围护结构节能设计

围护结构节能设计

5.1 建筑体形和朝向对能耗的影响

建筑的体形及朝向对建筑物的能耗有着直接的影响。体形系数是单位体积的建筑外表面积，它直观反映了建筑单体外形的复杂程度。体形系数越大，相同建筑体积的建筑物外表面积就越大，如果在相同的条件下，如室外气象条件、室温设定、围护结构设置条件下，建筑物与室外的换热量也就越多。国外的研究发现体形系数每降低0.1%，建筑能耗可以降低8～15 kWh/(m2·a)。

朝向对能耗的影响主要体现在不同朝向的建筑物获得的太阳辐射热的差别，以及由朝向所引起的建筑物本身的通风状况。广州地区处于北亚热带，房屋“坐北朝南”是人尽皆知的良好朝向。这是由于太阳的运行规律使得这种朝向的房屋冬季可以最大限度的获取太阳辐射热，同时南向外墙可以得到最佳的受热条件，而夏季正好相反。但并不是说南向是建筑物的最佳朝向，由于在建筑设计中有众多方面因素的制约（如建筑外形、地形等）。并且理想的日照方向与最有利的通风方向常常不吻合，所以在朝向的选择上，还应考虑建筑的整体情况，找到一个最佳的结合点。

5.2 建筑围护结构对能耗的影响

建筑外围护结构主要包括外墙、外窗和屋顶，围护结构传热造成的热损失占有整个建筑热损失很大比例。所以对建筑外围护结构的节能设计与改造显得尤为重要。

5.2.1 外墙保温

在没有实施节能相关标准之前，国家就已经从保护环境的角度的出发，对墙材的使用进行限定，全面开展了墙材革新工作。1992年，广州市在全市范围内限制使用红砖，2000起又全面禁止使用实心黏土砖，2005年向禁粘跨越，全面禁止生产、经营和使用粘土烧结类墙体材料，大力推广轻质节能的新型墙体材料。广州地区夏季时间长，太阳辐射照度大，“西晒”现象严重。为解决“防西晒”问题，广州地区应积极推广应用新型墙材。因此，要求节能墙体的热阻大、传热系数小、衰减倍数高、热稳定性好、蓄热能力大、室内温度波动小、室内热环境达到标准要求。而建筑物体形系数确定后，其外围护结构的面积也随之确定。要降低室内耗冷量，必须减小外墙的传热系数。由此可见，选用高热阻的节能墙体，对建筑节能、建立舒适的室内微热环境是有利的。

5.2.2 外窗节能设计

在建筑围护结构中，外窗的热工性能最差，是影响室内热环境和加剧建筑能耗最主要的因素。且由于窗户本身具有多重特性，使得其节能设计也成为最复杂的设计环节。对于广州地区而言，夏季时间长，太阳辐射强度大，所以在广州，窗户遮阳的设计就显得尤为重要了，尤其是太阳辐射强度比较大的水平面和东西立面。因此夏热冬暖地区的住宅建筑节能设计标准中对各个朝向的窗口遮阳系数有严格的限制（见表2）。

表2 夏热冬暖地区南区住宅窗口遮阳系数Sw

外墙

窗口的遮阳系数Sw

窗墙面积比Cz

Cz≤0.25

0.25＜Cz≤

0.3

0.3＜Cz≤

0.35

0.35＜Cz≤

0.4

0.4＜Cz≤

0.45

重质墙体：

K≤1.5

D≥3.0

≤0.7 ≤0.6 ≤0.55 ≤0.5 ≤0.4 重质墙体：

≤0.8 ≤0.7 ≤0.6 ≤0.5 ≤0.5

K≤1.0

D≥2.5

或轻质墙体

K≤0.65

注：表中窗口的遮阳系数Sw为窗本身的遮阳系数Sc和窗口建筑外遮阳系数M的乘积。

外窗遮阳能阻断直射阳光进入室内，防止阳光直接照射和加热建筑维护结构，为室内营造舒适的热环境，降低室温和空调能耗。有研究表明，外窗遮阳措施能带来10%-24%的节能收益，而用于遮阳的建筑投资则不足2%。遮阳形式一般分内遮阳和外遮阳。由于建筑内遮阳得经济性及灵活性等特点，所以内遮阳是建筑最常使用的遮阳形式。但内遮阳的效果远不及外遮阳。建筑外遮阳是一种积极有效的节能措施。据广州西向房间的试验观察资料，在闭窗情况下，遮阳对防止室温上升的作用明显，有无遮阳室温最大差值可达2℃，平均温差为1.4℃，而且遮阳房间温度幅值较小，室温出现高温的时间较晚，对降低空调房间冷负荷是有利的。但是，遮阳设计还需考虑室内采光和室外遮阳的矛盾。

除了遮阳，外窗玻璃的热工性能也是影响建筑能耗的一个主要因素。玻璃外窗作为建筑围护结构的主要构件，具有巨大的节能潜力，随着建筑节能事业的充分发展，各种高性能节能玻璃应运而生（见表3）。

表3 各种外窗的热工指标

简易双玻中空真空中空镀膜真空镀膜可见光透过率(%) 85 81 81 73 73 遮阳系数Sc 0.87 0.87 0.85 0.61 0.61 K值[W/(m2·K)] 4 3.5 2.92 2.1 1.65 每平米价格(元) 55 100 250 290 440

5.2.3 屋面隔热

屋面在整个建筑围护结构面积中所占的比例虽然远低于外墙，但对顶层房间而言，却是能耗比例较大的外围护结构，而且屋面直接接受太阳辐射热量，对顶层房间的室内热环境影响也比较严重。所以在广州地区，屋顶隔热可以有效的降低夏季空调能耗。采用的比较多的屋顶隔热形式是通风屋面，通风屋面的降温效果明显，在自然通风条件下，实砌屋面和通风屋面隔热效果如下表所示见（表4）。

表4 通风屋面和实砌屋面隔热效果比较

通风屋面实砌屋面差值

内表面平均温度(℃) 29.9 34.9 5

内表面最高温度(℃) 31.1 39.4 8.3

室温平均值(℃) 29.7 31.3 1.6

室温最高值(℃) 30.2 32.7 2.5 注：实砌屋面构造：RC板120，防水砂浆20，大阶砖40。

通风屋面构造：RC板120，防水砂浆20，通风间层250，大阶砖40。

5.3 建筑窗墙比对能耗的影响

窗墙比的确定是综合考虑了在某一地区不同朝向墙面冬夏日照情况（日照时间、太阳总辐射强度、阳光入射角）、冬夏季风影响、室外空气温度、室内采光设计标准以及开窗面积、建筑能耗完成的。在本次能耗统计工作中，我们发现，随着建筑年代的越来越近，其窗墙比有越来越大的趋势，这是因为现在的住宅的购买者对自己住宅的采光、通风要求更高了。考虑到现代住宅对美观方面的需要，窗墙比适当大些是可以的。但当窗墙面积比超过规定数值时，应首先考虑减小窗户的传热系数，如采用单框双玻或中空玻璃窗，并结合夏季遮阳设施；其次可考虑减少外墙的传热系数。