夏热冬冷地区绿色建筑节能规划设计

　　夏热冬冷地区建筑设计要结合该地区气温气候的变化，本文提出几种夏热冬冷地区建筑节能规划设计的策略。

　　《建筑管理现代化》是建设部主管，由哈尔滨工业大学、中国建筑业协会管理现代化专业委员会主办的国家级期刊。创刊于1987年9月，为双月刊，国内外公开发行。本刊主要报道国内外行业内的新成就、新成果;宣传报道建筑企业的建立现代企业制度、转换经营机制的新经验。本刊全面反映国内行业企业管理中现代高新技术，同时又着眼于进行现代化管理中的现代组织方法和手段的普及和应用。

　　本文从住宅建筑设计的角度出发，研究该区域住宅节能，探讨技术上可行，经济上合理以及社会和环境可以承受的建筑技术措施，对于夏热冬冷地区住宅实现高舒适度，低能耗的可持续发展的建筑设计目标具有重要的现实意义。

　　1、前言

　　“十二五”节能减排综合性工作方案提出节能减排约束性指标，到2015年，全国单位GDP能耗比2010年下降16%。其中建筑业发展“十二五”规划明确了建筑业增长规模年均增长15%，建筑节能目标节能降低10%。

　　随着经济发展和生活水平的提高，夏热冬冷地区为改善人居环境的需要，带来建筑能耗特别是非工业用电的急剧增加。为了缓解能源紧缺的困境，完成国家规划的节能目标，夏热冬冷地区建筑节能势在必行。建筑节能设计工作成为了整个建筑

　　节能工作推进的重要环节，只有先设计出一个合理有效的建筑节能方案后，才能建成合格的节能建筑。自《夏热冬冷地区的居住建筑节能设计标准》和《公共建筑节能设计标准》的国家标准颁布实施以来，对夏热冬冷地区的建筑节能设计经历从到有的过程，各省市在国家标准的基础上，按照各地区具体情况，制定了地区标准和实施细则。但由于建筑节能在当前的设计领域属于一个比较新的项目，大家大多专注于技术问题，而对建筑节能设计中的思想和策略涉及有限。本文从夏热冬冷地区气候特点出发，引出建筑节能规划的一点思路，按区域规划和建筑单体设计两部分进行讨论，并提出设计的了原则和策略。

　　2、夏热冬冷地区的气候特点与现状

　　夏热冬冷地区地区主要位于长江流域，主要特点是夏季闷热，冬季湿冷，夏季最热月平均温度30℃～33℃，相对湿度80%左右，冬季最冷月平均气温0℃～6℃。同时地区之间存在一定的差异。

　　根据《民用建筑热工设计规范》,夏热冬冷地区大致为陇海线以南,南岭以北,四川盆地以东,大体上是长江中下游地区。回顾该地区历史,过去夏季无空调,冬季不暖随着经济迅速发展,提高室内热舒适度已经成为人们的普遍追求,夏天用空调,冬季用电暖器等电暖设备已经变成该区的一般做法。这样一来,原来该地区对建筑保温隔热不重视的问题逐渐暴露出来,如果不迅速改变该区围护结构热工性能差的局面,建筑用能必将极度浪费。因此,对该区建筑节能的研究极其必要。

　　3、设计总体原则

　　3.1建筑设计层面

　　3.1.1朝向：合理的朝向,对建筑节能意义重大。该地区的最佳朝向为:南—南偏东15°(见图1)。好的朝向,冬季能最大限度的利用阳光,降低采暖能耗;同时避开冬季主导风向,减少由围护结构传热产生的热损失。该区的建筑,应该避开东、西最不利朝向,因为夏季该区的太阳辐射强度高,太阳西晒可以让外墙温度高达50℃以上,将极度增加空调负荷,导致建筑能耗上升。

　　3.1.2自然通风

　　好的通风环境,有利于降低该区建筑能耗。该地区的过渡季节和冬、夏季部分时间都有开窗通风习惯,一方面可以改善室内空气品质,另一方面冬季正午可以接收阳光的直接热辐射;夏季夜晚可以迅速带走房间白天聚积的热量。反之,通风不利,可能

　　会延长夏季空调使用时间,增加能耗。利用自然通风的原理可分为两类:风压和热压(见图2)。常见的“穿堂风”就是利用风遇到建筑阻碍,在建筑正面形成正压,侧面和背面形成负压,通过压力差使建筑内部空气产生运动。利用风压原理时,建筑应尽量减小进深以加强通风效果,一般进深宜不大于5H。当建筑外部风环境不够理想,往往在建筑中设置中庭,利用热压原理,即“烟囱效应”,产生垂直方向上的温度差,进而带来热压力差,形成热压通风。实际建筑中,更多的是两个原理的综合使用,情况较为复杂,通过相关软件如Fluent的通风模拟,寻找风压和热压模式的临界面,分区分层采取通风措施,节能效果将更加突出。

　　3.1.3遮阳

　　该地区由太阳对外窗直射带来的热负荷远远大于围护结构的传热,故设置有效的遮阳构件对减少夏季建筑能耗有很大帮助。遮阳形式可分为:1)外遮阳:a.水平遮阳板;b.垂直遮阳板;c.水平与垂直遮阳结合;d.挡板式遮阳;e.遮阳百叶;f.遮阳篷。2)内遮阳。3)玻璃自遮阳。根据该地区实际情况,水平遮阳主要使用在南向,因为日出日落时,太阳高度角较小,水平遮阳效果甚微,故东、西向多采用垂直遮阳或者挡板式等。综合效果,外遮阳好过内遮阳,综合遮阳好过单一方式遮阳。建议使用活动遮阳构件

