然能源的开发利用都是一致的。因此设计师只要拓宽设计思路，就能发现住宅建筑的节能设计仍具有很高的可实施性和发展空间。

1.2提高住宅建筑节能水平的重要性

当前，我国在建筑领域的能源消耗总量占到能源消耗排行榜的首位，建筑能源利用率普遍偏低。能源的大量浪费不仅会造成经济上的巨大损失，还会导致产生温室效应，严重破坏生态环境。到2020年，我国的居住建筑面积可能增加至250亿平方米，这无疑会对我国本已紧缺的能源现状再次增加负担。如果能源的利用水平停留在现在的水平，将会导致更加严重的能源危机。为此，大力发展住宅建筑节能设计不仅非常有必要，也必将成为建筑领域未来发展的必然趋势。

2 如何处理影响住宅建筑节能设计的因素

住宅建筑节能设计的核心在于减少气候环境对于室内温度的影响，因此把提高建筑的热工性能作为核心内容，是建筑节能的最有效手段。

2.1合理确定建筑朝向

住宅建筑朝向的合理选择，对于建筑节能有着相当重要的影响。经过科学测试，在相同条件的情况下，南北向的多层住宅能耗要比东西向住宅低5%左右。因此在住宅建筑的设计中，建筑师应根据建筑内部房间的实际使用需求、建筑所处地域的气候条件，通过一定时间的调查研究，根据实际的日照情况和主导风向确定建筑朝向。

我国地处太平洋西岸，每年受太平洋季风影响明显。因此我国的传统住宅的朝向多为南向（偏东或偏西），长江以南的地区应考虑住宅建筑尽可能多地利用夏季主导风向来降低室内温度；而北方寒冷地区，住宅建筑的朝向应当尽可能平行于冬季寒冷气流的方向，以防止冷空气向室内的渗透。

2.2控制建筑物的体形系数是重要的节能措施

建筑物与室外空气接触的外表面积（不包括地面和公共楼梯间隔墙以及外门的面积）与其所包围的体积的比值被称为体形系数。建筑物的体形系数与建筑能耗有直接关系，系数每增加1%，其能耗指标就要增加2.5%，因此建筑体形系数越小就越能够有效减少建筑物同室外空气的热交换，也就是住宅建筑的室外表面积越小、建筑外形越简单，损失的热量就越小。

按照这一规律，在住宅建筑的节能设计中，高纬度地区住宅建筑的造型应当尽量简洁，尽量避免大规模采用错位拼接及点式住宅拼接等建筑形式，不要出现过于复杂的轮廓线。因为这样的设计会形成较长的外墙临空长度，不利于节能。根据2008年开始施行的《民用建筑节能条例》相关规定，建筑物体形系数在实际建设中应当控制在0.3及以下。

2.3合理规划住宅建筑的平面布局

建筑平面布局越考虑到周边环境的影响，就越能够获得良好的节能效果。例如炎热地区可将楼梯、电梯、管道井、机房等非居住空间布置在住宅建筑的南侧或西侧，可有效阻挡一部分阳光照射，减少住宅内部因日照温度升高。

此外，建筑布局对于建筑物内部气流的形成和流动也有着较大的影响，合理的建筑布局有利于提高建筑内部自然通风散热的效率，对于经常采用空调降温的建筑来说能够大幅提高节能效果。结合公共空间门窗位置的合理设置，能够有效地形成通风口，不断补充的新鲜空气可以有效改善空调室内的空气品质。

2.4改善建筑围护结构节能设计

建筑围护结构是由建筑的屋顶、外部墙壁、建筑地基及门窗组成，会使用到隔热材料、密封材料和遮阳设施。由于建筑的围护结构是建筑与外界直接接触的部分，包含所有热交换渠道，因此提高建筑围护结构的节能设计对减少建筑能耗有最为直接和根本的影响。

住宅建筑围护结构最主要的作用是保温隔热。在建筑外墙及屋顶等与外界直接接触的部分大量采用保温隔热材料，并选用隔热性和密封性较好的节能外窗，在夏季可减少室外炎热的空气进入到建筑物内部，在冬季可避免室内热量过多地向室外流失。

住宅建筑围护结构在材料选择上如果能够采用加气混凝土砌块、混凝土空心砌块和多孔黏土空心砖等新型新型节能砖，还能在原有的基础上进一步提高的保温隔热性能，改善建筑围护结构的节能效果。

2.5选择使用节能型门窗

与住宅建筑的墙体相比，建筑门窗是抵抗外界冷热空气进入建筑物内部的薄弱环节，因此也是实现围护结构节能需要加强的重点。尽量避免在东、西向开窗，将整栋建筑的开窗率控制在适当的水平，是节能设计的基本原则。过大的落地窗也会造成较大的能耗，所以在保证采光、通风和观景要求的前提下，选择较小面积的外门窗，是提高保温性能的一项重要手段。

具体说来，我们可以从三个方面入手提高门窗的保温性能，即减少阳光辐射、热渗透和热传导。例如可以采用LOW-E玻璃、设置活动遮阳棚等，可以减少阳光辐射对室内带来的影响；应用密封材料增加门窗的气密性可以减少热渗透；使用断桥铝框架、铝塑窗框，LOW-E玻璃和中空玻璃等可以明显降低热传导。

2.6增加建筑物屋顶的隔热层

屋顶是住宅建筑直接暴露在阳光照射下的主要部分，屋顶的表面温度要比墙体、地基等部分要高很多。在夏季，我国各地住宅建筑屋顶的表面温度一般能达到60～70℃左右，冬季则相反，这样冬冷夏热的情况给居住在顶层住宅的家庭带来很多苦恼。

为了解决上述这种情况，建筑师一般建议多采用隔热保温材料，减少热传导，另外现在各地屋顶的“平改坡”也是从设计角度考虑，在住宅建筑顶层设置通风隔热层，避免建筑顶层直接暴露在阳光下，提高顶层住宅住户的舒适性。

3 住宅建筑节能设计的发展前景

目前，中央和各级地方政府已经开始重视并主导建筑节能工作，全民的建筑节能意识也在逐步加强，大多数人都能理解建筑节能的概念，知道住宅建筑节能为自身带来的可见的经济性，可以说已经具备了发展建筑节能的比较成熟的环境。

在过去的这些年，中国已经在逐步推进建筑节能措施。从1986年起编定建筑节能设计标准，到九十年代初期开始强制推广，城镇住宅建筑面积耗能逐年降低。在成本允许的情况下，优先提高建筑外墙、屋顶的隔热保温性能，逐步提升和推广节能门窗产品，正是我国一直推行倡导的被动低能耗建筑形式。顺应节能减排的发展形势和政府的倡导，我们可以预见住宅建筑节能设计的发展前景是光明而广阔的。

当然，作为建筑设计师，最重要的是提高节能设计能力和水平，积极地参与到建筑节能设计工作中，努力实现住宅建筑美观与节能二者兼顾的目标。