夏热冬冷地区建筑节能应对策略

夏热冬冷地区建筑节能应对策略

夏热冬冷地区建筑节能应对策略

Countermeasures on Building Energy-saving for HotSummer and Cold Winter Zones

■孙宝梁Ｓｈｅｎｇ　Ｂａｏ　Ｌｉａｎｇ　　孙　　　慧Ｓｕｎ　Ｈｕｉ

【摘　　要】文章在论述我国“三北”地区传统民居节能方法的基础上，重

点阐述了夏热冬冷地区中江南地区居住建筑节能应对策略。

【关键词】地域气候；传统民居；节能；可持续性

〖Ａｂｓｔｒａｃｔ〗　Ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｆｏｃｕｓｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｎ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ　ｏｆｒｅｇｉｏｎｓ　ｓｏｕｔｈ　ｏｆ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　ｉｎ　ｈｏｔ　ｓｕｍｍｅｒ　ａｎｄ　ｃｏｌｄ　ｗｉｎｔｅｒ　ｚｏｎｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｔａｔｉｎｇｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｈｏｕｓｅ　ｉｎ　ｔｈｒｅｅ　ｎｏｒｔｈ　ａｒｅａｓ　（Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ，　Ｎｏｒｔｈ　Ｃｈｉｎａａｎｄ　Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ）　ｏｆ　ｏｕｒ　ｃｏｕｎｔｒｙ．〖Ｋｅｙｗｏｒｄｓ〗ｒｅｇｉｏｎａｌ　ｃｌｉｍａｔｅ；　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｈｏｕｓｅ；　ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ；　ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ

建筑节能

０前言

我国在历时２０年的城镇化进程中，随着经济的发展和观念的进步，建筑节能已发展为保温材料系统化、建筑节能设计标准化、精确化，建筑节能设备系列化、智能化，建筑用能法制化，使建筑节能这项系统工程更趋于成熟、完善。当今的建筑节能除了运用科学技术手段外，应更加重视建筑节能所具有的文化内涵。文章结合夏热冬冷地区城镇建筑节能应对策略谈一点个人看法。

１我国建筑节能发展沿革及科学技术属性

我国建筑节能设计开始于上世纪８０年代中后期，首先对我国北方采暖区—三北”（东北、华北、西北）地区居住建筑进行节能设计。第一部建筑节能设计标准《民用建筑节能设计标准》（ＪＧＪ２６—８６），颁布至今已经２０年，同期颁布的标准还有《住宅建筑设计规范》ＢＪ９６—８６），将居住建筑节能设计、控制层高、每户主要房间的日照标准、提高居室热舒适度列入设计指标。规定该地区节能建筑一个采暖期能耗指标，比未考虑节能设计的居住建筑降低能耗３０％。１０年以后修订的《民用建筑节能设计标准》（采暖居住建筑部分）（ＪＧＪ２６—９５）规定，将建筑节能设计降低采暖能耗５０％。根据国外同纬度国家的经验，这个指标通过采取两方面的措施是完全可以达到的。该《标准》要求围护结构承担其中的３０％，采暖设备系统节能２０％。同期修订的相关标准还有《民用建筑热工设计规范》Ｂ５０１７６—９３）。涉及公共建筑的标准》（ＧＢ５０１８９—９３）和《建筑气候区划标准》（ＧＢ５０１７８—９３）。建筑节能在向标准化、规范化迈进。直至本世纪初，有关夏热冬冷地区和夏热冬暖地区两个气候区居住建筑节能标准的颁布，２００５年颁布的《公共建筑节能设计标准》（ＧＢ５０１８９—２００５）和北京市建筑降耗６５％的地方标准，使建筑节能已经遍及全国大部分省区的城镇，并已涉及能耗较大的公共建筑领域，建筑节能设计法规趋于完善。对于建筑节能理念的认识也逐步成熟，从最初的节约能源到建筑中保持能源，即是留住来之不

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“（采暖居住建筑部分）（Ｇ（Ｇ《旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计

