夏熱冬冷地區(qū)綠色建筑節(jié)能規(guī)劃設(shè)計(jì)

　　夏熱冬冷地區(qū)建筑設(shè)計(jì)要結(jié)合該地區(qū)氣溫氣候的變化，本文提出幾種夏熱冬冷地區(qū)建筑節(jié)能規(guī)劃設(shè)計(jì)的策略。

　　《建筑管理現(xiàn)代化》是建設(shè)部主管，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國(guó)建筑業(yè)協(xié)會(huì)管理現(xiàn)代化專業(yè)委員會(huì)主辦的國(guó)家級(jí)期刊。創(chuàng)刊于1987年9月，為雙月刊，國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行。本刊主要報(bào)道國(guó)內(nèi)外行業(yè)內(nèi)的新成就、新成果;宣傳報(bào)道建筑企業(yè)的建立現(xiàn)代企業(yè)制度、轉(zhuǎn)換經(jīng)營(yíng)機(jī)制的新經(jīng)驗(yàn)。本刊全面反映國(guó)內(nèi)行業(yè)企業(yè)管理中現(xiàn)代高新技術(shù)，同時(shí)又著眼于進(jìn)行現(xiàn)代化管理中的現(xiàn)代組織方法和手段的普及和應(yīng)用。

　　本文從住宅建筑設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，研究該區(qū)域住宅節(jié)能，探討技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理以及社會(huì)和環(huán)境可以承受的建筑技術(shù)措施，對(duì)于夏熱冬冷地區(qū)住宅實(shí)現(xiàn)高舒適度，低能耗的可持續(xù)發(fā)展的建筑設(shè)計(jì)目標(biāo)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　1、前言

　　“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案提出節(jié)能減排約束性指標(biāo)，到2015年，全國(guó)單位GDP能耗比2010年下降16%。其中建筑業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃明確了建筑業(yè)增長(zhǎng)規(guī)模年均增長(zhǎng)15%，建筑節(jié)能目標(biāo)節(jié)能降低10%。

　　隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平的提高，夏熱冬冷地區(qū)為改善人居環(huán)境的需要，帶來(lái)建筑能耗特別是非工業(yè)用電的急劇增加。為了緩解能源緊缺的困境，完成國(guó)家規(guī)劃的節(jié)能目標(biāo)，夏熱冬冷地區(qū)建筑節(jié)能勢(shì)在必行。建筑節(jié)能設(shè)計(jì)工作成為了整個(gè)建筑

　　節(jié)能工作推進(jìn)的重要環(huán)節(jié)，只有先設(shè)計(jì)出一個(gè)合理有效的建筑節(jié)能方案后，才能建成合格的節(jié)能建筑。自《夏熱冬冷地區(qū)的居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》和《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)施以來(lái)，對(duì)夏熱冬冷地區(qū)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)經(jīng)歷從到有的過(guò)程，各省市在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，按照各地區(qū)具體情況，制定了地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施細(xì)則。但由于建筑節(jié)能在當(dāng)前的設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)儆谝粋€(gè)比較新的項(xiàng)目，大家大多專注于技術(shù)問(wèn)題，而對(duì)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的思想和策略涉及有限。本文從夏熱冬冷地區(qū)氣候特點(diǎn)出發(fā)，引出建筑節(jié)能規(guī)劃的一點(diǎn)思路，按區(qū)域規(guī)劃和建筑單體設(shè)計(jì)兩部分進(jìn)行討論，并提出設(shè)計(jì)的了原則和策略。

　　2、夏熱冬冷地區(qū)的氣候特點(diǎn)與現(xiàn)狀

　　夏熱冬冷地區(qū)地區(qū)主要位于長(zhǎng)江流域，主要特點(diǎn)是夏季悶熱，冬季濕冷，夏季最熱月平均溫度30℃～33℃，相對(duì)濕度80%左右，冬季最冷月平均氣溫0℃～6℃。同時(shí)地區(qū)之間存在一定的差異。

