住宅围护结构设计与建筑节能

　　住宅围护结构设计与建筑节能（广州大学工商管理研究所广州510091体、门、窗等外围护结构中主要的节能技术措施。

　　能源问题是当前世界各国普遍重视的问题，并已被列为人类面临的四大生存问题之一。在全世界的能源消耗中，无论是发达国家还是发展中国家，建筑能耗在总能耗中所占的比重都非常大，约为25740%随着我国经济的高速发展人民生活水平迅速提高，其标志之一就是人均住宅面积的增加。笔者2002年在广州组织的住宅需求调查显示41%的家庭在十年内都有购买住宅的打算，考虑到我国家庭数量基数巨大，可以预见我国住宅建设在相当长的时间内都会蓬勃发展。住宅建设是百年大计，搞好住宅节能对我国能源消耗总量控制意义十分重大别国利民。为了贯彻国家节约能源的政策建设部颁布了民用建筑节能设计标准，但住宅开发商面对庞大的市场需求，忽视住宅建筑节能，或为了降低建筑成本、迎合某些市场需求不按标准办事，更有甚者有些开发商原来并不从事建筑行业，根本没有建筑节能意识，致使我国建筑节能水平一直未见明显提高。另外，一般居民节能意识相当低，在购房过程中很少考虑住宅能耗，也助长了开发商不考虑住宅节能的风气。如在对广州市200户拟购住宅的家庭进行您对所谓节能住宅如何理解“的调查中只有32人对问题进行了回答，其余168人没有知识无从谈起。

　　而这32个人的回答则又是五花八门，如：使用太阳能热水器（5人）使用节能电器（10人），采取一定的措施（措施不知）使住宅能耗降低（9人），节水、节电和节气等（8人）。由此可见居民对住宅节能知识之贫乏。因此，住宅建筑节能的宣传、教育任务十分繁重，行政监督也必须紧跟。本文旨在论述住宅围护结构的节能原理、结构设计与建筑节能的若干重要问题及墙体、门窗、屋顶围护结构的节能技术与措施，以提高开发商和居民建筑节能意识、提高开发商建筑节能水平。

　　1传热方程与节能原理建筑物的传热是相当繁杂的大多是以辐射、对流、导热三种方式综合作用的结果。单位时间内通过建筑围护结构的热量其稳态传热方程如下：围护结构的外表面积；%1、2―围护结构内外表面的空气温度；王朋，副教授广州大学工商管理研究所所长。！一围护结构的厚度；由该方程可以看出，围护结构的传热系数"越小，围护结构的外表面积越小，内外温差越小，住宅整个围护结构的传热量就越小，就越节约能源。这就在理论上为我们指明了住宅外围护结构的节能方向。

　　1.1增加围护结构的厚度（！）人们在陕北等地的窑洞感觉冬暖夏凉，因为窑洞属掩土建筑，有很厚的壁和顶。在城市中现在一般住宅都是中高层建筑，增加围护结构的厚度会增加建筑物的自重，同时也减少了可使用的空间，因此围护结构的厚度受到限制。但由于围护结构面积大是节能的主要环节之一，节能效果明显，所以不能太薄，尤其在东北、内蒙、西北和华北应适当增加围护结构的厚度。消费者在购房时应该注意到这一点。

　　1.2减少围护结构表面的热传移系数与2）影响热传移系数的因素众多，*主要的因素是风速和表面形状。风速越低表面越光滑热传移系数越小。这要求住宅建筑物能够避风并形状规整。1.3减少围护结构的导热系数（这在技术上、材料上给人们开辟了广阔的建筑节能新天地是建筑节能的重要发展方向。已相继开发出岩棉、矿渣棉、玻璃棉、泡沫聚苯乙烯、泡沫聚氨脂、膨胀珍珠岩、加气混凝土、中空玻璃、吸热玻璃、反射玻璃等良好的绝热材料及其制品，开发出复合墙体等多种技术。使用这些材料及其制品，采用相应的技术可极大地减少住宅围护结构的导热系数。

