住宅節(jié)能及太陽(yáng)能與建筑“一體化”設(shè)計(jì)

蔣 雪

[摘要]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高,住宅能耗占我國(guó)能源總消費(fèi)量的比例還在逐年上升,通過(guò)科學(xué)合理的建筑節(jié)能設(shè)計(jì),盡可能的采用可再生新能源,使建筑可持續(xù)發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]能源短缺住宅節(jié)能太陽(yáng)能建筑“一體化”設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào):TU2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)0820082-01

能源問(wèn)題已成為當(dāng)今世界共同關(guān)注的問(wèn)題,能源短缺成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。住宅作為人類(lèi)生活中的重要場(chǎng)所,在其建設(shè)與使用過(guò)程中,不可避免地需要消耗大量的能源和資源,并且隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高,住宅能耗占我國(guó)能源總消費(fèi)量的比例逐年上升。在我國(guó)建設(shè)節(jié)能住宅,推廣住宅節(jié)能設(shè)計(jì)以及開(kāi)發(fā)利用新能源——太陽(yáng)能已經(jīng)是迫在眉睫的工作了。

一、住宅節(jié)能設(shè)計(jì)

(一)合理規(guī)劃節(jié)能居住小區(qū)。首先正確選擇房屋的最佳方位,充分利用太陽(yáng)能。合理的確定建筑位置與朝向,使每幢建筑能接收更多的太陽(yáng)輻射熱能,在確定建筑的方位時(shí)首先應(yīng)考慮環(huán)境情況,按其太陽(yáng)高度角做出日影響圖,以確定冬季每天的日照時(shí)間通過(guò)朝向和周?chē)h(huán)境的合理布局,不但對(duì)太陽(yáng)能加以自然利用,而且也節(jié)約了常規(guī)能源。住宅內(nèi)小區(qū)的道路設(shè)計(jì)盡量選用可滲透地面或可滲透地磚,這不僅可以蓄積大量的雨水,緩解城市的“熱島效應(yīng)”,改善環(huán)境質(zhì)量,而且可以緩解對(duì)城市下水管網(wǎng)和污水處理管網(wǎng)的壓力。

(二)優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)屋面設(shè)計(jì)。在多層建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中,屋頂所占面積較小,因此,加強(qiáng)屋頂保溫節(jié)能對(duì)建筑造價(jià)影響不大,節(jié)能效益卻很明顯。目前,大多數(shù)住宅仍采用平屋頂,在太陽(yáng)輻射最強(qiáng)的中午時(shí)間,太陽(yáng)光線(xiàn)對(duì)于坡屋面是斜射的,而對(duì)于平屋面是正射的。據(jù)資料顯示,坡屋面比平屋面大約節(jié)約20-30%的能耗。所以平屋面的隔熱效果不如坡屋面。而且平屋面的防水較為困難,且耗能較多。在設(shè)計(jì)工作中,盡量采用坡屋面,并內(nèi)置保溫隔熱材料,這樣不僅可提高屋面的熱工性能,還可以提供更多的使用空間,也有利于防水,并有檢修維護(hù)費(fèi)用低、耐久之優(yōu)點(diǎn)。特別是隨著建筑材料技術(shù)的發(fā)展,用于坡屋面的坡瓦材料形式多,色彩選擇廣,改變了建筑千篇一律的平屋面單調(diào)風(fēng)格,豐富了建筑藝術(shù)造型,對(duì)點(diǎn)綴建筑空間起到很好的裝飾作用。

(三)優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)外墻設(shè)計(jì)。房屋單體設(shè)計(jì)時(shí),盡量減少體形系數(shù)。一般來(lái)講,體形系數(shù)越小,節(jié)能效果越好。考慮到對(duì)西山墻太陽(yáng)的遮擋,在西山墻門(mén)窗處設(shè)置遮陽(yáng)設(shè)施,同時(shí)在考慮外墻面的保溫隔熱時(shí),對(duì)西山墻部位重點(diǎn)處理。另外,將門(mén)和樓梯間內(nèi)墻當(dāng)作外墻近似處理。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫材料布置分外側(cè)和內(nèi)側(cè),在寒冷地區(qū)的同一氣候條件下,由于材料層次布置不同所取得的保溫效果也不盡相同,為防止墻體內(nèi)產(chǎn)生冷凝水,保溫層盡量設(shè)在外側(cè)。由于混凝土空心砌塊保溫效果好,又具有一定強(qiáng)度,在工程中也較為常用。

(四)住宅窗戶(hù)的節(jié)能設(shè)計(jì)。窗戶(hù)是建筑必不可少的組成部分,其長(zhǎng)期使用能耗約占整個(gè)建筑長(zhǎng)期使用能耗的50%,十分可觀(guān),因此窗戶(hù)的節(jié)能是建筑節(jié)能的重要突破口。窗戶(hù)系統(tǒng)的選擇不僅很大程度地影響著建筑能耗,同時(shí)顯著影響室內(nèi)環(huán)境的熱舒適性。合理選擇窗戶(hù)材料和設(shè)計(jì)窗戶(hù)結(jié)構(gòu),對(duì)降低建筑耗能、節(jié)約費(fèi)用和設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)節(jié)能新產(chǎn)品都具有十分重要的意義。另外,在建筑設(shè)計(jì)時(shí),嚴(yán)格按照《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住建筑部分)》JGJ26-95第4.2.4條規(guī)定,不同朝向窗墻面積比不超過(guò)以下數(shù)值:北向0.25,東、西向0.30,南向0.35。盡量減少冬季窗戶(hù)的能耗。建筑南向開(kāi)窗面積盡可能大些,在滿(mǎn)足采光條件下,北向、東向窗盡可能小些,從而獲得更多的太陽(yáng)光線(xiàn),減少熱損失,保持室內(nèi)舒適的溫度環(huán)境。

