集合住宅节能设计

1、建筑节能集合住宅节能设计【摘要】民用建筑中，集合住宅基数大，而且关系到人们切身生活的环境舒适度，集合住宅的节能设计实践益处大。文章通过对一些集合住宅的节能措施进行整理、评价，作为集合住宅节能设计研究的开始，作为一种储备和后续之用。【关键词】 建筑节能；集合住宅；由外到内建筑节能是指在同等需要或达到相同目的的情况下，积极地去提高能源利用率，减少建筑能耗。这里是指积极的去利用能源，不是不去用，是有效的利用，如何有效利用？建筑节能所能涉及的方面有哪些？节能的途径和方法有哪些？建筑节能，要减少建筑能耗，可以从建筑能耗的途径来进行相应的节能设计。认识产生建筑能耗的因素，之后反过来进行相应的“补救性”节能

2、设计。一个建筑位于相应的环境之中，室外热环境对建筑能耗有着相应的影响，这包括：太阳辐射，室外空气的温度和湿度，风，降水，和室外环境小气候。对于一个建筑物，可以由外内来看待相应的节能设计：1.营造好的建筑周边小环境，如增设相应的绿化措施、水景等。2.对室外环境存在影响因素进行合理的取、舍选择：通风、采光、太阳能利用、雨水收集再利用等。3.对于建筑物本身，人们生活于建筑当中，需要相应的能耗来满足热环境舒适度的要求，建筑物本身会因为辐射、导热和对流产生能耗。建筑失热的因素主要有：1）通过外墙、屋顶和地面产生的传导热损失，以及窗户造成的传导和辐射传热损失。2）由于通风换气和空气渗透产生的热损失。其途径

3、可有门窗开启、门窗缝隙、烟囱、通气孔以及穿墙管孔隙等。3）由于热水排入下水管道带走的热量。4）由于水分蒸发形成水蒸气外排散失的热量。对于建筑物可以进行相应的节能设计来减少建筑能耗：1）建筑本身的设计、规划 2）节能材料的应用3）节能技术的辅助 4）使用过程中的管理、维护在民用建筑中，公共建筑的能耗比较大，大型建筑需要相应的设备措施和大的能耗。在这里，我想谈谈住宅（集合住宅）的节能问题，住宅虽说能耗没有公共建筑的大，但住宅的基数大，而且是人们居家生活的场所，尤其对于小孩和老人来说更是长时间的使用，住宅的节能设计一方面是建筑节能的一部分，同时好的节能设计能给人们带来相应的舒适生活环境，切身的提高人

4、们的生活质量。下面通过对一些集合住宅的节能设计，通过图片和资料，展开住宅建筑的节能设计，作为自己对节能知识的整理、储备和对建筑节能关注、学习的开始。集合住宅建筑节能设计一、建筑基地的节能规划 1. 促进自然通风的建筑基地规划 夏季需要通风以增加建筑散热及降低使用空调需求，大量的集合住宅社区开发，需注意基地方位与各栋建筑间距、方位，基地配置不应阻碍自然风场流动，影响建筑自然通风。建筑应尽量设计使其朝向可获得最大季节主导风冷却效果的朝向，并降低早上及下午的东西晒。一般而言，集合住宅社区街道的走向与配置原则，是应将街道走向配置为与夏季主导风风向呈2030度的角度差异。上图为德国某城镇的整体基地计划(

5、Daniels,2000)。该方案是以自然通风方位为其最高指导原则的基地规划策略，在符合原设计之交通以及其它机能设施目标下，利用地形风场以促进自然通风。它以该地区特殊地形所产生的山风及谷风的流动路径，规划新市镇小区争取较多通风效果的建筑与街道走向，以避免建筑物阻挡山风及谷风的行进，使得整体的空调能耗降低许多。 2.合理采光的建筑基地规划 对于集合住宅，以细长、表面积多的建筑物型态为佳，使得各规划空间兼具通风、采光的效果，以获得冬暖夏凉的居住环境。还有，可善用走廊、楼梯间、机械室、等服务性空间作为建筑主要居室与外部气候的缓冲区，尽量配置在热负荷最不利之位置做为缓冲空间，并减少东西向立面的表面积。