　　根據(jù)《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》,夏熱冬冷地區(qū)大致為隴海線以南,南嶺以北,四川盆地以東,大體上是長(zhǎng)江中下游地區(qū)。回顧該地區(qū)歷史,過(guò)去夏季無(wú)空調(diào),冬季不暖隨著經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展,提高室內(nèi)熱舒適度已經(jīng)成為人們的普遍追求,夏天用空調(diào),冬季用電暖器等電暖設(shè)備已經(jīng)變成該區(qū)的一般做法。這樣一來(lái),原來(lái)該地區(qū)對(duì)建筑保溫隔熱不重視的問(wèn)題逐漸暴露出來(lái),如果不迅速改變?cè)搮^(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能差的局面,建筑用能必將極度浪費(fèi)。因此,對(duì)該區(qū)建筑節(jié)能的研究極其必要。

　　3、設(shè)計(jì)總體原則

　　3.1建筑設(shè)計(jì)層面

　　3.1.1朝向：合理的朝向,對(duì)建筑節(jié)能意義重大。該地區(qū)的最佳朝向?yàn)?南—南偏東15°(見(jiàn)圖1)。好的朝向,冬季能最大限度的利用陽(yáng)光,降低采暖能耗;同時(shí)避開(kāi)冬季主導(dǎo)風(fēng)向,減少由圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱產(chǎn)生的熱損失。該區(qū)的建筑,應(yīng)該避開(kāi)東、西最不利朝向,因?yàn)橄募驹搮^(qū)的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度高,太陽(yáng)西曬可以讓外墻溫度高達(dá)50℃以上,將極度增加空調(diào)負(fù)荷,導(dǎo)致建筑能耗上升。

　　3.1.2自然通風(fēng)

　　好的通風(fēng)環(huán)境,有利于降低該區(qū)建筑能耗。該地區(qū)的過(guò)渡季節(jié)和冬、夏季部分時(shí)間都有開(kāi)窗通風(fēng)習(xí)慣,一方面可以改善室內(nèi)空氣品質(zhì),另一方面冬季正午可以接收陽(yáng)光的直接熱輻射;夏季夜晚可以迅速帶走房間白天聚積的熱量。反之,通風(fēng)不利,可能

　　會(huì)延長(zhǎng)夏季空調(diào)使用時(shí)間,增加能耗。利用自然通風(fēng)的原理可分為兩類:風(fēng)壓和熱壓(見(jiàn)圖2)。常見(jiàn)的“穿堂風(fēng)”就是利用風(fēng)遇到建筑阻礙,在建筑正面形成正壓,側(cè)面和背面形成負(fù)壓,通過(guò)壓力差使建筑內(nèi)部空氣產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。利用風(fēng)壓原理時(shí),建筑應(yīng)盡量減小進(jìn)深以加強(qiáng)通風(fēng)效果,一般進(jìn)深宜不大于5H。當(dāng)建筑外部風(fēng)環(huán)境不夠理想,往往在建筑中設(shè)置中庭,利用熱壓原理,即“煙囪效應(yīng)”,產(chǎn)生垂直方向上的溫度差,進(jìn)而帶來(lái)熱壓力差,形成熱壓通風(fēng)。實(shí)際建筑中,更多的是兩個(gè)原理的綜合使用,情況較為復(fù)雜,通過(guò)相關(guān)軟件如Fluent的通風(fēng)模擬,尋找風(fēng)壓和熱壓模式的臨界面,分區(qū)分層采取通風(fēng)措施,節(jié)能效果將更加突出。

　　3.1.3遮陽(yáng)

　　該地區(qū)由太陽(yáng)對(duì)外窗直射帶來(lái)的熱負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱,故設(shè)置有效的遮陽(yáng)構(gòu)件對(duì)減少夏季建筑能耗有很大幫助。遮陽(yáng)形式可分為:1)外遮陽(yáng):a.水平遮陽(yáng)板;b.垂直遮陽(yáng)板;c.水平與垂直遮陽(yáng)結(jié)合;d.擋板式遮陽(yáng);e.遮陽(yáng)百葉;f.遮陽(yáng)篷。2)內(nèi)遮陽(yáng)。3)玻璃自遮陽(yáng)。根據(jù)該地區(qū)實(shí)際情況,水平遮陽(yáng)主要使用在南向,因?yàn)槿粘鋈章鋾r(shí),太陽(yáng)高度角較小,水平遮陽(yáng)效果甚微,故東、西向多采用垂直遮陽(yáng)或者擋板式等。綜合效果,外遮陽(yáng)好過(guò)內(nèi)遮陽(yáng),綜合遮陽(yáng)好過(guò)單一方式遮陽(yáng)。建議使用活動(dòng)遮陽(yáng)構(gòu)件