二、太陽(yáng)能與建筑“一體化”設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能作為一種取之不盡、用之不竭的可再生能源,已為人們的生活帶來(lái)很多方便,也成為世界各國(guó)開(kāi)發(fā)新能源的主要方向和目標(biāo)。我國(guó)太陽(yáng)能的熱利用特別是太陽(yáng)能光熱利用技術(shù)日趨成熟,而太陽(yáng)能的利用和建筑一體化這項(xiàng)新的課題引起了各界的關(guān)注和重視,它將為社會(huì)節(jié)約大量能源,凈化環(huán)境,造福民眾。太陽(yáng)能與住宅建筑一體化設(shè)計(jì)在高層住宅、多層住宅和別墅中均可得到廣泛的應(yīng)用。

(一)高層住宅。高層住宅本身就標(biāo)志著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域的成就,太陽(yáng)能熱水器一體化的設(shè)計(jì)可與之相輔相成。由于管線(xiàn)和住戶(hù)密度的原因,高層建筑中的太陽(yáng)能集熱器常常安裝在墻面和陽(yáng)臺(tái),頂部的集熱器只能為上部幾層提供熱水。集熱器可以集中連續(xù)布置,也可以與窗或陽(yáng)臺(tái)的凹凸處理結(jié)合形成豎向的劃分,使整個(gè)建筑在垂直方向上形成強(qiáng)烈的韻律感。太陽(yáng)能熱水器的水箱放置于室內(nèi),不破壞立面整體效果。太陽(yáng)能集熱器由于采用了吸收性涂層而具備特殊的色澤和質(zhì)感,其表面非常光亮,如果將其與高層頂部的電梯間或水箱間結(jié)合,既可以起到裝飾的作用,也能為上部幾層的住戶(hù)提供生活熱水。

(二)多層住宅和別墅。多層住宅太陽(yáng)能熱水器一體化設(shè)計(jì)首先可以從形式和體量出發(fā),由于集熱器需要南向的坡屋面或墻作為安裝的依托,爭(zhēng)取盡量多的實(shí)體面積和可利用空間就成為一體化住宅形體設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想。通?？梢云錂M斷面類(lèi)似于臺(tái)階或三角形的位置來(lái)安放集熱器。在一些住宅中,常采用大面積的玻璃窗,同時(shí)配備遮陽(yáng)構(gòu)件,而利用出挑的集熱板充當(dāng)遮陽(yáng)體,由它形成的陰影增加了造型的虛實(shí)對(duì)比和空間的層次,可達(dá)到一物多用的效果。

(三)在住宅建筑中的安放位置的問(wèn)題。太陽(yáng)能熱水器一體化住宅外觀(guān)設(shè)計(jì)的美學(xué)原則和手法以及構(gòu)造方案與系統(tǒng)選擇,是建筑師對(duì)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)所做的二次產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工,是實(shí)現(xiàn)“一體化”的關(guān)鍵步驟。內(nèi)容包括安裝部位選擇和構(gòu)造方案設(shè)計(jì),既要考慮到保證太陽(yáng)能熱水器的工作效率,又要與住宅的結(jié)構(gòu)、使用功能以及美觀(guān)相協(xié)調(diào)。為了保證足夠的日照時(shí)數(shù),集熱器可能的安裝位置包括屋頂和南向的外墻和陽(yáng)臺(tái)。當(dāng)太陽(yáng)能熱水器安裝在屋頂時(shí),由于其位置較高,可以形成自然壓力,管路選擇比較靈活,相應(yīng)集熱器類(lèi)型也有較大的自由度。就熱水器的安裝而言,平屋頂?shù)氖┕け容^方便,集熱器或支架與屋頂結(jié)構(gòu)的連接技術(shù)難度較小。而且平屋頂在一般視點(diǎn)是無(wú)法看到的,因此不需過(guò)多考慮集熱器的外形與建筑立面的協(xié)調(diào)。而坡屋頂安裝太陽(yáng)能熱水器,根據(jù)其坡度不同,可以直接將集熱器安裝在屋頂,也可以用支架安裝,但都要做到不影響房屋的使用和外觀(guān),施工時(shí)應(yīng)注意防水的問(wèn)題;在墻面或陽(yáng)臺(tái)安裝太陽(yáng)能熱水器,可以減小管路的長(zhǎng)度。對(duì)于高層住宅是其他安裝方式不能替代的。而且其位置往往處于立面的視覺(jué)焦點(diǎn),可以成為立面構(gòu)成的重要因素,這也更加符合一體化設(shè)計(jì)的思想。由于與用水端沒(méi)有足夠的高差,所以在墻面或陽(yáng)臺(tái)安裝的系統(tǒng)必須采用頂水式管路。且應(yīng)選擇集熱器與儲(chǔ)水箱分離的系統(tǒng),可以減小墜落傷人的概率和對(duì)建筑立面的影響。

三、結(jié)束語(yǔ)

在世界能源供給結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軌的大趨勢(shì)下,不考慮建筑節(jié)能而建造的房屋,終有一日會(huì)因?yàn)闆](méi)有能源可用,終被社會(huì)淘汰。呼吁建筑節(jié)能,很重要的一點(diǎn)就在于減少使用石油、天然氣等不可再生資源,通過(guò)科學(xué)合理的建筑節(jié)能設(shè)計(jì),盡可能的采用可再生新能源,使建筑可持續(xù)發(fā)展。

作者簡(jiǎn)介:

蔣雪(1972-),女,1995年7月畢業(yè)山東建筑大學(xué)建筑學(xué)專(zhuān)業(yè),現(xiàn)山東省平邑縣建設(shè)局工程師。