学文网摘要：当今社会经济飞速发展，做为我国国民经济三大支柱产业之一的建筑业，在能源消耗中占的比重越来越大，在当下大力倡导节能环保的大环境下，超低能耗建筑做为共同关注的重要问题被提上日程。本文对我国环保节能前提下的超低能耗建筑设计进行探讨。
关键词：超低能耗；建筑；设计
Abstract: in today's social and economic rapid development, as one of the three pillar industries of the national economy construction, in the energy consumption accounts for the proportion of more and more big, in the present advocate energy conservation and environmental protection of the environment, low energy consumption building as the important issues of mutual concern have been on the agenda. In this paper, the environmental protection and energy saving in our country under the premise of low energy consumption building design are discussed.
Keywords: low energy consumption; Building construction; design
中***分类号：TU2文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
引言
当前，能源问题已经成为制约世界各国发展的主要因素之一。我国是能源消费大国，建筑能耗约占全国总用能的1/4，居耗能首位。随着我国住宅建设量的不断增加，能源与环境问题日渐突出。一方面我国人均能源拥有量较低，另一方面以煤炭为主的不合理的能源结构以及建筑的高能耗所带来的环境破坏为可持续发展带来巨大压力。
我国的建筑能耗中，寒冷地区的采暖能耗占了相当大的比例。因此，建筑节能降耗以及可再生能源的利用引起人们的广泛重视。太阳能作为一种可再生的清洁能源，近年来在建筑中的利用受到关注。我国属于太阳能资源丰富的国家之一，全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时，辐射总量高于5000MJ/m2·a。北方采暖地区，大多数城乡处于太阳能资源丰富区，为太阳能建筑提供了可能。结合恰当的建筑体形设计和护结构性能设计，经测算，在太阳能资源丰富地区的晴好天气下，可以建造出完全依靠太阳能满足采暖和生活用热水的超低能耗建筑甚至零能耗建筑。
一、超低能耗建筑的总体规划设计
1.建筑选址
选址的节能问题是一个与自然整合的问题, 要符合自然规律, 尽量利用自然环境来创造适合人类生存的条件。建筑选址需争取日照, 避风建宅。建筑基地宜选在向阳的地段上, 为争取日照创造先决条件, 而不适宜选择在山谷、洼地及凹地等处, 因为冬季冷气流易在凹地里形成对建筑物的“霜洞”效应, 位于凹地的底层或半地下建筑为保持所需的室内温度所消耗的能量, 就会相应地增加。
2.建筑布局
住宅群的形状和道路的不同走向对风向和风速有明显的影响, 住宅群和道路之间多为速度较小、方向竖直的管状气流,很难穿越建筑物, 所以必须考虑建筑群体的形状与体量的组合和布局, 适当布置建筑物, 做到不同体量、不同角度、不同间距、不同道路走向的建筑物合理组合, 充分利用自然通风和日照。冬季降低冷风风速避免冷风渗透, 减少建筑物和场地表面热损失, 节省能耗; 夏季可以组织良好的通风, 在建筑物之间及建筑内部形成良好过堂风, 达到自然通风和降温。从建筑群的平面布局来说, 宜采用错列式、斜列式及自由式等形式, 而不宜采用不利于自然通风的周边式和并列式布局。从竖向布局来说, 宜将较低的建筑布置在夏季风的迎风面的前端, 这样有利于季风的渗透。
3.建筑朝向
选择合理的建筑朝向是群体设计中首先要考虑的问题, 朝向对建筑能耗具有举足轻重的影响, 最佳朝向范围的概念是日照和通风两个主要因素共同作用的结果。例如正东向和正西向朝向的建筑比正南向的建筑每年要多消耗20%的电能, 然而正南向并不一定与当地的太阳入射角和夏季风主导方向相符合,而且理想的日照方向也并不一定是最有利的通风方向。从单栋建筑的通风来看, 房屋垂直于季风主导方向最好, 但从整个规划来看, 这种情况并不完全有利, 而往往希望形成一个角度, 以使各排房屋都能获得比较满意的通风。因此,我们所选定的建筑朝向应当满足以下要求: ①冬季具有适量和一定质量的日光照入室内; ②炎热季节尽量减少太阳直射室内及居室外墙面; ③夏季通风良好, 冬季避免冷风吹袭。
在实际工程中, 我们应该利用合理的朝向, 使建筑在夏季尽量避开南向烈日的炙烤, 而冬季争取尽可能多的温暖阳光,使建筑获得冬暖夏凉的宜人环境。在设计中根据日照和太阳入射角确定住宅朝向范围后, 再进一步根据季风主导方向进行调节, 选取合理的朝向, 以获得良好的夏季穿堂风。
4.建筑间距