　　加玻璃自遮阳,既可以减少夏季阳光的热辐射,在冬季又能通过调节遮阳构件的角度或者位置争取最大的日照能量。综合遮阳效果可以用Shadeplus等软件进行模拟,确保最佳的遮阳效果。

　　3.2建筑构造层面

　　3.2.1外墙

　　改善围护结构的热工性能是最直接节能策略。过去,该地区外墙无保温措施,室内热工环境比较恶劣。通过增设保温层或采用导热系数小的外墙材料来改善外墙的保温隔热性能。按保温层设置位置,分外保温和内保温,一般来说,外保温效果好于内保

　　温。经过近几年的工程实践,该地区采用聚苯板/聚苯颗粒、聚氨酯的外保温外墙体系已经达到实用阶段,经过测试,与普通砖墙比较,夏季使室内温度普遍下降4℃~5℃,冬季采暖期室内温度上升4℃~5℃,而增加的造价也在可接受范围之内。

　　3.2.2屋顶

　　夏季,在太阳辐射下,该地区水平屋面板的温度也可以高达50℃,屋面的热工性能直接影响顶层房间的空调能耗,因此改善屋面的保温隔热性能非常必要。具体做法有:1)空气隔热层上铺隔热板;2)60mm~80mm厚聚氨酯保温层;3)平顶改成坡顶;4)

　　蓄水屋面;5)种植屋面。当采用屋顶保温层时,建议采用倒置屋面。同时,还可以在屋顶设置遮阳构件,既丰富了第五立面,又可以降低屋面温度。

　　3.2.3外窗

　　该地区以普通单层玻璃窗为主的现状,是建筑节能中的短板。有研究表明,外窗占到建筑能耗的40%左右。究其原因有三:1)窗户导热系数过大;2)玻璃自遮阳系数太小;3)窗户的气密性差,空气渗透严重。故节能策略应为减小窗扇的传热系数和增

　　大遮阳系数以及提高窗的气密性。中空双层玻璃、镀膜玻璃、低辐射(Low-E)玻璃都可以满足该地区节能要求,对于公建外窗的气密性还应不低于GB7107建筑外窗气密性能分级及其检测方法规定的4级,居住建筑不应低于2级。对于采用玻璃幕墙的建筑,由于窗墙比增大,需相应减小幕墙的传热系数,其气密性不应低于GB/T15225建筑幕墙物理性能分级规定的3级。根据工程实践,不建议在夏热冬冷地区使用双层玻璃幕墙,因为造价提高了很多,但节能效果却收效甚微。

　　3.3建筑设备层面

　　3.3.1空调采暖

　　鉴于该地区过去制冷、采暖大多为个人行为,居住建筑几乎没有集中供暖、供冷的历史,而且这种状态可能还要延续下去。提高制冷、采暖设备的工作效率成为唯一可行的办法。而对于采用集中供暖空调的建筑:1)提高设备效率(COP);2)改善运行管理模式,从管理要效益;3)提高设备末端可调节程度,满足不同需要,同时避免因过冷、过热造成的能源浪费;4)合理分区,在建筑方案设计阶段把类型相同、热工要求类似的房间集中布置,减少内耗;5)提倡采用热、电、冷联产技术;6)鼓励采用太阳能、地热等可再生能源:如水源、地源热泵空调系统。

　　3.3.2通风

　　如前所述,提倡在该地区采用自然通风。但当自然通风无法实现或者效果不佳时,如商场、电影院等大型公共建筑必须采用自然通风加机械通风或者全机械通风时,提高通风机组(包括新风和排风)的工作效能以及采用热回收技术(通过对排风中的显热或者全热进行回收,对新风进行预处理)都能节约能源开销(见图3)。

　　4、夏热冬冷地区建筑节能规划设计的策略

　　气候是影响建筑设计的一个重要因素，在不同的区域条件下，应有适应的建筑节能策略。针对夏热冬冷地区气候的特点，相应的建筑节能方向应该是夏季隔热，兼顾冬季保温，全年除湿，空调节能运行以及补充利用太阳能。重点使用的技术有围护结构的保温隔热、外遮阳技术、空调运行的节能技术、通风除湿技术、绿色照明技术、太阳能热水系统等。

　　4.1低碳生态城市的区域规划

　　低碳生态城市的建设思路，可以归纳为生态规划、绿色建设、低碳运行。生态规划阶段需要在最大限度保护环境的前提下，结合当地实际情况制定量化的指导指标，并融入到详细规划之中。绿色建设就是建立绿色建筑技术保障，包括评价体系和设计导则。低碳运行，指的是建立实现低碳目标的监督和激励机制。

　　4.2建筑单体节能策略

　　区域规划阶段后，为满足建筑单体分解到得节能指标，设计者需要选择合适的建筑

　　单体节能技术。按生态城绿色建筑思想，就是应该遵循被动优先、主动优化、可再生能源补充、行为节能落实的策略。

　　4.3被动技术优先

　　被动式设计优先就是在设计的过程中最大限度地利用自然环境的潜能，一言以蔽

　　之，就是高效地利用有利的自然资源;并有效地回避不利的自然因素。夏热冬冷地区气候比较差，夏季闷热，冬季湿冷，气候潮湿，同时太阳辐射夏强冬弱。针对这些不利条件，可选择做好建筑单体平面设计，围护结构隔热保温，加强自然通风，夏季遮阳等技术。