6、3.建筑周边小环境的营造 在建筑的周边增设相应的环境绿化措施，可以弥补基地选址本身所带有的不良因素，更好的促进建筑的节能。可以通过树种和栽种位置的选择，通过树木来提高周边小环境的质量，如通过植物来阻挡冬季主导风向的来风；通过树木遮阴，防止西晒；通过水池的设置来降低入户风的温度并提高空气的湿度。二、建筑物本身的节能设计1.建筑平面的节能设计1） 自然通风设计 生活居室以及其它容易蓄积高温高湿之阁楼、天花板、厨房、浴室及洗衣空间等地方，应给予提供充分、新鲜空气的通风量，以降低建筑闷热感及减少空调用电。建筑平面及房间门窗开口应尽量设计使其可获得最大有效的交叉通风效果，以确保气流以人体之活动高度，适当

7、地流通至各个房间。 利用通风口及窗扉等建筑设计元素，以促进室内气流流通效果。 自然通风较好的平面设计 自然通风较差的平面设计 2）采光设计 照明节能管理技术的重点在于降低照明用电需量及避免产生额外热量： 利用适当开窗设计、窗户材质、导光设计等手法获得经过控制与过滤之间接光促进室内昼光照明效果。设计充分适当的墙面的窗户开口、开放式楼地板的设计及浅色调的室内空间粉刷装修，增进自然采光之效果。 使用高效率照明灯具，可降低用电量及避免产生额外热量，减少空调用电。 室内空间及户外空间皆不要过份照明，大空间或大区域之照明应善用投射灯或工作台灯，避免全面照明。 3）绿化设计室内设置相应的绿化，在主要风向端口

8、（如阳台）种植绿色植物，对空气进行过滤。2.建筑剖面的节能设计烟囱效应促进自然通风 集合住宅小区之基地配置可促进小区之整体通风效果，但是建筑设计若没有相对应之通风气流引入口之设计，则建筑物室内空间亦无法获得有效之通风冷却效果。 一般来说冷空气密度较高会集中在建筑底部，热空气密度较低会往建筑顶部上升移动，当建筑垂直剖面结构具有特殊之烟囱效应之气流通道设计时，虽然建筑基地没有可资利用之自然风场，建筑内部亦将会产生如下图所示的重力通风效果。当气流入口至出口之烟囱高度愈高或烟囱截面积对楼地板面积比值愈大时，可获得愈好之通风率及冷却效果。再者，烟囱入口与出口之截面积比(反之亦同)愈大，则其通风率及冷却效

9、果亦愈大。查尔斯科里亚的 管式住宅3.建筑立面的节能设计1）促进自然通风的建筑立面设计 自然通风的体积流率多寡与通风墙面开口的大小、风速、风向与开口的角度关系等有关。由自然通风的体积流率与室内外之温差，可大致计算带走建筑室内空间的总热量。当风吹过建筑量体时，会在建筑物的上风面形成高压带，建筑物下风侧形成低压带，因此欲获得最佳的室内空间通风效果，则需将通风入口安排在上风高压带，出口安排在下风低压带。由流体力学的学理与实验可知，通风的出入口面积愈大或建筑表面通风口与风向愈垂直，则可获得愈佳之建筑自然通风效果。 因此，根据上述原则，若建筑表面通风口与风向不垂直，可藉由建筑立面的开口大小与具有捕风效果

10、的遮阳构造或导风板适当之安排与设计则也可促进自然通风。如下图所示的具有捕风效果的立面设计。具有捕风效果的 立面细部设计建筑的自然通风，跟建筑立面开口大小、位置和方向有关，同时跟窗户的形式有关，在进行建筑立面的设计时，应该根据实际情况比较、选用不同的窗户形式，以达到最佳的自然通风效果。2）建筑立面采光、遮阳设计根据室内舒适度要求采用合理的窗地比，采用大小适宜的开窗大小，选择好的开窗位置，这样可以有效避免建筑的能耗，洞口对于建筑来说是一个直接对外的热消散途径。对于实际的生活中，人们应当改变盲目喜欢大飘窗的购房习惯，设计要引导合理的窗墙比，虽然大飘窗增加室内空间，而且采光、通风、观景效果较好，但从建