建筑间距的确定一般是由日照间距和节地措施决定的, 阳光对于个人不仅有卫生学的意义, 同时对人的心理及精神也具有一定的影响。它不但是热源, 同时还可以提高室内的日照水平, 一般居住建筑总希望夏季避免日晒而冬季又能获得充分的阳光照射, 因此在选择住宅的日照时间时, 通常取冬至中午前后2h 日照为下限, 再根据地理纬度和用地情况加以调整, 从而保证住宅室内具有一定的日照量, 进而确定建筑的最小间距。从建筑的竖向布局来说, 前排建筑采用斜屋面或把较低的建筑布置在较高建筑的阳面方向都能够缩小建筑的间距。
二、超低能耗建筑的建筑单体设计
1.平面设计
住宅平面设计的合理性在很大程度上可以节约能耗, 在住宅平面设计中, 夏季穿堂风和全明房是建筑物节能的关键因素。住宅房间进深对穿堂风的形成和效果具有决定性的影响,一般房间进深不应大于15m, 但我们可以适当增加套型进深,以便于在限定的建筑面宽内增加建筑面积。建筑平面的巧妙布局也能获得满意的节能效果, 如将电梯、楼梯、管道井、设备房和辅助用房等布置在建筑物的南侧或西侧, 可以有效阻挡日射; 与之相连的房间不仅可以减少冷消耗, 同时可以减少大量的热量损失。另外, 现在许多住宅都配置超大阳台, 开发商往往注重于其作为室内外过渡空间对观景的作用, 而建筑师也常常将其作为丰富建筑立面效果的元素, 实际上在夏热冬冷地区它还能起到夏季遮阳和通风的作用。西、南立面的阳台封闭起来,又可形成热交换过渡空间, 保证冬季室内热量散失慢, 夏季节约空调冷量。
2.立面设计
建筑屋面和外墙是建筑与周围环境进行能量交换的媒介体，它具有通风隔热、遮阳蔽雨等明确的庇护功能，也是体现建筑形象艺术特征的重要部分。建筑屋面和外墙将室内空间从外部空间中分隔出来，将对人类居住环境不利的恶劣自然因素“阻隔”在建筑外面，庇护
人的居住空间；同时，作为建筑物内外不同空间的中介物，还肩负着
“传递”自然资源的任务，例如自然风、自然光等气候资源的功能。被动式设计方法既是强调利用屋面和外墙的传递能量的功能，充分利用自然界的有用资源，而将不利因素阻隔在建筑外面，在“用”与“防”之间达到平衡。通常，减少外墙传热主要有以下的方法：一是严格控制建筑的体型系数，以减少传热面积；二是通过外墙构造设计增强外墙的保温隔热性能；以及有效防止外墙体内部结露等。
3. 屋顶设计
屋顶是住宅第五立面，对建筑造型起着重要作用。住宅做斜坡顶屋面，可借助屋面坡度与日照斜率相接近的特点，可再降低住宅顶层的层高。在维持平屋面住宅日照间距的条件下，既取得了改变建筑轮廓、有效地解决了屋面防水和扩大屋顶部位使用空间的效果；也减少了住宅之间的日照间距，节约了建设用地。平屋顶可采用北向的退台，既获得露天活动空间，也可缩小日照间距。
4.门窗设计
尽量减少门窗的面积, 门窗是建筑能耗散失的最薄弱部位, 面积约占建筑护结构面积的30%, 其能耗约占建筑总能耗的2/3, 其中传热损失为1/3。被动式太阳能的利用一直存在着一对矛盾: 冬季白天建筑南向为获得尽可能多的太阳辐射而开设尽量大的窗口以获得热量, 然而白天获热量最多的部位也是夜间失热量最多的部位。所以门窗是护结构节能的重点, 在保证日照、采光、通风、观景条件下, 应尽量减少外门窗洞口的面积。建筑中门窗材料和密闭性对室内温度变化起着一定的作用, 设计中应采用密闭性良好的门窗, 通过改进门窗产品结构(如加装密封条) 、采用双层真空玻璃窗、中空玻璃窗等目前市面上的保温性能好的窗户, 提高门窗气密性, 防止空气对流传热。
三、利用太阳能采暖的超低能耗设计
太阳能建筑的采暖和生活热水依托的是太阳能热水系统，其组成部分包括：太阳能集热器、储热器（蓄热器）、散热器系统。 1.太阳能集热器 集热器是吸收太阳辐射并向载热工质传递热量的装置，它是热水器的关键部件。目前，国内的太阳能集热器主要有平板集热器、真空管集热器。
2.储热器（蓄热器） 储热装置是储存热水并减少向周围散热的装置，一定的热水蓄热量主要满足夜间供热，使室内温度不致过***动。储热装置的容量需热工计算确定。储热器的储热效果不仅取决于保温材料性能的好坏，还与装置的结构和固定连接方式有关。 3.散热器——低温热水地板辐射采暖 由于太阳能属低密度热能源，散热器选择的最佳形式当属低温热水地板辐射采暖。低温热水地板辐射采暖是在楼地层内设置加热埋管形成的辐射采暖系统，使用不高于60℃的热水流经埋入地板的盘管，所释放的热量使混凝土加热。从地表面散出辐射热并均匀地将热量传到室内，由于采用辐射采暖方式，室内温度均匀，梯度合理，室内温度由下而上逐渐递增，地面温度高于呼吸线温度，给人以脚暖头凉的良好感觉，促进新陈代谢，达到一定的保健作用。由于地面层及混凝土层蓄热量大，室内温度的热稳定性也非常理想。 在地板辐射采暖中，实测证明，在人体舒适范围内，实感温度比室内环境温度高2℃~3℃。在保持同样舒适感的前提下，地板辐射采暖时的室内设计温度，可以比对流采暖降低2℃~3℃，房间热负荷相对减少，可以节省供热能耗20％左右。
结语
对人居环境的探讨, 一直以来都是建筑界所关注的热点问题, 人们在超低能耗建筑节能方面已经取得了很大成效。本文从建筑设计的角度对超低能耗建筑节能作了一些探讨总结, 希望对建筑师的设计起到参考作用。
参考文献：
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[2]刘抚英.结合实际案例分析的生态建筑系统构成初步研究[J].建筑,2006(24).
[3]陈荣华.住宅建筑及使用中的节能[J].安徽建筑, 2006(6).
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