　　1.4减少围护结构的外表面积（在体积相同的情况下，外表面积根据建筑形体的不同差别很大，设计合理的形体，尽量减少外表面积是建筑节能的重要方面。

　　1.5减少围护结构内、外表面温差私-y冬季尽量使更多的外表面向阳避免冷空气吹袭；夏季尽量减少阳光对建筑物的照射，利用外界风力散热。这与太阳能的利用是直接关联的。太阳辐射能是建筑外部热环境的主要条件。太阳辐射的强度在不同的纬度、不同季节、不同时间、不同朝向的垂直面上各不相同。冬季对太阳能的利用夏季对太阳辐射的规避以及季风的影响涉及建筑物朝向选择等多种问题。

　　1.6增加建筑的气密性围护结构并非铁板一块，开启的门窗，各种孔洞、缝隙在外界空气流动（风压湘建筑物内外温差（热压拍作用下产生内外空气流动，造成能源损失。加强建筑物的气密性对围护结构来说主要是加强门窗的密封。由于玻璃的厚度小于墙体的厚度玻璃的导热系数大于墙体的导热系数，而且墙与窗框、玻璃与窗框之间有间隙存在，因此控制窗墙比在建筑节能中意义重大。

　　2住宅建筑设计与建筑节能影响住宅围护结构设计的因素很多，这主要是由于随着人民生活水平的提高，对住宅周边环境、视野、建筑风格要求越来越高，开发商为了住宅销售和价格定位，在规划设计时往往偏重于有利于销售的显性要素，使住宅面向风景优美、视野开阔的方向，而对居民购房容易忽视的隐性要素之节能因素不予考虑，这虽然是消费者的普遍需求，本无可指责，但作为开发商却应该替国家考虑，替消费者着想，因为这关系到一个家庭以后几十年间居住的舒适度和费用开支。作为开发商应以负责的态度根据建筑设计有关节能的一些基本原理，去认真权衡得失，采用变通的方式去寻求矛盾的统一，在满足消费者对环境、视野需求的同时，做出尽量有利于节能的决策。下面我们从节能的基本原理出发，仅从节能的角度探讨在住宅建筑设计中须注意的几个重要比例关系和建筑朝向的选择问题。

　　体形系数建筑围护结构的外表面积与其所包围的建筑体积（之比（/体形系数越大说明单位建筑空间所分担的热散失面积越大，能耗就越多。研究资料表明，体形系数每增大0.01耗能量指标就增加2.5%.一般应严格控制在0.3以下。降低体形系数的方法主要有：①减少建筑面宽，加大建筑进深增加建筑物的层数加大建筑长度或增加组合体建筑体形不宜变化过多。

　　表面面积系数建筑物除南墙面积以外的其它外表面积之和（1）与南墙面积（2）之比（/2）从冬季争取日照辐射夏季规避日照辐射的观点出发表面面积系数应越小越好。在这个意义上建筑物长轴朝向东西方向的长方形体型*好，正方形次之，而长轴朝向南北方向的长体型的建筑节能效果*差。

　　2.3建筑物的长宽比建筑的长度与宽度之比对节能亦有很大影响。

　　对正南朝向来说，一般长宽比愈大冬季得热愈多，而夏季得热愈少就愈节能。但须注意随着朝向的变化其得热量会逐渐减少，当偏角达到67度左右时，各种长宽比体形建筑的得热就基本上会趋于一致。当偏角为90度一南北向时，长宽比越大，得热越少。

　　2.4窗墙比围护结构窗口面积与其整个对外表面积之比。

　　窗的热耗在建筑物的总耗热量中所占的比重相当大。对地处寒冷地区的北京市建筑测试表明，采暖期间门窗热耗量占建筑总耗热量的40%+53%.因此减少窗口面积是节能的有效途径。然而，窗户不仅仅是耗热构件，在有阳光照射时，它还可能成为得热构件。所以在进行窗墙比的选择时，要根据不同地区不同朝向区别对待。对南向窗户在选择合适的玻璃品种或层数及采取有效措施减少热耗的前提下可适当增加窗口面积，以充分利用太阳辐射热能；其它朝向的窗户，应在满足房间光环境的要求下适当减少窗口面积以降低热耗。

