設(shè)計(jì)中國(guó)：住宅建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)

　　建筑是用能大戶，建筑節(jié)能是發(fā)展建筑業(yè)的需要。在發(fā)達(dá)國(guó)家，適宜的室溫已經(jīng)成為一種基本的需要。新疆作為我國(guó)北方采暖地區(qū)是屬于福利型供暖，九十年代以前采暖用能及節(jié)能與用戶經(jīng)濟(jì)利益無(wú)關(guān)，致使用戶并不大關(guān)心建筑節(jié)能問(wèn)題。近幾年住宅節(jié)能的重要意義已逐步受到建筑師重視，如何在住宅建筑設(shè)計(jì)中，更好地利用自然能源，提高住宅建筑中能源利用效率，則是建筑師需要探討的課題。

　　1、改善建筑熱環(huán)境，必須使用能源

　　只有合理使用和節(jié)約使用能源，盡可能提高能源利用效率，使改善建筑熱環(huán)境與建筑節(jié)能相結(jié)合，才能既使改善建筑熱環(huán)境有能源的支持而成為可能，又不致造成更加嚴(yán)重的浪費(fèi)，做到人類(lèi)和生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。

　　2、國(guó)外節(jié)能已成風(fēng)尚

　　在國(guó)外，建筑師采用多種形式和方法來(lái)節(jié)能：

　　(1)、資源回收利用：

　　日本1997年建成了一棟實(shí)驗(yàn)型“健康住宅”。除了整個(gè)住宅盡可能選對(duì)人體無(wú)害的建筑材料外，墻體還被設(shè)計(jì)成雙重結(jié)構(gòu)，每個(gè)房間建有通風(fēng)口，整個(gè)房屋系統(tǒng)的空氣采用全熱交換器和除濕機(jī)進(jìn)行循環(huán)。全熱交換器能夠有效地回收熱量并加以再次利用，其過(guò)濾器可有效地收集空氣中細(xì)小的塵埃，從而能夠抑制霉菌等過(guò)敏生物繁殖。這種資源的回收利用，不僅變廢為寶，而且減少了環(huán)境污源，節(jié)約了能源。

　　(2)、新能源開(kāi)發(fā)利用：

　　德國(guó)建筑師塞多。特霍爾斯建造了一座能跟蹤陽(yáng)光的太陽(yáng)房屋。房屋被安裝在一個(gè)圓盤(pán)底座上，由一個(gè)小型太陽(yáng)能電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一組齒輪。房屋底座在環(huán)形軌道上以每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)3cm的速度隨太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)太陽(yáng)落山以后，該房屋便反向轉(zhuǎn)動(dòng)，回到起點(diǎn)位置。它跟蹤太陽(yáng)所消耗的電力僅為房屋太陽(yáng)能發(fā)電功率的1%，而所吸收的太陽(yáng)能則相當(dāng)于一般不能轉(zhuǎn)動(dòng)的太陽(yáng)能房屋的2倍。

　　3、中國(guó)建筑能耗基本情況

　　我國(guó)的建筑能耗量約占全國(guó)總用能量的1/4，居耗能首位。近年來(lái)我國(guó)建筑業(yè)得到了快速的發(fā)展，需要大量的建造和運(yùn)行使用能源，尤其是建筑的采暖和空調(diào)耗能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1994年全國(guó)僅住宅建筑能耗在基本上不供熱水的情況下為1.54×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，占當(dāng)年全社會(huì)能源消耗總量12.27×109t標(biāo)準(zhǔn)煤的12.6%.目前每年城鎮(zhèn)建筑僅采暖一項(xiàng)需要耗能1.3×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，占全國(guó)能源消費(fèi)總量的11.5%左右，占采暖區(qū)全社會(huì)能源消費(fèi)的20%以上，在一些嚴(yán)寒地區(qū)，城鎮(zhèn)建筑能耗高達(dá)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)能源消費(fèi)的50%左右。與此同時(shí)，由于建筑供暖燃用大量煤炭等礦物能源，使周?chē)淖匀慌c生態(tài)環(huán)境不斷惡化。在能源的利用過(guò)程中，化石類(lèi)燃料燃燒時(shí)排放到大氣的污染物中，99%的氮氧化物、99%的CO、91%的SO2、78%的CO2、60%的粉塵和43%的碳化氫是化石類(lèi)燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的，其中煤燃燒產(chǎn)生的占大多數(shù)。燃煤產(chǎn)生的大氣污染物中SO2占87%、氮氧化物占67%，CO2占71%，煙塵占60%.由于我國(guó)是主要以煤而不是以油、氣等優(yōu)質(zhì)能源作為主要能源消耗的國(guó)家，每年由于燃燒礦物燃料向地球大氣排放的二氧化碳僅次于美國(guó)居世界第二，預(yù)計(jì)到2020年，中國(guó)將取代美國(guó)成為世界二氧化碳排放第一大國(guó)。因此，中國(guó)對(duì)于全球氣候變暖承擔(dān)著重大的責(zé)任，而作為耗能大戶的建筑，其節(jié)能也就成為關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重大問(wèn)題。

