住宅建筑节能措施与能耗分析

住宅建筑节能措施与能耗分析
摘要：在国民经济中，住宅建筑的生产与使用一直是能源、土地资源、水资源以及原材料消耗量最大的部门之一。

我国的建筑能耗已接近社会终端总能耗的30%，占全国总能耗的首位。

与国外相比，我国实现GDP每1美元所消耗的能源远远大于其它发达国家。

节能已成为全世界关注的热点，为了实现我国可持续发展战略，建筑节能势在必行。

本文从总体规划设计、建筑单体节能、利用绿色建筑材料及太阳能资源几个方面分析了住宅建筑节能设计措施。

关键词：住宅建筑；能耗；节能；体形系数；分户计量
1 居民住宅建筑能耗分析
1.1 传统住宅能耗分析[1]
传统住宅的能耗分为两部分，分别是住宅建造过程的能耗和使用过程的能耗。

住宅建造过程的能耗主要有耗材、耗地，住宅使用过程中的能耗主要有耗能与耗水两部分。

其中，所占能耗比重最大(约占80%以上)的是住宅使用过程中对能源的消耗，包括住宅的采暖、空调、热水供应、炊事、照明以及住宅电器消耗。

其中采暖能耗数量占到了建筑能耗的65%，占到全国总能耗的13%。

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与发达国家相比，我国建筑节能设计起步较晚，且能源浪费现象又十分严重。

如我国建筑采暖，外墙的耗热量为气候条件接近的发达国家的4~5倍，外窗为1.5~2.2倍，门窗透气性为3~6倍，屋顶为2.5~5.5倍，总耗能是3~4倍。

1.2 住宅建筑节能影响因素
造成以上这种浪费状况的主要原因有：①节能意识淡薄，致使房屋建筑结构设计不合理；②过于着重工程的初始投资，而很少考虑建成后的日常运行中的能耗费用；③设备效率不高，运行管理不善；④采用传统建筑材料建造房屋，建筑设计保温标准偏低等。

如果现阶段还不重视城市住宅的节能设计，而任高耗能建筑大行其道，那么城市住宅建筑能耗增长的速度将远远超过我国能源生产的增长速度，国家的能源生产势必难以支撑这种浪费型需求。

2 居民住宅建筑节能措施
2.1 规划与建筑设计方面[2]
2.1.1 建筑群规划中的节能
2.1.1.1 建筑群通风
组团绿地能较大面积获取良好的自然风，这是衡量组团布局优劣之一个重要参数，它不仅为组团空间创造了良好的“风环境”，同时又为住宅内部自然通风奠下了良好的根基。

下图是几种有利于通风的建筑群布局方式。

为防止冬季寒冷的北风横贯住宅小区内部，住宅北侧应设计为封闭的住宅楼群或其它附属建筑物，并与常青树一起形成防风带。

为了引进夏季的凉爽的南风，西侧应设计为开放的楼群及便于通风的绿化树木。

根据主导风向采用灵活的住宅布置方式。

图2.1 建筑群体布局与通风
2.1.1.2 利用水体和绿地诱发微小气候
住区区内，住区相邻或附近有水面，白天水体会因水能吸收大量的热辐射而被蒸发降温，夜间水体则会缓缓释放热量。

白天与夜间水陆会产生气温差而形成良好的微小气候。

合宜的绿化组织可有效遮阳，乔木群与绿蓠也可组成“气流通道”，减少或增加乔木、绿蓠面积可增大或减弱气流速度，压差的变化可改变气流路线。

要重视住宅区的绿化设计，绿化植物具有多种功能，它能改善住宅环境的小气候、调节气温、增加空气湿度、防西晒、防风沙、减噪声、净化空气、减少太阳辐射热，现代居住区越来越重视绿化设计，一般要求绿化覆盖率达50%以上。