　　2.5建筑物朝向的选择我国大部分地区处于北温带，宏观上建筑坐北朝南“是尽人皆知的良好朝向。但在某一特定地点住宅朝向的选择时更重要的是要考虑拟建住宅周围的微气候。如：地理位置，地形条件、周围空地、周围绿化、周围已有和待建建筑物的高度、形体、阴影以及由地形、街道、建筑所形成的风口等。

　　一个节能型建筑的朝向选择应考虑到：冬季能有适量并具有一定质量的阳光射入室内及主墙面；夏季尽量减少太阳直射；冬季避免冷风吹袭，夏季有良好的通风。要做到这几点，就要求设计部门取得有关住宅围护结构可能获得的曰照时间，曰照面积，各朝向墙面接受的太阳辐射热量，主导风向等多种数据，并就朝向选择的节能性予以全面说明。

　　2.6住宅功能区位的布局住宅各部分的布局对居住舒适度和节能影响非常大，客厅是家庭活功的主要场所，人们在主卧室和书房里的时间也很长，因此，根据以上节能基本原理和技术措施，应将客厅和主卧室、书房等布局在朝南或朝东方向厨房、洗手间、储物间、客人房和餐厅则应布局在朝西或朝北方向。笔者2003年2月6曰13时在广州（当曰广州晴，阳光充沛中，各部位关闭所有窗户测得的温度就很能说明这个问题。测得的客厅（朝南）温度无阳光处200有阳光处230；东向卧室160洒向房间140.可见西向房间比南向房间无阳光处整整低了60，南向房间有阳光处几乎高出西向房间100人体感觉温度差异十分明显。另外由于南向房间可充分享受自然光，温度高、光线充足大大增加了舒适度。再者多层及高层建筑楼道电梯间和消防通道应布局在建筑西、北方位。这样布局可以在冬季阻挡西北的凉风夏季防止阳光西晒。

　　2.7住宅小区建筑整体规划布局住宅小区建筑布局须考虑到小区在整个社区的方位交通要道的方位，小区乃至整个社区的自然景观和人文景观等尽管如此开发商仍有很大的自由度。因此在做小区整体规划时，要将建筑节能统筹考虑。一般来说，鉴于住宅客厅和主人房*好位于南面或东南向，为了形成良好的视野，小区的中心广场，人工湖、瀑布、主要绿地和林地等的布局也应位于小区南部，各栋住宅交错其后及以一定角度交错其旁这样可使住宅主要房间既有良好的朝向，良好的视野，又达到了节能目的，并且由此又带动了销售。

　　3墙体节能技术墙体是住宅围护结构的主体，在建筑节能方面具有重要的地位。墙体节能的主要技术与措施有：3.1选用节能墙体建材实心粘土砖存在着材料重、浪费土地资源、节能效果差的弊病；而诸如混凝土空心砌块、多孔粘土砖、加气混凝土等，一方面减少了墙体自重，节省了建筑材料另一方面由于空气的保温作用大大提高了节能效果，因此应在住宅墙体建筑中积极采用。

　　3.2复合外墙技术在墙体构造方面近年来迅速发展的复合外墙技术节能效果**。所谓复合外墙即除主体结构外，再加一个保温结构。按保温层和承重层的相对位置，复合外墙又分为内保温、夹心保温和外保温三种不同的结构。保温层所用保温材料有岩棉、矿渣棉、玻璃棉、泡沫聚苯乙烯、泡沫聚氨脂」彭胀珍珠岩以及由这些材料发展的板材制品。

