夏热冬冷地区居住建筑节能设计研究
关键词：夏热冬冷；居住建筑；节能设计
一、夏热冬冷地区气候特点
该地区主要位于长江流域，夏季闷热高湿，最热月平均温度26.5℃～30.5℃，夏季相对湿度80％左右，冬季阴冷，冬季太阳辐射热小于750MJ/m2，个别地区不足400MJ/m2，最冷月平均气温0℃～8.6℃，该区夏季相对湿度在80％左右，夏季太阳辐射热大于1000MJ/m2。例如笔者所在的信阳地区，日照年均1900-2100小时；年平均气温15.1-15.3℃，无霜期长，平均220-230天；降雨丰沛，年均降雨量900-1400毫米，空气湿润，相对湿度年均77%。夏季高温高湿气候明显，光照充足，降水量多，暴雨常现，降水量400-600毫米，占全年的42-46%。秋季凉爽，天气多晴，降水顿减，季均降水量170-270毫米，占全年的18-20%。冬季气候干冷，降水量少，约80-110毫米，占全年的10%；冬季在四季中历时最长（130天左右），但寒冷期短，日平均气温低于0℃的日数年平均30天左右。
二、夏热冬冷地区居住建筑节能设计
1、建筑体型设计
通过建筑体型设计达到节能目的是许多建筑师设计构思的出发点，夏热冬冷地区节能建筑的体型不仅要求体型系数小，而且需要冬季日辐射得热多，还需要对避寒风有利。满足这三个要求所需要的体型常不一致，并且后者还受地区、朝向和风环境的极大影响。因此具体选择节能体型受多种因素制约，包括当地冬季气温和日辐射照度、建筑朝向、各面围护结构的保温状况和局部风环境状态等，需要具体权衡得热和失热的具体情况，优化组合各影响因素才能确定。居住建筑包括住宅、宿舍、旅馆等建筑形式，其中住宅约占居住建筑的92%。建筑体型系数与建筑单元联列情况有关。以住宅楼为例，每增加一个联列单元，建筑物就减少一面山墙，其外墙面积就缩小，体型系数也就相应减小。因此，对节能建筑设计而言，适当多的住宅单元联列，对体型系数控制是有利的。住宅单元联列时，在体形系数确定的情况下，宜尽可能减少主要房间的外围护结构面积，并且尽可能使主要房间集中布置。另外，不同单元的错位搭接，会增加建筑的外围护结构面积。适当地调整户型可避免增加体形系数，另外，加大建筑进深。从冬季得热最多的角度考虑，应尽量增大南向得热面积，往往要求建筑进深小，长宽比大。但如建筑朝向偏离正南方向，长宽比对日辐射得热的影响就逐渐减少。由于各朝向日辐射得热的变化给最佳体型选择增加了复杂性。当单元平面(标准层)面积相同时，提高建筑物进深(面宽减少)，体型系数会相应减小，即单元式住宅加大进深可使建筑耗热指标降低。
2、室内外过渡空间的节能设计
在夏热冬冷地区，要重视室内外过渡空间的保温，处于室内与室外之间如楼梯间、坡屋顶下空间、地下室、阳台等空间称之为过渡空间、做好这些空间的保温、使它们成为一个温度阻尼区，从而有效地阻止室外冷气对室内的直接渗透，减少外墙、屋面和地板的热损失。具体措施如下:①楼梯间:该部位的隔墙传热耗热量约占采暖住宅建筑总耗热量的10%，因此不可忽视楼梯间的保温。具体措施加下:选用保温性能好的门窗，把开敞式楼梯间改为封闭式:北向单元出入口设门斗，避免冬季西北风灌入;对屋顶上人孔做密封处理。使其不能形成通风道，致使热能从楼梯间顶部抽出。②坡屋顶下部空间:坡屋顶除了防渗外，其保温和外观等功能均比平屋面要好。屋顶通风窗尽量不设，如设应在冬季能关闭且采取密闭措施，使屋顶下部的空间形成一个封闭的保温空间。③阳台:封闭北阳台，并做好栏板的保温措施，减小冬季西北风对室内的直接渗透:适当减少南阳台及其外伸长度，以免影响对下一户的冬季日照的遮挡。④地下室:住宅楼设地下室己成为一种趋势，它不仅改善了底层住户的居住条件，而且为住户提供了储藏空间。地下室一般不设暖气，因此除了必须对一层地板采取保温措施外，还应提高地下室窗的保温和密闭性能，在楼梯口处设保温门，阻止地下室中的冷空气渗入到楼梯间。
