浅析严寒地区高层住宅建筑节能设计

周雨婷

摘 要：随着工业化的发展，城市化的进步，全球能源短缺的问题日益加剧，我国是能源消耗大国，随着可持续发展的观念深入人心，节约能源的问题亟待解决。建筑是用能大户，建筑节能的发展既是可持续发展的战略保障，又是建筑业发展的必要条件。本文以严寒地区高层住宅建筑为例，浅析节能技术如何在规划设计、单体设计、围护结构设计中应用。

关键词：严寒地区；高层住宅；建筑节能

1 前言

我国严寒地区主要位于东三省地区，冬季气温低，持续时间长，累年日平均温度低于或等于5℃的天数在90天以上。严寒地区住宅建筑多采用集中供暖，城市中大量存在的高层住宅建筑一直作为“耗能大户”占据建筑能耗的较大比重。为确保节能65%的目标实现，节能设计成为住宅建筑设计的重要环节。建筑节能可以从总体规划到单体设计，充分利用节能技术措施，最大限度减少能耗量，获得理想的建筑节能效果。本文以严寒地区高层住宅建筑为例，提出节能设计应注重以下几个方面：

2 规划设计

2.1 建筑选址

在严寒地区的冬季，人们需要争取尽可能多的日照，因此住宅建筑应选择在向阳、背风的地段，避免洼地、山谷等不利地段。

2.2 建筑朝向

最佳建筑朝向应以南为主，“坐北朝南”为我国北方民居延续至今的主要建筑朝向，可使每户的主要房间最大限度的获得有利日照。根据地理气候不同，各地区存在一个最佳朝向范围，沈阳市最佳建筑朝向范围为南偏东15度至南偏西15度。选择满足日照间距要求、不受周围建筑严重遮挡的基址作为居住建筑用地。

2.3 建筑布局

利用住宅楼群布局的开敞或围合，争取日照，形成气候防护单元，建立优化微气候的良好界面。建议居住区采用组团式布局，形成半围合、较封闭的庭院空间，既可利用建筑连续性外界面抵御冬季冷风、吸收太阳辐射，又可组织组团内部的良好气流， 避免冷风干扰，改善风环境和日照条件来降低建筑能耗。

住宅楼群中各住宅的高度、形状、布局都将产生不同的阴影叠加区，沈阳地区所处纬度越高，建筑物背向的阴影区的范围较大，因此在进行建筑布局时，应从多种布局方案中择优选择，如：高、低建筑同时存在时，将较低建筑布置在南向；在横向多排高层布置时采用错位布局，利用山墙间隙使后排建筑获得日照；点式、板式高层组合布置时，将点式高层住宅布置在南侧，板式高层住宅布置在北侧，利用较大空隙获得后排日照。在利益驱使下，住宅项目的高密度容易造成因间距不足形成的日照遮挡，《沈阳市人民政府第64号令》对日照间距要求有明确规定：当建筑高度与建筑面宽之比小于1.2时，按遮挡建筑高度确定建筑间距系数，三环以内地区，间距系数不得小于1.7，三环以外地区，间距系数不得小于2.0；当建筑高度与建筑面宽之比大于1.2时，按遮挡建筑面宽确定建筑间距系数，三环以内地区，间距系数不应小于1.4，且不得小于40米，三环以外地区，间距系数不得小于1.5，且不得小于40米。

2.4 建筑避风

避免产生高风速、高风压及涡流的建筑布局，如：当建筑群内的一栋建筑远高于其他建筑时，该栋建筑将受到强烈的下冲气流，这将大大加速建筑耗能；在高层住宅排列布局时，在冷风迎风面减少其中一栋，这种空地带来的下冲气流也将增大风速风压，加速建筑热损失，均应尽量避免。

3 单体设计

3.1 建筑体型

建筑体型应以简洁规整为优，建筑体型越简单，其外表面积越小，热交换量越小，冷负荷越小，也就是说建筑体形系数系数越小，耗能越少。研究表明，体形系数每下降0.01，耗热量指标将减少2.5%。为减少冬季室内热能的损失，应正确处理建筑形式与节能的关系，尽量避免复杂多变的建筑轮廓。