　　3.3遮阳防风处理除了主体墙的保温外还可根据住宅的建筑风格和特点在阳光的主照射面和主迎风面进行遮阳、防风处理。如设置水平、垂直、方格、花格或挡板式遮阳、防风板其材料可选择金属、硬质塑料及轻质混凝土加花岗岩贴面等。

　　4门、窗节能技术住宅的外围护结构中，门、窗的缝隙是冷风渗透的主要通道，改善门窗的绝热性能，加强建筑物的气密性是节能工作的一个重点。门窗的节能技术和措施有：4.1严格控制窗墙比这是住宅节能的一项重要措施。目前，在住宅建设中，大量使用玻璃似乎已经成为一种趋势，尤其是厅和主卧室使用落地玻璃窗更加普遍，这当然与玻璃具有良好的采光和视野环境有关，但玻璃结构的建筑其供热和制冷费用要比非玻璃结构的建筑高得多，因此，在规划建设阶段决策者必须在大量使用玻璃以增加住宅的豪华程度、采光和视野条件吸引买家和由此产生的过高能源消耗之间进行认真权衡。

　　一般来讲，墙上玻璃面积占15%*理想，占15%~35%良好，占35%~70%就很差，应该尽量避免超过70%.中低档住宅玻璃面积就更应该进行控制。

　　4.2采用双层玻璃窗为了减少玻璃窗的散热损失，应该采用双层玻璃乃至三层玻璃。增加玻璃的层数，在内外层玻璃之间形成密闭的空气层可大大改善门窗的保温效能。如双层窗传热系数可比单层窗降低近一半而三层窗传热系数比双层窗又可降低近1/3.位于纽约的世界贸易中心在建成几十年后又于1998年决定将其全部单层窗改造成为双层窗，并预计每年可节约能源费用近百万美元，这就说明在国外对节能的重视程度，也说明增加玻璃层数是一项世界通用的节能措施。

　　43采用新型节能玻璃科技在飞速发展，目前已经开发出中空玻璃、吸热玻璃、热反射玻璃等良好的保温隔热玻璃制品。中高档住宅应在成本允许的条件下予以积极地采用并密切关注*新的科技突破。

　　44提高门窗制作及安装质量减少冷风渗透门窗的制作和安装应严格要求、严格验收。窗户的密封条应要求弹性良好、镶嵌牢固严密、经久耐用<增加气密性。

　　45增厚木质户门和阳台门如户门或阳台门采用木质，则不宜采用空腹薄木板应选用填充聚苯板或岩棉板的实心门并与防火、防水要求相结合。

　　4.6在窗户外使用遮蓬或太阳隔板，内部使用带有遮光布的窗帘根据住宅建筑风格，可在窗外使用遮蓬或太阳隔板。使用得当，一方面可以减少太阳辐射平和风速：另一方面又可以增加艺术效果和特色。窗内安装遮光帘不但可以遮光，而且可以减少太阳辐射，装饰帘布层宜厚不宜薄。

　　资料显示，采用这些措施一般可以减少门窗热损耗50%左右。

　　5屋顶节能技术和措施屋顶节能同样不容忽视。屋顶节能应用较多的仍是加气混凝土保温，但厚度可增至50~100mm同时可附加架空隔热层，在架空隔热层下设袋装膨胀珍珠岩效果更佳。目前高效保温材料已应用于屋顶节能如聚苯板等。屋顶节能还可通过充分利用屋顶面积与设置屋顶泳池、观鱼池、花园、露天酒吧或茶座等相结合这一方面可以起到节能的作用另一方面又增加了住宅居民的活动场所，可以提高住宅尤其是顶层住宅的售价。

　　6结语笔者认为：住宅开发商一定要有高度的建筑节能意识，了解掌握节能原理，建筑设计中的几个重要比例及朝向选择的重要意义，以及墙体、门窗、屋顶具体的节能技术与措施，成为住宅围护结构能源管理的行家，进而对设计方提出住宅建筑节能的专业要求，在建筑设计、施工和验收中增加建筑节能条款，要求各方认真履行，使住宅真正成为节能建筑。