山区城镇居住建筑节能设计探析

　　摘要：节能设计是搞好建筑节能的关键。设计时，运用科学的建筑选址观;采用合理的建筑组团形式;考虑坡度、主导风向的影响;充分利用已有的树丛、小丘、水塘等搞好绿化;做好过渡空间的设计:外墙采用EPS板薄抹灰外保温系统，屋面采用聚苯板保温坡屋面，外窗采用单框中空玻璃塑钢窗。这些措施和产品的应用大大有利于居住建筑节能。
　　关键词：山区城镇；建筑；节能设计
　　1建筑选址
　　(l)位于山区的居住建筑，场地的选择对于节能尤为重要。山地住宅的选址除了避开不利的自然灾害(山洪、地害、山体滑坡等)易发地段外，应充分考虑自然气候和环境对住宅能耗的影响。
　　中国山区传统村落和城镇的风水观:在冬季既能充分利用南向的阳光又能利用山体抵御北面的寒风，夏季又能通风良好。
　　(2)主导风向对选址的影响是必须考虑的一个非常重要的参数。当气流通过山地时，由于受到山形阻碍，风向会发生变化，在不同的区域建房其通风效果大不一样。在顺坡的迎风区既有良好的通风，又顺应地形，是最佳选择。
　　(3)建筑不宜布置在山谷、洼地、沟底等凹地里。在谷底的建筑容易受“地形逆温”的影响，形成空气“上暖下冷”的现象。另外，凹地建筑不仅不利于夏季自然通风，而且冬季冷气流在凹地里易形成对建筑物的“霜洞”效应，位于凹地的底层或半地下层建筑若保持所需的室内温度所耗能量会相应增加。
　　(4)从居住的角度而言，“依山傍水、临水而居”是较为理想的选择，因为坡度影响太阳辐射，而水体既是优美的景观，又是相对稳定的温湿度调节体，易于形成宜人的小气候。盛夏时节，从水面吹来的凉爽的水陆风对改善小区气候环境有着非常明显的效果。
　　(5)选址时一般将山区地形分为东西南北四个坡向。按我国所处地理纬度，南向坡是向阳坡，为建筑用地的最佳坡向，根据地形坡度的大小，向阳坡内建筑日照间距可相应缩小以节约用地:北向坡则为阴坡，与向阳坡相反，建筑间距应相应较大，以取得必要的日照;西向坡，在炎热地区要注意遮阳防晒，严寒地区则因此取得一定的日照;东向坡对南方、北方地区相对均较适中。另外，坡地选址可分为在山顶、山腰、山脚三种情况。理想的建筑选址是向阳山腰位置。背阳坡常年日照不足，背风坡自然通风较差，山顶则风速较大、日温变化大，这些地方都不宜作为住宅的选址。
　　2建筑朝向
　　山区建筑的朝向常常受到地理纬度、地段环境、局部气候特征及建筑用地条件等因素的制约，而建筑物的朝向对太阳辐射得热量和空气渗透耗热量都有影响。因此选择合理的建筑朝向是节能建筑群体布置中首先考虑的问题。在选择建筑朝向时，需要考虑的因素有以下几点:
　　l)冬季能有适量并具有一定质量的阳光射入室内。
　　2)炎热季节尽量减少太阳直射室内和居室外墙面。
　　3)夏季有良好的通风，冬季避免冷风吹袭。
　　4)充分利用地形和节约用地。
　　5)照顾居住建筑组合的需要.
　　6)建筑物朝向宜采用南北或接近南北向，主要房间宜避开冬季主导风向。
　　另外，在实际运用中，当根据日照和太阳辐射己将住宅的基本朝向范围确定后，再进一步核对季节主导风时，会出现主导风向与建筑朝向形成夹角的情况。从单幢住宅的通风条件来看，房屋与主导风向垂直效果最好。但是，从整个住宅群来看，这种情况并不完全有利，而往往希望形成一个角度，以便各排房屋都能获得比较满意的通风条件。
　　3建筑布局
　　在总体设计中，山区居住区总体布局的形式对住宅单体的节能影响是相当大的。一般而言，建筑组团平面布局形式分为行列式、错列式、周边式、混合式及白由式几种，均各有其自己的特点，如图1。
　　
　　图1建筑组团形式
　　(l)行列式:由于风正面吹过障碍物后会形成较长的涡流区，其长度一般是障碍物高度的4倍左右，造成涡流区的建筑通风不良。对于山区建筑受风、地形影响比较大，行列式很少采用。
　　(2)错列式:可以避免“风影效应”，同时利用山墙空间争取口照。这种布局形式可以使建筑增大迎风面，容易疏导气流进入建筑内部。
　　(3)周边式:在严寒地区，山区住宅布置时可通过利用东西向住宅围合成封闭或半封闭的周边式住宅方案。这种布局可以扩大南北向住宅间距，可以形成较大的院落，对节能节地有利。在规划中为了节能应封闭西北向，合理选择封闭或半封闭周边式布局的开口方向和位置，使得建筑群的组合做到避风节能。
　　(4)混合式:是行列式和部分周边式的组合形式。这种方式可较好的组成一些气候防护单元，同时又有行列式的日照通风的优点，是北方山区居住区一种很好的建筑群组团方式。
　　(5)自由式:当地形复杂时，密切结合地形构成自由变化的布局，便于采用多种平面形式和高低层及长短不同的体型组合，还可以避免互相遮挡阳光，对日照及自然通风有利，是山区常见的一种组团布置形式。
　　另外，建筑布局时，尽可能注意使道路走向平行于当地冬季主导风向，这样有利于避免积雪。与以上布置形式相结合的小范围布局中，可采用前短后长的布置，有利于开口通风。在迎风面上，建筑采用由低到高的布置。点、条组合布置时，将点式住宅布置在好朝向位置，条状住宅布置在其后，有利于利用空隙争取日照。
