建筑设计与建筑节能技术之间的关系

建筑设计与建筑节能技术之间的关系——针对我省夏热冬冷地区气候特点的思考摘要：介绍了我省夏热冬冷地区的建筑气候特点、建筑热环境和能耗状况, 提出了对于夏热冬冷地区建筑节能标准的总体构想、基本原则; 分析了在满足建筑节能要求的同时确保高质量人居环境的必要性,并提出建筑节能对总平面设计的要求,；对该地区的节能建筑的朝向、体形系数、窗墙比与建筑节能的关系进行了阐述；对节能建筑的外围护结构提出了具体的做法。

指出按现有科技水平和社会经济承受能力, 夏热冬冷地区彻底改善建筑热环境和实现节能建筑的时机已成熟。

关键词：夏热冬冷地区，建筑节能，建筑热环境，自然通风，围护结构Abstract: This paper describes the building of our province the summer and cold winter region climatic characteristics of the thermal environment and energy status,the overall concept of building energy efficiency standards for summer and cold winter region,the basic principles;analyzed to meet the building energy efficiency requirementsthe need to ensure that high quality living environment, and proposed building energy efficiency requirements for total graphic design,;the area of energy efficient building orientation, shape coefficient,the relationship of windows than walls and building energy efficiency are described;energy-saving buildingthe periphery of the retaining structure of a specific practice.Pointed out that the existing level of technology and socio-economic capacity, hot in summer and cold winter zone is a radical improvement in the thermal environment and energy-saving building time is ripe.一、我省夏热冬冷地区的建筑气候特点中国的建筑气候分区的夏热冬冷地区主要包括重庆、上海2个直辖市; 湖北、湖南、安徽、浙江、江西5省全部; 四川、贵州2 省东半部; 江苏、河南2 省南半部; 福建省北半部; 陕西、甘肃2 省南端; 广东、广西2 省区北端, 共涉及16 个省、市、自治区, 约有4 亿人口, 是中国人口最密集, 经济发展速度较快的地区。

该地区最热月平均温度25~ 30 , 平均相对湿度80%左右, 热湿是夏季的基本气候特点。

夏季, 连晴高温, 太平洋副热带高压从中国东部沿海登陆, 沿长江向西扩展, 直到四川泸州、宜宾之间, 笼罩整个夏热冬冷地区时间长达7~ 40 d 以上。

这是夏季最恶劣的天气过程, 最高气温可达40以上,日最低气温也超过28 , 全天无凉爽时刻。

白天日照强、气温高、风速大, 热( 火) 风横行, 所到之处如同火炉, 空气升温,物体表面发烫。

夜间, 静风率高, 带不走白天积蓄的热量, 气温和物体表面温度都居高难降。

重庆、武汉、南京、长沙等城市, 火炉之称由此而来。

夏季也有舒适的时候, 那就是晴雨相间的天气过程。

一般是晴2~ 3 d 后降雨1~ 2 d, 这种天气过程中, 尽管晴天最高温度可上升到35左右, 但夜间气温可降到24 以下, 雨前虽有短暂的闷湿感, 但很快过去, 降雨和雨后初晴时空气清爽宜人。

夏季第3 种常见天气过程是持续阴雨。

这种天气过程可持续5~ 20 d, 也是夏季一种不舒适的天气过程。

尽管天空云层厚, 日照弱, 气温最高不超过32 左右。

但昼夜温差小, 只有3~ 5 , 尤其是空气湿度大、气压低、相对湿度持续保持在80%左右以上, 使人感到闷湿难受, 而且使室内细菌迅速繁殖。

长江下游夏初的黄梅雨季节就是这种天气过程。

该地区最冷月平均气温0~ 10 , 平均相对湿度80%左右, 冬季气温虽然比北方高, 但日照率远远低于北方, 北方冬季日照率大多超过60%。

该地区由东到西, 冬季日照率急剧减小: 东部最高也只有40%左右; 中部30%左右; 西部20%左右。

二、建筑总平面布局对建筑节能的影响建筑的总体布局应根据特点增加开敞空间，强调空间的开敞与通透；有意识地组织自然通风采光但应减少夏季太阳辐射；充分利用太阳能，降低能源消耗；合理布置绿化水体，改善人居环境。

1、总体布局对日照的影响在设计使建筑物之间必须留出一定距离，以保证阳光不受遮挡直接射到房间内。

这个距离就是建筑物的日照间距，通常根据冬至日正午的太阳高度角来确定建筑的日照间距，这种方法对于保障冬季有一定的阳光照射和节约用地具有实际意义。

日照间距与建筑的高度和两建筑之间的距离有关系，同时由于建筑的容积率和战地率有关系，所以在总体布局中要做到综合考虑，在满足日照的情况下，为节约用地，采用南高北低的形式，减少对建筑物的日照遮挡，使南墙尽可能的接受太阳能的辐射，提高日照水平。

在总体规划中，建筑可采用前后错列式。

斜列式布局，有利于提高后排建筑的日照水平。

从节能的角度来讲，我省大部分的建筑应以南和南偏东15度为好，尽量避免东西朝向，获得良好日照的同时减少西晒对建筑节能的不利影响。

2、总体布局对通风的影响建筑的总体布局应该组织好自然通风，避免建筑物相互遮挡阻挡风的自然流动。

建筑布局的原则：低矮建筑应当迎着当地夏季主导风向，缩小涡流区的范围；群体建筑宜与主导风向成30到60度的角度，避免形成涡流区，阻碍风向建筑流动；宜采用前后错列、前低后高、前点后排等方式提高通风效率，高低建筑物交错排列有利于自然通风。