图2.2 水体效应
图2.3 绿地效应
2.1.1.3 日照的有效利用
阳光，不但是万物生长之母，同时也是人们白天在户外活动、作业之照度源泉，太阳的紫外线具有良好的杀菌作用(日照二小时杀菌效果可达75~85%，三小时可达90% )，阳光的长波能防治人体多项疾病。

因而日照也是住区、住宅健康之保证。

以北方为例，住宅建筑应有良好的日照和朝向，住宅的朝向应以冬季日照是否充分为主要依据，为保证良好日照采用合理楼间距和布置形式。

图2.4 住宅群争取日照的方法
2.1.2 建筑设计中的节能[3]
2.1.2.1 体形系数
从建筑设计节能来看，主要考虑建筑物的体形系数(F0/V0)。

在住宅体形设计时，应注意用最小的维护结构面积(F0)形成满足功能要求的室内空间体积(V0)。

F0值(外墙表面积)越小越有利于建筑节能。

节能建筑体形系数宜控制在0.25到0.28之间。

所以，平面建筑应规整，尽量减少外围护结构面积。

2.1.2.2 合理组织气流
合理组织穿堂风，加强室内对流，创造夏季适宜的室内小环境，以达到使用便利，环境舒适的效果。

2.1.2.3 热环境的合理分区
把热环境要求较低的厨房、厕所、过厅等布置在北向，而尽量争取将卧室布置在南向，充分利用太阳能，保持冬季室内有较高的温度，应适当减少北窗开窗面积。

2.2 建筑技术相关措施方面
2.2.1 墙体节能
我国长期以实心黏土砖为主要的墙体材料，用增加砌筑厚度来满足保温要求，这对能源和土地资源是一种严重浪费。

因而在节能的前提下，应进一步推广复合墙体和空心砖墙技术。

积极推广使用新型墙体结构体系和材料,实现墙体材料的革命。

在住宅中引导推广使用混凝土空心砌块。

由于混凝土空心砌块具有质轻、隔热的优点,在发达国家普遍使用,我国是一个经济水平比较落后的国家,要充分利用一切廉价的资源,生产混凝土空心砌块、轻骨料砌块、掺粉煤灰的混凝土空心砌块等[4]。

墙体保温方式主要分为外墙内保温，外墙外保温和夹芯保温三类。

其中，外墙外保温是将绝热材料复合在承重墙外侧，热稳定性好，居住较舒适，但外保温材料要经得起日晒雨淋和冰冻的侵袭，对保温材料耐久性提出较高要求；夹芯保温，即将绝热材料设在外墙与内墙中间，可取得良好的保温性，但要填充密实，避免内部空气对流，且不适用于旧楼改造。

另外，在节能设计中也应根据墙体的朝向不同而设计不同的墙体厚度。

如各面墙均相同，由于各朝向所吸收到的太阳辐射量差别很大，特别是南面墙冬季吸热较多，因此不如将增加的保温材料集中设置于北墙或东西墙，这样可以减少保温费用，在构造上也容易做得比较简单。

2.2.2 门窗节能
窗户对住宅热环境的影响相当大，它既是太阳辐射的得热部件，也是主要的失热部件。

所以，窗节能是非常重要的。

1. 在保证室内采光的前提下，合理确定窗墙面积比是节能的重要措施之一。

以下是符合我国国情的窗墙比：
表2.1 窗墙比表
朝向窗墙面积比
北0.25
东、西 0.30
南0.30
另外，应减少、改善迎风面开窗面积的比例，从夏季自然通风角度考虑，迎风面与背风面（以夏季主导风向为基准），窗户开洞面积应有一定的比例，其比值约为1:0.7，既减少冬季冷风的渗透，有利于室内保温，又增加了夏季的渗透通风，改善了生活环境的舒适度。

2. 窗户的传热系数约为墙体的3~4倍，只有门窗达到每小时每米缝长的空气渗透量≤ 2.5m3 ，才能达到节能优化设计。

为此，要利用新型门窗材料，改善保温隔热性能。

例如Low-E玻璃。

2.2.3 屋面节能
在住宅建筑屋顶构造设计中，应使用高效保温材料、架空型保温、倒置保温等进行合理的保温和隔热设计，这样可以很好地保证在冬季低温地区、夏季高温地区给室内提供适宜的生活温度，同时为冬季的暖气用能、夏季的空调降温用能节省出大量能源。