3.2 平面设计

高层居住建筑应尽量选择方整规矩的平面方案，减少凸凹变化，同时在设计时考虑温度分区，根据使用功能合理布置房间，将热环境质量要求较高的房间如卧室、起居室等布置在南向，使其容易保持室内较高温度；将热环境质量要求较低的房间如卫生间、厨房、储藏间等布置在北向。套内每个房间都应有直接对外的窗户，房间门窗应尽量相对设置，为自然采光和夏季组织穿堂风创造条件，形成自然通风，降低夏季能耗以改善室内的微气候。

避免在南向设置阳台对冬季日照造成遮挡，可设置封闭阳台、阳光房等空间，既能阻隔冷空气作为过渡空间，又能丰富居住空间灵活使用；或者可将阳台设置在对冬季日照影响较小的东西北向。

4 围护结构设计

4.1 门窗节能设计

门窗是建筑热传导、热交换最敏感、最活跃的部位，是传统墙体热损失的5～6倍，门窗能耗约占整个住宅建筑耗热量的50%，因此，外门窗节能极其重要。《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》对不同朝向的住宅窗墙比做了严格规定，北向、东西向、南向的窗墙面积比分别不应超过0.25、0.3、0.45。应根据房间功能，将窗墙面积比控制在合理范围内，尽量减小北侧开窗面积来降低热量损失。

提高外门窗的气密性，可减少室外冷热空气渗透。如采用密封胶条减少窗扇与窗口、窗扇与玻璃之间的缝隙，采用保温砂浆或发泡密封胶等材料填充窗框与墙体间的缝隙，提高气密性、水密性及抗风压性能，达到《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测办法》的规范要求：气密性能不低于6级，水密性能不低于3级，抗风压性能不低于5级。

采用热阻大、能耗低的节能材料制造的新型保温节能门窗，来提高其热工性能，如断热桥铝合金框材等，同时注意玻璃的选材，严寒地区住宅可采用双层或三层玻璃，或在玻璃上覆膜来提高热工性能，随着科技的发展，越来越多的新型节能玻璃不断涌现，在造价允许的条件下应积极采用。

4.2 外墙节能设计

墙体的耗热量占建筑采暖热耗的30%以上，墙体传热系数越大，节能效果越好。增加外墙保温是重要的节能措施，外墙保温的主要方式有：外墙外保温、外墙内保温、夹心保温。在严寒地区，外墙外保温可保护主体结构、延长建筑使用寿命、基本消除“热桥”影响、不损失室内面积等优点，广泛应用于高层住宅。

改善外墙砌体的保温隔热性能也有利于节能目标的实现，可采用新型节能砖，如加气混凝土、空心砖、空心砌块等，使其同时具有保温、隔热、维护、承重功能；也可就地取材，利用当地出产的粉煤灰、火山渣、浮石或工业废料作为轻骨料，生产多孔轻质砌块。

4.3 屋顶节能设计

屋顶耗热量约占整个住宅建筑耗热量的7%～8%，有数据表明：夏季顶层室内的温度要比其他层高3℃左右，因此，屋面的保温隔热也不容忽视。高层住宅屋面主要由结构层、保温层、防水层组成。减少屋顶能耗的关键在于屋面保温层的材料选择。目前，屋面隔热保温材料主要有膨胀聚苯板（EPS）、挤塑聚苯板（XPS）、聚氨酯发泡材料、聚苯复合材料、酚醛树脂复合材料等。

综上所述，严寒地区高层住宅建筑节能是一项系统工程，它不仅与建筑的规划、设计密不可分，而且还涉及到许多其他因素，包括新工艺、新材料、新技术的应用，只有对它们进行综合考虑、综合设计，在设计源头做到总体节能设计，才能更好地达到节能目的。

参考文献：

[1] 王立雄.建筑节能[M].北京：中国建筑工業出版社，2004.

[2] 付祥钊.建筑节能技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2002

[3] 孙成建.外墙外保温技术措施的探讨[J].住宅科技，2007.