設(shè)計中國：住宅建筑的節(jié)能設(shè)計

　　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)國家，適宜的室溫已經(jīng)成為一種基本的需要。新疆作為我國北方采暖地區(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)濟利益無關(guān)，致使用戶并不大關(guān)心建筑節(jié)能問題。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，做到人類和生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。

　　2、國外節(jié)能已成風(fēng)尚

　　在國外，建筑師采用多種形式和方法來節(jié)能：

　　(1)、資源回收利用：

　　日本1997年建成了一棟實驗型“健康住宅”。除了整個住宅盡可能選對人體無害的建筑材料外，墻體還被設(shè)計成雙重結(jié)構(gòu)，每個房間建有通風(fēng)口，整個房屋系統(tǒng)的空氣采用全熱交換器和除濕機進(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)、新能源開發(fā)利用：

　　德國建筑師塞多。特霍爾斯建造了一座能跟蹤陽光的太陽房屋。房屋被安裝在一個圓盤底座上，由一個小型太陽能電動機帶動一組齒輪。房屋底座在環(huán)形軌道上以每分鐘轉(zhuǎn)動3cm的速度隨太陽旋轉(zhuǎn)。當(dāng)太陽落山以后，該房屋便反向轉(zhuǎn)動，回到起點位置。它跟蹤太陽所消耗的電力僅為房屋太陽能發(fā)電功率的1%，而所吸收的太陽能則相當(dāng)于一般不能轉(zhuǎn)動的太陽能房屋的2倍。

　　3、中國建筑能耗基本情況

　　我國的建筑能耗量約占全國總用能量的1/4，居耗能首位。近年來我國建筑業(yè)得到了快速的發(fā)展，需要大量的建造和運行使用能源，尤其是建筑的采暖和空調(diào)耗能。據(jù)統(tǒng)計，1994年全國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)建筑僅采暖一項需要耗能1.3×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，占全國能源消費總量的11.5%左右，占采暖區(qū)全社會能源消費的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茉聪M的50%左右。與此同時，由于建筑供暖燃用大量煤炭等礦物能源，使周圍的自然與生態(tài)環(huán)境不斷惡化。在能源的利用過程中，化石類燃料燃燒時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%的碳化氫是化石類燃料燃燒時產(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居世界第二，預(yù)計到2020年，中國將取代美國成為世界二氧化碳排放第一大國。因此，中國對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)系國計民生的重大問題。

　　4、住宅設(shè)計最基本的節(jié)能意識

　　新疆冬季嚴(yán)寒漫長，因此，住宅建筑設(shè)計中，主要空間朝向南，或向南偏東，或向南偏西，歷來被認(rèn)為是合理的設(shè)計，這是最基本的節(jié)能意識在住宅建筑設(shè)計中的應(yīng)用。在我國的大部分冬冷夏熱地區(qū)住宅的總體規(guī)劃和單體設(shè)計中，為住宅的主要空間爭取良好朝向，滿足冬季的日照要求，充分利用天然能源，無疑是最基本的改善住宅室內(nèi)熱環(huán)境的設(shè)計，是最基本的節(jié)能措施。因此，我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《住宅設(shè)計規(guī)范(GB50096-1999)》中規(guī)定“每套住宅至少應(yīng)有一個居住空間能獲得日照，當(dāng)一套住宅中，居住空間總數(shù)超過四個時，其中宜有兩個獲得日照?！痹诂F(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計規(guī)范(GB50180)》中，規(guī)定了住宅的日照標(biāo)準(zhǔn)的最低時限。

　　5、住宅的主要空間與建筑節(jié)能設(shè)計來

　　在早期的城市住宅設(shè)計中，多以臥室為中心，臥室是住宅中的主要居住空間。當(dāng)時的住宅，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，隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平提高，住房條件不斷地改善。設(shè)計人員經(jīng)過多年的推敲、探討，住宅內(nèi)部的休息區(qū)，起居活動區(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，要求輕松寧靜，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，有無直接日照，對于建筑節(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)不是爭取占據(jù)南向的唯一主要空間。“廳”在現(xiàn)代住宅中，已成為居住者各種起居活動的主要空間。白天的日照、陽光對于起居活動中心的“廳”來講，更有直接的節(jié)能意義。對于上班族來講，由于實行雙休日制度后，白天在家的天數(shù)增多了，約占全年總天數(shù)的四分之一，對于老年人、嬰幼兒來講，則多數(shù)時間是呆在廳里的，即便學(xué)生，寒暑假、星期天在家，主要活動空間也是在廳里，所以現(xiàn)在住宅中，廳的面積遠(yuǎn)比一個臥室大。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，白天的陽光照著在起居廳活動的人們，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

　　(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。我國以實心粘土磚為墻體材料，保溫性能不能滿足設(shè)計標(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，北京地區(qū)傳熱系數(shù)不超過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)、門窗節(jié)能：

　　外門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，盡量減小住宅外門窗洞口的面積，提高外門窗的氣密性，減少冷風(fēng)滲透，提高外門窗本身的保溫性能，減少外門窗本身的傳熱量。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)計標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住部分)》對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、密封性能良好的門窗材料。而門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、改善住宅門窗的保溫性能。戶門與陽臺門應(yīng)結(jié)合防火、防盜要求，在門的空腹內(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;縮短窗扇的縫隙長度，采用大窗扇，減少小窗扇，擴大單塊玻璃的面積，減少窗芯，合理地減少可開啟的窗扇面積，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，將北陽臺的外門、窗全部用密封陽臺封閉起來，外門設(shè)防風(fēng)門斗，防止冷風(fēng)倒灌，樓梯間設(shè)計成封閉式的，對屋頂上人孔進(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)一步加強屋面保溫隔熱的研究。屋面節(jié)能措施的要點，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?，F(xiàn)在，高效保溫材料已經(jīng)開始應(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。這種保溫芯板施工方便、價格低廉、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)濟效果。