　　加玻璃自遮陽(yáng),既可以減少夏季陽(yáng)光的熱輻射,在冬季又能通過(guò)調(diào)節(jié)遮陽(yáng)構(gòu)件的角度或者位置爭(zhēng)取最大的日照能量。綜合遮陽(yáng)效果可以用Shadeplus等軟件進(jìn)行模擬,確保最佳的遮陽(yáng)效果。

　　3.2建筑構(gòu)造層面

　　3.2.1外墻

　　改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能是最直接節(jié)能策略。過(guò)去,該地區(qū)外墻無(wú)保溫措施,室內(nèi)熱工環(huán)境比較惡劣。通過(guò)增設(shè)保溫層或采用導(dǎo)熱系數(shù)小的外墻材料來(lái)改善外墻的保溫隔熱性能。按保溫層設(shè)置位置,分外保溫和內(nèi)保溫,一般來(lái)說(shuō),外保溫效果好于內(nèi)保

　　溫。經(jīng)過(guò)近幾年的工程實(shí)踐,該地區(qū)采用聚苯板/聚苯顆粒、聚氨酯的外保溫外墻體系已經(jīng)達(dá)到實(shí)用階段,經(jīng)過(guò)測(cè)試,與普通磚墻比較,夏季使室內(nèi)溫度普遍下降4℃~5℃,冬季采暖期室內(nèi)溫度上升4℃~5℃,而增加的造價(jià)也在可接受范圍之內(nèi)。

　　3.2.2屋頂

　　夏季,在太陽(yáng)輻射下,該地區(qū)水平屋面板的溫度也可以高達(dá)50℃,屋面的熱工性能直接影響頂層房間的空調(diào)能耗,因此改善屋面的保溫隔熱性能非常必要。具體做法有:1)空氣隔熱層上鋪隔熱板;2)60mm~80mm厚聚氨酯保溫層;3)平頂改成坡頂;4)

　　蓄水屋面;5)種植屋面。當(dāng)采用屋頂保溫層時(shí),建議采用倒置屋面。同時(shí),還可以在屋頂設(shè)置遮陽(yáng)構(gòu)件,既豐富了第五立面,又可以降低屋面溫度。

　　3.2.3外窗

　　該地區(qū)以普通單層玻璃窗為主的現(xiàn)狀,是建筑節(jié)能中的短板。有研究表明,外窗占到建筑能耗的40%左右。究其原因有三:1)窗戶導(dǎo)熱系數(shù)過(guò)大;2)玻璃自遮陽(yáng)系數(shù)太小;3)窗戶的氣密性差,空氣滲透嚴(yán)重。故節(jié)能策略應(yīng)為減小窗扇的傳熱系數(shù)和增

　　大遮陽(yáng)系數(shù)以及提高窗的氣密性。中空雙層玻璃、鍍膜玻璃、低輻射(Low-E)玻璃都可以滿足該地區(qū)節(jié)能要求,對(duì)于公建外窗的氣密性還應(yīng)不低于GB7107建筑外窗氣密性能分級(jí)及其檢測(cè)方法規(guī)定的4級(jí),居住建筑不應(yīng)低于2級(jí)。對(duì)于采用玻璃幕墻的建筑,由于窗墻比增大,需相應(yīng)減小幕墻的傳熱系數(shù),其氣密性不應(yīng)低于GB/T15225建筑幕墻物理性能分級(jí)規(guī)定的3級(jí)。根據(jù)工程實(shí)踐,不建議在夏熱冬冷地區(qū)使用雙層玻璃幕墻,因?yàn)樵靸r(jià)提高了很多,但節(jié)能效果卻收效甚微。