3、围护结构节能设计
（1）外墙设计，外墙节能主要是提高墙体的保温隔热性能，以减少其冬季的热量损失以及降低夏季的外墙内表面温度。近年来，随着我国国民经济水平的提高和人民居住条件的改善，对外墙的保温设计也提出了越来越高的要求。单一材料保温与承重合二为一的形式以及承重墙与保温层复合的复合保温墙体，成为如今建筑保温中常用的两种形式。单一材料既能承重又具备保温能力，且可以满足保温要求的有加气混凝土、混凝土小型砌块和空心砖等砌体材料。其中以加气混凝土为代表。加气混凝土以其质量轻，具有良好的机械力学性能，极好的绝热保温、防火、阻燃和较好的隔音、隔热性能，以及原材料资源丰富，可加工和可循环使用，造价低等特点，成为我国经济性能优越的材料之一。复合材料外墙主要通过在墙体主体结构基础上增加一层或几层复合的绝热保温材料来改善整个墙体的热工性能。复合墙体很好地发挥了各种材料的长处，既不会使墙体过厚，又能承重，保温效果又好，因此，发达国家新建建筑己基本上采用了此种方式。我国要达到节能50%的要求，除部分采用加厚的加气混凝土单一墙体外，使用复合墙体将是大势所趋。（2）屋面。由于受到太阳直接辐射最强且作用时间也最长，顶层房间中屋顶的得热量占有很大的比例，屋面的隔热和保温一般分为平屋面和坡屋面两大部分。平屋面隔热保温基本构造形式有实体材料节能屋面、通风保温隔热屋面、植被屋面和蓄水屋面。实体材料保温屋面适用于平屋面和坡屋面。根据保温材料的位置又分为外保温隔热正置式屋面和外保温隔热倒置式屋面。正置式保温屋面是把保温层置于屋面防水层和结构层之间，这是我国过去常常采用的一种保温方法，比较成熟，倒置式屋面是把保温层置于屋面防水层之上，保温层不作封闭，是一种先进的屋面保温方法，构造简单、不必设置排气沟和排气管道、保护防水层、寿命持久、施工简单快捷、维修方便、可以采用保温隔热高效材料等优点，所以在可能的条件下优先采用。倒置式保温平屋面对保温材料的要求相对较高，除有较强的压缩强度外，其吸水率应很小。（3）窗。建筑门窗、幕墙是建筑围护结构的重要组成部分，通常也是保温、隔热和节能的薄弱环节，是影响室内热环境质量的主要因素之一。一方面提高门窗的保温隔热性能，减少窗户能耗，是改善室内热环境质量和提高窗户的节能水平的重要环节。另一方面，建筑窗户承担着隔热保温和沟通室内外环境两个相互矛盾的任务，不仅要求它具有良好的隔热保温性能，同时还应具有采光、通风、隔音、防火、美观等多项性能。因此在技术处理上相对于其它的围护构件，难度更大，涉及的问题也就更为复杂。在门窗上的能量损失方式主要是:辐射传递、对流传递、传导传递和空气渗漏。相应地，如何处理好各朝向窗的配置、尺寸形状、构造及保温隔热措施是居住建筑节能设计中的关键问题。夏热冬冷地区，大部分主要居室及窗的布置，应避免对着冬季主导风向，以免热损耗过大，影响室内温度。在建筑节能设计中，窗户尺寸的确定应充分考虑窗户的热工性能。由于通常窗户的单位面积耗热量比外墙大4倍左右，因此，开窗面积的大小应以满足基本要求为准，做到大小适度。
总之，夏热冬冷地区人口众多，城市化进程加速，建筑能耗上升、城市热岛严重。对于夏热冬冷地区居住建筑节能设计具有很强的现实意义。
参考文献：
1、许占发主编．建筑节能技术实用手册．北京：机械工业出版社，2005
2、付祥钊主编．夏热冬冷地区建筑节能技术．北京：中国建筑工业出版社，2002