　　4、住宅設(shè)計(jì)最基本的節(jié)能意識(shí)

　　新疆冬季嚴(yán)寒漫長(zhǎng)，因此，住宅建筑設(shè)計(jì)中，主要空間朝向南，或向南偏東，或向南偏西，歷來(lái)被認(rèn)為是合理的設(shè)計(jì)，這是最基本的節(jié)能意識(shí)在住宅建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。在我國(guó)的大部分冬冷夏熱地區(qū)住宅的總體規(guī)劃和單體設(shè)計(jì)中，為住宅的主要空間爭(zhēng)取良好朝向，滿足冬季的日照要求，充分利用天然能源，無(wú)疑是最基本的改善住宅室內(nèi)熱環(huán)境的設(shè)計(jì)，是最基本的節(jié)能措施。因此，我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50096-1999)》中規(guī)定“每套住宅至少應(yīng)有一個(gè)居住空間能獲得日照，當(dāng)一套住宅中，居住空間總數(shù)超過(guò)四個(gè)時(shí)，其中宜有兩個(gè)獲得日照。”在現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50180)》中，規(guī)定了住宅的日照標(biāo)準(zhǔn)的最低時(shí)限。

　　5、住宅的主要空間與建筑節(jié)能設(shè)計(jì)來(lái)

　　在早期的城市住宅設(shè)計(jì)中，多以臥室為中心，臥室是住宅中的主要居住空間。當(dāng)時(shí)的住宅，臥室是住宅中唯一的主要空間。在住宅的空間設(shè)計(jì)中，顯然要將所有的臥室置于日照通風(fēng)條件最佳的住置，置于南向，為住戶提供最好的享用自然能源的環(huán)境。近年來(lái)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平提高，住房條件不斷地改善。設(shè)計(jì)人員經(jīng)過(guò)多年的推敲、探討，住宅內(nèi)部的休息區(qū)，起居活動(dòng)區(qū)及廚衛(wèi)服務(wù)區(qū)三大功能，分區(qū)更趨向明確合理。住宅中的臥室不再是多功能的，已被更合理地理解為休息區(qū)，主要功能是供睡眠、休息兼存放衣物，要求輕松寧?kù)o，有一定的私密性的空間。白天人們工作、學(xué)習(xí)、外出，即使在家各種起居活動(dòng)也不在臥室中。因此以夜間睡眠用為主，白天多是空關(guān)著的臥室，向南還是向北，有無(wú)直接日照，對(duì)于建筑節(jié)能而言差別不大。在滿足通風(fēng)采光，保證窗戶的氣密性和隔熱性的要求下，臥室不向南不影響建筑節(jié)能。因此，一套住宅中，臥室已經(jīng)不是爭(zhēng)取占據(jù)南向的唯一主要空間?！皬d”在現(xiàn)代住宅中，已成為居住者各種起居活動(dòng)的主要空間。白天的日照、陽(yáng)光對(duì)于起居活動(dòng)中心的“廳”來(lái)講，更有直接的節(jié)能意義。對(duì)于上班族來(lái)講，由于實(shí)行雙休日制度后，白天在家的天數(shù)增多了，約占全年總天數(shù)的四分之一，對(duì)于老年人、嬰幼兒來(lái)講，則多數(shù)時(shí)間是呆在廳里的，即便學(xué)生，寒暑假、星期天在家，主要活動(dòng)空間也是在廳里，所以現(xiàn)在住宅中，廳的面積遠(yuǎn)比一個(gè)臥室大。白天，廳的使用頻率比臥室高得多，起居廳已是住宅中的活動(dòng)中心，是現(xiàn)代住宅中的主要空間。所以如果起居廳向南，白天的陽(yáng)光照著在起居廳活動(dòng)的人們，其節(jié)能效應(yīng)是不言而喻的。如果是南向起居廳，室內(nèi)的自然熱環(huán)境較好，可以大大地節(jié)約采暖和空調(diào)的耗能。

　　6、建筑構(gòu)造節(jié)能設(shè)計(jì)

　　(1)、墻體節(jié)能：

　　墻體是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主體，其所用材料的保溫性能直接影響建筑的耗熱量。我國(guó)以實(shí)心粘土磚為墻體材料，保溫性能不能滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。以外墻為例，JGJ26-1995標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在建筑物形體系數(shù)(建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的體積的比值)小于0.3時(shí)，北京地區(qū)傳熱系數(shù)不超過(guò)1.16W/(m2.K)，而目前常用的內(nèi)抹灰磚墻，傳熱系數(shù)都大于上述節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。因而在節(jié)能的前提下，應(yīng)進(jìn)一步推廣空心磚墻及其復(fù)合墻體技術(shù)。