11、筑节能方面看，约50%的能量都是通过窗子的玻璃外溢。建筑立面的遮阳设计很重要，开窗是为了空气的流通、采光的需要和景观，但是自然的室外环境往往无法满足舒适度，尤其是日照的要求，通过合理的遮阳措施可以有效调高室内的热环境，减少空调的使用量。3）建筑立面垂直绿化设计 传统的只是去关注平面上绿化，而很少去关注垂直方向上的绿化，建筑立面上的垂直绿化可以有效的进行节能，不仅有美化作用，而且可以很好的降低建筑的能耗。如建筑立面的爬藤类植物、植物外墙材料等。三、建筑材料的节能设计建筑处于室外热环境之中，建筑的外表面直接与外界接触，是产生能耗的主要界面，尤其是建筑外墙材料和窗洞口的材料（玻璃）：1.外墙材料的节

12、能设计保温材料通常有板材（挤塑聚苯板、聚苯板等），粉材（保温砂浆等），块材（保温砖等）。 采用外墙外保温做法可以防止冷桥效应。建筑围护结构中的一些部位，在室内外温差的作用下，形成热流相对密集、内表面温度较低的区域。这些部位成为传热较多的桥梁，故称为热桥（thermal bridges），有时又可称为冷桥(cold bridges)。热桥往往是由于该部位的传热系数比相邻部位大得多、保温性能差得多所致，在围护结构中这是一种十分常见的现象。如砌在砖墙或加气混凝土墙内的金属，混凝土或钢筋混凝土的梁、柱、板和肋，预制保温中的肋条，夹心保温墙中为拉结内外两片墙体设置的金属联结件，外保温墙体中为固定保温板加

13、设的金属锚固件，内保温层中设置的龙骨，挑出的阳台板与主体结构的连接部位，保温门窗中的门窗框特别是金属门窗框等等。 寒冷季节外墙角部散热面积比吸热面积为大，墙角内空气流动速度较慢，接受室内热量比邻近的平直部位为少，也是热流密集、内表面温度较低的热桥部位。热桥可以通过热工计算、模拟测试或者实测得出定量的结果。现在已有一些计算机模拟软件，可以显现出在不同条件下热桥部位的温度与热流状况。由于热桥部位内表面温度较低，寒冬期间，该处温度低于露点温度时，水蒸气就会凝结在其表面上，形成结露。此后，空气中的灰尘容易沾上，逐渐变黑，从而长菌发霉。热桥严重的部位，在寒冬时甚至会淌水，对生活和健康影响很大。 加强保温

14、是处理热桥的有效办法。采用外墙内保温可以提高外墙内表面温度，但外墙与隔墙、外墙与楼板等连接处的热桥比较明显。内保温越好，经由热桥散失热量所占的比例就越大。采用外保温则由于保温层覆盖住整个外墙面，有利于避免热桥的产生，但对于门窗口四周侧壁也应注意妥善保温，避免此处热量过多散失。至于铝窗框的热桥问题，可以通过在窗框内设置断热条的方法解决。2.玻璃的节能设计 玻璃的节能特性主要根源于两个特性，一是玻璃的隔热能力，亦是热传透率 U值。另一则是玻璃的遮阳能力，亦即日射透过率i值。阻绝温差的热传透率 U值比不上阻绝辐射传透的i值重要。对于玻璃的选用有以下原则：1.隔热性能（热传透率 U） (1).玻璃的隔

15、热性能与玻璃的厚度有关，但与反射及吸热性能无关。即相同厚度之普通、吸热及反射玻璃之U均十分接近。 (2).双层玻璃由于有空气层，其隔热性能较佳。2.遮阳性能（日射透过率i值） (1).玻璃的遮蔽性能与其表面的金属涂膜有密切关系，其中遮阳性能以反射玻璃最佳，吸热玻璃次之，透明玻璃最差。 (2).双层玻璃对于遮阳性能并无帮助。 (3).目前市面上有一种 Low-e玻璃，为一种选择性日射透过玻璃。为中间涂布低辐射化学反射膜之双层玻璃，尽量使户外可见光穿透以增加采旋旋光性，但阻绝不具采光效果、不可见的近红外光，并且使室内的红外光热量穿透玻璃发散至户外，其日射取得系数i可在 0.3以下对空调节能甚有帮助