　　4绿化
　　绿化植被具有降低气温、遮阳防晒、防风抗风、改善通风质量、改善房屋外围护结构的热工性能等功能，是节约能耗的有效措施。
　　(1)绿化对改善室外环境气候的作用。植物的“蒸腾作用”和“光合作用”都要吸收大量的太阳辐射热，是绿化植被在生态环境中的作用过程。有资料表明，树林的树叶面积大约是树林种植面积的75倍，草地上的草叶面积是草地面积的25~35倍，这些比绿化面积大上儿十倍的叶面都有蒸腾作用，所以就起到了吸收太阳辐射热，降低空气温度的作用。
　　(2)绿化对改善室内气候的作用。绿化可以抵挡日照、辐射、降温，因此，在房屋周围绿化之后，流进室内的空气与投入室内的太阳光是经过绿化植被冷却后的空气与太阳光线。绿化可降低地面温度，从地面辐射到房屋的外墙、门窗上的热量也就减少了，从而达到改善室内的气候及节能的目的。
　　(3)住区应尽量减少停车场和交通车道带来的绿化空白，应充分利用各种条件进行绿化，如在人行道边缘、室外停车场和部分路面，采用植草砖等，应注重保护好住宅用地的自然环境，特别是对原有的绿林、水体、山石等的保护利用。充分利用一些廉价朴实的地方材料，创造一种丰富的户外环境，突出自然绿色，尽可能减少构筑物和铺地。
　　5防风
　　在山地，气流受山地的影响很大，因此，防风成为建筑节能一个值得重视的因素。
　　(l)主导风向直接影响冬季住宅室内的热损耗及夏季居室内的自然通风。从住宅群的气流流场可知，住宅长轴垂直主导风向时，由于各幢住宅之间产生涡流，从而影响了自然通风效果。因此，应避免住宅长轴垂直于夏季主导风向〔即风向入射角为零度)，从而减少前排房屋对后排房屋通风的不利影响。
　　(2)考虑到冷风对室内热环境的影响，节能建筑应该尽可能选择避风基地建造。基地环境中现有的树丛、小丘等也可以被用来作为拟建建筑物的挡风屏障。设置防风林带之类的挡风设施对于建筑的避风节能很有效果。防风林带的高度、密度与距离均影响其挡风效果。可用常绿植物作成风障，设置在建筑物的冬季迎风面。因此在山区建房，事先如充分考虑到了尽可能利用各种挡风屏障，则不但可以节约相当大的采暖的费用，而且也可提高住户的舒适程度。但建筑平面组合布置在考虑冬季挡风屏障的同时，也必须考虑该建筑物在夏天时有必要的通风条件。
　　6过渡区域
　　山区由于地理位置特殊，昼夜温差变化比较大，冬季气温较低。为了保证主要使用房间(或质量要求较高的热环境分区)的室内热环境，可在该热环境区与温度很低的室外空间之间，结合使用情况，设置各式各样的温度阻尼区。这些阻尼区就像是一道“热闸”，不但可使房间外墙的传热损失减少40%~50%，而且大大减少了房间的冷风渗透，从而减少了建筑的渗透热损失。
　　主要部位有:
　　(1)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，使其不能形成拔风通道，防止热能从楼梯顶部抽出。
　　(2)采用坡屋顶，并使屋顶下部的空间形成一个封闭的保温空间。
　　(3)封闭南、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。
　　(4)提高地下室窗的保温和密闭性能，在地下室入口处设置隔断门，阻止地下室中的冷空气渗入到楼梯间。
　　7外围护结构节能
　　(1)屋面
　　目前比较经济、有效的方法是采用挤塑聚苯板保温坡屋面.挤塑聚苯板的强度较好，60-70mm厚挤塑聚苯板可满足寒冷地区节能65%的要求。
　　(2)外墙
　　目前应用量最多也是应用范围最广的是EPS板薄抹灰外保温系统。该系统适用于各种新建建筑的混凝土和砌体结构外墙，也适用于既有建筑节能改造。
　　(3)外窗
　　外窗是建筑不可缺少的重要组成部分，窗户不仅可以使建筑采光和通风大为改善，又可使住宅有一定的开敞面积，扩大视野，但同时也是建筑能耗的主要因素之一。增大窗户面积可以引入更多的太阳光，但窗户的传热系数比其他外围护结构大得多，窗户面积增大势必会引起更多的能量消耗，因此必须将窗墙比控制在合适的范围内，在满足基本采光和通风的前提下，应尽量缩小窗墙比以解决这一矛盾，同时应对南北向窗墙比作适当调整，而不是仅仅为了造型或为取景之由甚至毫无理由地就将南北向窗户均采用落地窗、飘窗等设计方法，在增大采光通风面积的同时产生过大的耗能量而得不偿失。
　　外窗的节能设计应从三个方面着手来提高。首先是窗地比，确定适当的外窗洞口面积。其次是玻璃，选用导热系数过大的玻璃，热量很容易流出或流入，因此必须考虑采用双层玻璃、中空玻璃、低辐射玻璃等保温性能较好的玻璃。第三是外窗的框材也要加以考虑，否则会形成热桥，严重影响窗户的整体节能性能。
　　参考文献
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