屋面节能措施的要点。

其一是屋面保温层不宜选用密度较大、导热系数较高的保温材料，以免屋面重量、厚度过大（荷载问题）。

其二是屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果。

如选用吸水率较高的保温材料，屋面上应设置排气孔以排除保温层内不易排出的水分（防水问题）。

目前，高效保温材料已经开始应用于屋面。

一些建筑的屋面保温，采用膨胀
珍珠岩保温芯板保温层代替常规的沥青珍珠岩或水泥珍珠岩做法，就克服了常规作法的诸多缺点。

2.2.4 地面节能
为了改善底层住户的室内热环境，减少热损失，据资料可在垫层下铺设100mm厚干炉渣在做面层。

还另采用地板辐射采暖系统进行住宅建筑的供热，首先它较对流供暖方式热效率高，热量相对集中在人体受益的高度内，在同样使人感到温暖的前提下，室内设计温度可以比后者降低2-3摄氏度；其次，因为它使室内沿高度方向上的温度分布比较均匀，温度梯度很小，热媒低温传送，在传送过程中的热损失可大大减少；再其次，控制阀门集中在分配器，方便调节室内温度，且无人时可关闭，从而减少供暖能耗；最后，由于地面层蓄热量大，热稳定性好，因此在间歇供暖的条件下，室内温度变化缓慢，特别适用于住宅建筑。

2.3 其它措施
2.3.1 改变供热收费方式，实行分户计量[5]
我国以往采取的“包费制”，即按面积收费的政策，使得个人式公共建筑的使用者，失去了节约能源的意识。

分户计量收费，充分体现了“热”的商品属性，同时也充分调动了人们节能的主动性。

2.3.2 推动太阳能与建筑一体化
把太阳能的利用纳入环境的总体设计，把建筑、技术和美学融为一体，太阳能设施成为建筑的一部分，相互间有机结合，取代了传统太阳能的结构所造成影响。

利用太阳能设施完全取代或部分取代屋顶覆盖层，可减少成本，提高效益。

一般对平屋顶而言用覆盖式，对斜屋顶用镶嵌式。

3. 结语
建筑节能是现代技术发展的一个方向。

建筑节能在我国是一项长期而艰巨的任务，我国的人口、资源、环境和社会制度，决定了只有在合理、高效利用现有能源的基础上加强再生能源的开发和利用，加强建筑节能标准规范的建设和执行力度才能保证我国21世纪发展战略的顺利实施。

当前，我国建筑节能工作已进入发展新阶段。

为此，我们建议[6]：
（1）我国居住建筑围护结构的传热系数普遍偏小，夏热冬冷地区尤其明显，建筑能耗浪费严重，必须大力推广节能型建筑材料。

（2）建立检测机构
目前在我国建筑市场很不规范情况下，设计、施工也很不规范。

虽然在热工计算书中的数据是节能的，施工图纸也是节能的，但实际测试结果并不一定符合
节能标准，因此，很有必要建立检测结构，以规范节能建筑的施工，保证节能建筑节能效果)。

参考文献：
[1] 王琳. 城市住宅建筑节能设计[J]. 建筑设计管理, 2010, 27(156)
[2] 叶荣贵等. 健康、绿色与节能住宅综合研究[J]. 热带建筑，2005,4(2)
[3] 杨蕊等. 住宅建筑热环境节能优化设计的探讨[J]. 陕西建筑, 2006(133)
[4] 张雷挺等. 浅议住宅建筑的节能[J]. 山西建筑, 2001, 27(6)
[5] 于彦博. 室内采暖系统节能设计[J]. 中国新技术新产品，2009(16)
[6] 赵鸿等. 住宅建筑的节能及其检测技术[J]. 住宅科技, 2004(3)。