三、单体建筑设计：节能建筑的朝向、体形系数、窗墙面积比建筑物南北向有利于改善冬夏建筑热环境和节能。

但过渡地区的山地城镇地形复杂, 道路弯曲, 做到南北向有困难,尤其是点式建筑。

体形系数对建筑能耗影响显著。

体形系数由0. 4 减少到0. 3, 围护结构传热损失可降低25%, 全年采暖空调能耗可减少13%。

但和北方相比, 体形系数对全年能耗的影响程度要小50%。

另外, 体形系数不只是影响围护结构的传热损失, 它还与建筑造型、平面布局、功能划分、采光通风等若干方面有关。

体形系数限制过紧, 将严重制约建筑师的创造性, 有损建筑造型、城市风貌和社会文化, 而且使平面布局受限, 功能划分困难, 会妨碍建筑使用。

山地城镇, 因地形复杂而点式建筑多, 更难降低体形系数。

再有, 过渡地区西部全年阴天很多, 体形系数过小, 难利用天然采光, 照明增多, 反而增加建筑能耗。

窗墙面积比对建筑能耗的影响, 取决于窗与外墙之间热工性能的差异, 相差越大, 影响越显著。

单层金属窗的夏季空调负荷是同面积240 mm 厚砖墙的5 倍, 全年能耗是36 倍。

窗墙面积比由0. 4减少到0. 3, 每平方米建筑面积年冷暖耗电量可减少5夏热冬冷地区。

当采用单框双玻加热反射窗帘后, 同面积窗的全年能耗只有墙的1. 8 倍。

窗墙面积比由0. 4 减少为0. 3, 每平米建筑面积减少的年采暖耗电只有1kwh, 节能效果明显下降。

与体形系数类似, 窗墙面积比不仅影响能耗, 也影响建筑立面、室内采光、通风等。

窗墙面积比过小, 建筑通风不良, 自然采光不足, 会增加空调与照明能耗。

过渡地区西部室外风小, 阴天多, 更需综合考虑确定窗墙面积比。

另外, 北方强调增大南窗, 减小北窗。

过渡地区需要组织好自然通风, 排除室内热量, 南北窗面积相差太大, 不利于组织自然通风。

此外,过渡地区西部冬季日照率很低, 基本上是阴天, 南窗得热并不多。

根据过渡地区13个小康示范小区的统计, 南北向窗墙面积比都为0.3 左右。

应该明确,减少窗户能耗的根本途径,不是减少窗墙面积比,而是利用高新科技,大幅度提高窗的热工性能。

四、建筑节能外围护结构设计随着经济的发展，夏热冬冷地区正在建造大规模的普通住宅、部分豪华住宅及公共建筑，同时住宅和公共建筑内用户提出了更高的室内热环境服务水平的要求，由于追求建筑内部装修的“豪华性”和外部装修的“通透性”“刺激性”，玻璃幕墙建筑大量出现，外窗也越开越大。

过去未采取保温节能措施的建筑也加装了柜式或壁挂式空调，新建建筑基本上设有柜式或壁挂式空调，规模稍大的都设有中央空调系统，致使公共建筑的能耗成倍增长，并且浪费现象严重，建筑节能势在必行、刻不容缓。

建筑能耗主要包括建筑围护结构以及暖通、空调、照明用能源消耗，要实现50％的节能目标，其中围护结构大约要分担3％-25％，可见做好建筑围护结构的保温隔热，对建筑节能目标的实现具有重要意义。

建筑围护结构主要包括建筑的外墙、梁、柱以及屋顶和9f-I'q窗，另外还有地面、层间楼板、分户墙、悬挑空楼板以及地下室外墙等次要部位。

1 外墙、梁、柱外墙占建筑外围护结构中比例最大，通过墙体传热造成的热损失占整个建筑热损失的比例也最大，此墙体的保温隔热是外围护结构节能的一个重要部分。

传统的外墙材料一般包括黏土实心砖、黏多孔砖、黏土空心砖、粉煤灰砖、膨胀混凝土砌块等。

由于烧制黏土砖要消耗大量的煤，并且破农田造成水土流失，在一些地方，黏土砖类制品已被禁止使用。

目前建筑外墙使用的材料主要是加气混凝土砌块、板材以及粉煤灰砌块。

粉煤灰砌块由于产品本身的稳定性较差，在外界长期的融循环过程中易变形，造成墙体开裂，满足不了外墙水密性的要求，目前建筑市场上用的不多，且通过有关反馈意见证明，确实存在着局部墙体出现开裂现象，给用户带来诸多不便。

现在普遍用的外墙材料是砂加气混凝土砌块，这种材料的导热系数低，一般为0．176 w／(m·K)-0．2 W(m·K)。

但这种材料也有一定的变形，在使用过程中需要有一定的“陈伏”期，待其变形基本完成后砌筑，在做饰面前满铺钢丝网片，就会大大降低墙体开裂的几率。

此砌块与钢筋混凝土柱连接目前有两种拉结方式，一种是采用角铁连接，一种是采用拉结筋连接。