　　(2)、門(mén)窗節(jié)能：

　　外門(mén)窗是住宅能耗散失的最薄弱部位，其能耗占住宅總能耗的比例較大，其中傳熱損失為1/3，冷風(fēng)滲透為1/3，所以在保證日照、采光、通風(fēng)、觀景要求的條件下，盡量減小住宅外門(mén)窗洞口的面積，提高外門(mén)窗的氣密性，減少冷風(fēng)滲透，提高外門(mén)窗本身的保溫性能，減少外門(mén)窗本身的傳熱量。其節(jié)能措施有：

　　a、控制住宅窗墻比。住宅窗墻比是指住宅窗戶洞口面積與住宅立面單元面積的比值，JGJ26-1995《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住部分)》對(duì)不同朝向的住宅窗墻比做了嚴(yán)格的規(guī)定，指出“北向、東向和西向、南向的窗墻比分別不應(yīng)超過(guò)20%、30%、35%”。

　　b、提高住宅外窗的氣密性，減少冷空氣滲透。如設(shè)置泡沫塑料密封條，使用新型的、密封性能良好的門(mén)窗材料。而門(mén)窗框與墻間的縫隙可用彈性松軟型材料(如毛氈)、彈性密閉型材料(如聚乙烯泡沫材料)、密封膏以及邊框設(shè)灰口等密封;框與扇的密封可用橡膠、橡塑或泡沫密封條以及高低縫、回風(fēng)槽等;扇與扇之間的密封可用密封條、高低縫及縫外壓條等;扇與玻璃之間的密封可用各種彈性壓條等。

　　c、改善住宅門(mén)窗的保溫性能。戶門(mén)與陽(yáng)臺(tái)門(mén)應(yīng)結(jié)合防火、防盜要求，在門(mén)的空腹內(nèi)填充聚苯乙烯板或巖棉板，以增加其絕熱性能;窗戶最好采用鋼塑復(fù)合窗和塑料窗，這樣可避免金屬窗產(chǎn)生的冷橋，可設(shè)置雙玻璃或三玻璃，并積極采用中空玻璃、鍍膜玻璃，有條件的住宅可采用低輻射玻璃;縮短窗扇的縫隙長(zhǎng)度，采用大窗扇，減少小窗扇，擴(kuò)大單塊玻璃的面積，減少窗芯，合理地減少可開(kāi)啟的窗扇面積，適當(dāng)增加固定玻璃及固定窗扇的面積。

　　d、設(shè)置“溫度阻尼區(qū)”。所謂溫度阻尼區(qū)就是在室內(nèi)與室外之間設(shè)有一中間層次，這一中間層次象熱閘一樣可阻止室外冷風(fēng)的直接滲透，減少外墻、外窗的熱耗損。在住宅中，將北陽(yáng)臺(tái)的外門(mén)、窗全部用密封陽(yáng)臺(tái)封閉起來(lái)，外門(mén)設(shè)防風(fēng)門(mén)斗，防止冷風(fēng)倒灌，樓梯間設(shè)計(jì)成封閉式的，對(duì)屋頂上人孔進(jìn)行封閉處理等措施均能收到良好的節(jié)能效果。

　　(3)、屋面節(jié)能

　　在不斷改進(jìn)建筑外墻、外窗的保溫性能后，還必須進(jìn)一步加強(qiáng)屋面保溫隔熱的研究。屋面節(jié)能措施的要點(diǎn)，其一是屋面保溫層不宜選用密度較大、導(dǎo)熱系數(shù)較高的保溫材料，以免屋面重量、厚度過(guò)大;其二是屋面保溫層不宜選用吸水率較大的保溫材料以防屋面濕作業(yè)時(shí)因保溫層大量吸水而降低保溫效果，如選用吸水率較高的保溫材料，屋面上應(yīng)設(shè)置排氣孔以排除保溫層內(nèi)不易排出的水分。現(xiàn)在，高效保溫材料已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于屋面，一些建筑的屋面保溫，采用膨脹珍珠巖保溫芯板保溫層代替常規(guī)的瀝青珍珠巖或水泥珍珠巖做法，就克服了常規(guī)作法的諸多缺點(diǎn)。這種保溫芯板施工方便、價(jià)格低廉、不污染環(huán)境;芯板為柔性制品，不僅適用于具有平面的屋面，也可用于帶有曲面的屋面，其保溫工程更可顯示出它的優(yōu)越性。其主要技術(shù)指標(biāo)，表觀密度為110～150kg/m3;導(dǎo)熱系數(shù)為0.04～0.06W/m.K;蓄熱系數(shù)為0.90～0.11m2.K.抗壓強(qiáng)度大于0.2MPa;吸水率小于0.01%;蒸汽滲透系數(shù)為2.18×10-7g/m.n.Pa[5].這些指標(biāo)充分體現(xiàn)了膨脹珍珠巖密度較小，導(dǎo)熱系數(shù)較低，而且吸水率和蒸汽滲透系數(shù)也都很低。這是保溫性能好的材料所必須具備的。2001年已經(jīng)在西寧污水處理廠的數(shù)百平方米屋面工程中使用，收到了好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。