16、。 四、建筑设备的节能设计1.吊扇、立扇或抽排风机促进通风效果，减少空调的使用量。2.热水加热 。降低热水加热能源成本之方法包含使用太阳能热水器、热泵热水器及降低热量散失等技术： 1）热水主要用在一般住家的淋浴、洗衣、厨房洗涤，以及温水游泳池上，这些热水大多可由太阳能来供应，太阳能热水系统尌是利用太阳的热量对家用热水提供预热或直接供应其热量。 2）当太阳能热水器之加热效率不是很高的地区，可考虑采用高效率之热泵热水器或高效率之电加热器、瓦斯加热器。 3）使用高隔热效率之热水储槽。 4）将热水供应管路保温。3. 集合住宅照明节能设计 1）由于居室空间之活动可能包含休憩状态、谈话状态、阅读状态或其他

17、需精密辨识目标物的之活动状态，另一方面亦需考虑自然昼光的辅助照明，因此所有区域皆顸有多层次照度控制的照明设计，可利用强弱开关、调光器、多灯泡、多段开关等达到节能的目的。 2）尽可能以较低照度之全般照明加重点照明为设计原则，某些较费眼力的工作区域应提供局部的工作照明，例如住宅厨房的食谱或公共大厅的阅览区。 3）某些加强集合住宅公共大厅或住家的室内重要景观或艺术品展示效果的重点照明应有调光器及开关，以随时调整所需亮度或启闭。 4）户外照明应设计定时器及辅以昼光感知器或附亮度检知器，以自动控制照明的启闭。 5）目前已有一种低电压或无线电遥控的照明群集远程遥控开关（如图6.2-1），特别适用于较大规模

18、之集合住宅或旧有建筑之照明节能改善。 6）自然采光设计，尽量利用昼光辅助室内照明，特别是白天时常有人活动之区域，例如厨房、客厅。4.集合住宅照明光源设计 传统上白炽钨丝灯泡因具有使皮肤光彩美丽、低成本、体积小、可聚光、简单、容易调光等特性，而广为流传使用。但若从节能观点，事实上现代之最新照明光源已有很多具有和白炽乌丝灯泡相同优点之灯泡，但却照明效率更高、更为省电。以下将提供关于集合住宅照明光源选择之参考原则 1）.日光灯照明效率高，厨房及其它工作区域可使用色温度 30003500K 之日光灯，并不一定要使用线型灯管，可选用 PL 灯管或精101 巧型荧光灯管。需注意所有日光灯之寿命皆会因开关次

19、数增加而减短。 2）.使用较高效率之精巧型荧光灯作为室内设计之对灯。 3）.卤钨灯是白炽灯泡，照明效率极低，必顸尽量避免使用，只能适用在重点加强照明或特殊场合，并且必顸注意其所产生之高热。 4）.阴暗、需常期点灯之集合住宅大楼楼梯间、走廊应采用低功率(912W)、高照明效率及使用寿命长之 PL灯管，以取代白炽灯泡。 5）.照明开关时常启闭、点灯时间短之储藏室、衣橱等空间，可考虑采用白炽灯泡。 6）.兼具休闲及工作之多功能家庭办公室，照明设计时应以最大之共同照度需求作为全室之基本照度，再针对各活动类型设计重点照明。 7）.浴室应使用30003500K之日光灯作为全室之基本照明，并辅以使用时间短、低亮度之燅立白炽灯泡作为镜子照明。 8）.高强度气体放电灯（HID），例如复金属灯、高压钠灯，适合用于所有户外照明。 9）.尽可能以较低照度之全般照明加重点照明为设计原则，依表 6.2-1所示之集合住宅各空间照度需求，设计照明灯具所需数量及适当之昼光利用，以避免浪费能源。可购买便宜、简易型之照度计作为设计之