　　3.3建筑設(shè)備層面

　　3.3.1空調(diào)采暖

　　鑒于該地區(qū)過(guò)去制冷、采暖大多為個(gè)人行為,居住建筑幾乎沒(méi)有集中供暖、供冷的歷史,而且這種狀態(tài)可能還要延續(xù)下去。提高制冷、采暖設(shè)備的工作效率成為唯一可行的辦法。而對(duì)于采用集中供暖空調(diào)的建筑:1)提高設(shè)備效率(COP);2)改善運(yùn)行管理模式,從管理要效益;3)提高設(shè)備末端可調(diào)節(jié)程度,滿足不同需要,同時(shí)避免因過(guò)冷、過(guò)熱造成的能源浪費(fèi);4)合理分區(qū),在建筑方案設(shè)計(jì)階段把類型相同、熱工要求類似的房間集中布置,減少內(nèi)耗;5)提倡采用熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù);6)鼓勵(lì)采用太陽(yáng)能、地?zé)岬瓤稍偕茉?如水源、地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。

　　3.3.2通風(fēng)

　　如前所述,提倡在該地區(qū)采用自然通風(fēng)。但當(dāng)自然通風(fēng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)或者效果不佳時(shí),如商場(chǎng)、電影院等大型公共建筑必須采用自然通風(fēng)加機(jī)械通風(fēng)或者全機(jī)械通風(fēng)時(shí),提高通風(fēng)機(jī)組(包括新風(fēng)和排風(fēng))的工作效能以及采用熱回收技術(shù)(通過(guò)對(duì)排風(fēng)中的顯熱或者全熱進(jìn)行回收,對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)處理)都能節(jié)約能源開(kāi)銷(見(jiàn)圖3)。

　　4、夏熱冬冷地區(qū)建筑節(jié)能規(guī)劃設(shè)計(jì)的策略

　　氣候是影響建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)重要因素，在不同的區(qū)域條件下，應(yīng)有適應(yīng)的建筑節(jié)能策略。針對(duì)夏熱冬冷地區(qū)氣候的特點(diǎn)，相應(yīng)的建筑節(jié)能方向應(yīng)該是夏季隔熱，兼顧冬季保溫，全年除濕，空調(diào)節(jié)能運(yùn)行以及補(bǔ)充利用太陽(yáng)能。重點(diǎn)使用的技術(shù)有圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱、外遮陽(yáng)技術(shù)、空調(diào)運(yùn)行的節(jié)能技術(shù)、通風(fēng)除濕技術(shù)、綠色照明技術(shù)、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)等。

　　4.1低碳生態(tài)城市的區(qū)域規(guī)劃

　　低碳生態(tài)城市的建設(shè)思路，可以歸納為生態(tài)規(guī)劃、綠色建設(shè)、低碳運(yùn)行。生態(tài)規(guī)劃階段需要在最大限度保護(hù)環(huán)境的前提下，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況制定量化的指導(dǎo)指標(biāo)，并融入到詳細(xì)規(guī)劃之中。綠色建設(shè)就是建立綠色建筑技術(shù)保障，包括評(píng)價(jià)體系和設(shè)計(jì)導(dǎo)則。低碳運(yùn)行，指的是建立實(shí)現(xiàn)低碳目標(biāo)的監(jiān)督和激勵(lì)機(jī)制。

　　4.2建筑單體節(jié)能策略

　　區(qū)域規(guī)劃階段后，為滿足建筑單體分解到得節(jié)能指標(biāo)，設(shè)計(jì)者需要選擇合適的建筑

　　單體節(jié)能技術(shù)。按生態(tài)城綠色建筑思想，就是應(yīng)該遵循被動(dòng)優(yōu)先、主動(dòng)優(yōu)化、可再生能源補(bǔ)充、行為節(jié)能落實(shí)的策略。

　　4.3被動(dòng)技術(shù)優(yōu)先

　　被動(dòng)式設(shè)計(jì)優(yōu)先就是在設(shè)計(jì)的過(guò)程中最大限度地利用自然環(huán)境的潛能，一言以蔽

　　之，就是高效地利用有利的自然資源;并有效地回避不利的自然因素。夏熱冬冷地區(qū)氣候比較差，夏季悶熱，冬季濕冷，氣候潮濕，同時(shí)太陽(yáng)輻射夏強(qiáng)冬弱。針對(duì)這些不利條件，可選擇做好建筑單體平面設(shè)計(jì)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱保溫，加強(qiáng)自然通風(fēng)，夏季遮陽(yáng)等技術(shù)。