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建筑节能

易、稍纵即逝的能量。上世纪９０年代上舒适度的措施，诸如居住建筑传统文化及

升为提高能源利用效率，直至本世纪初提人们对建筑小气候环境的心理和生理上的出能源可持续利用原则，里面主要包括一适应能力。本文结合夏热冬冷地区（针对次性能源的梯级利用和循环利用，提高可江南地区城镇）气候特点，探讨一些既满再生能源利用效率。

足居住热舒适性习惯，又节约一次性能源建筑节能是国家经济增长和科技进步的方法和理念，从中找出最佳契合点，实的产物。随着建筑围护结构复合保温体系现更广义的建筑节能。

等围护结构节能技术逐渐成熟的同时，各类高效建筑节能设备和门窗制品的科技含２传统民居节能方法及建筑节能量有了跨越式发展，人们的节能知识和节应对策略

能意识也普遍增强。为了争取节约建筑能耗对全社会的节能贡献率在“十一五”期２．１　传统民居节能方法

间达到２０％，在向围护结构和设备节能两我国幅员辽阔，南、北方及东、西个领域挖掘潜力的同时，探讨一些适合不部地域气候条件差异较大，在我国五千同地域气候特点的综合节能、提高室内热

年的文明史进程中，分布于各地的民居

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均总结出了一套适合地方气候特点的传统节能方法，如就地取材、提高围护结构蓄热性能、通风降温、换气、除湿、被动式太阳能系统等，对现代建筑节能设计仍有启示作用。“三北”地区大部分城镇为了抵御冬季的严寒，结合各地的材料资源如生土、石材、粘土砖等，建成厚重的外墙和屋面保温层（草泥或发券的生土层窑居），北向开窗很小，避开冬季西北风影响，加厚墙体提高了外墙蓄热能力，室内采暖火炕和烟道提高了热利用效率。南面窗外侧装有可开可闭的挂帘，保证室内白天接受短波热辐射，而晚上又在一定程度上阻止了长波辐射向外散热。位于陕北黄土高原的窑洞建筑，充分利用了地下水位低、昼夜温差大、黄土蓄热性能好、日照量充足的特点，在坡地上层层倚山而建生土窑洞，利用被动式阳光间和空气与地下土窖的温差蓄能，达到冬暖夏凉的室内舒适性环境，基本达到零能耗。近年来西安建筑科技大学等单位，对窑洞建筑进行了多方位的研究和跟踪测试，各项指标均在热舒适性范围，生土建筑的热惰性对室温调节影响大，可蓄热保温。夏季室外气温波动在１８～４０℃时，而室内气温波动仅在２４～２９℃之间。该建筑成为结合山坡地形、利用太阳能、零能耗和低排放的山地生态窑洞住宅的范例。新疆的大部分城镇位于沙漠干旱地区，属于干热性气候，昼夜温差大，年降雨量很少，远小于蒸发量，夏季最高气温达到３８℃以上，而冬季最低气温在－２５℃以下。建房材料就地取材，做成厚重的石墙和砖墙，白色涂料饰面，外部开窗小且具有固定遮阳，内部设天井和走

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廊，房间进深大，屋顶设置平台、拱廊，防止阳光强辐射，多层民居均有半地下室，白天多在地下间起居活动。屋外与住宅毗连有遮阳凉棚或葡萄架，有些地方利用“坎儿井”这一水利设施，将生活用水通过地下管道输送，避免了水份的蒸发，满足生活需求和居住环境湿度。晚上则将居住空间上移至顶层，夜间气温低，可带走人体热量，达到舒适感觉。位于内蒙古大部和东北西部的草原毡房，是适应当地气候、居住特点的民居形式。多采用传热阻很高的牧场特产——羊毛毡作为围护结构材料，围合成圆形尖顶的活动式轻质住房，内部有可拆卸的轻钢支架，有的用悬索构造支撑，毡房寒冷季节保温性能好，体型系数最小，圆形尖顶使得毡房各向风阻最小。这种房屋最大特点是根据不同季节可以择地而居，凉爽的夏季选择水草丰美的平川进行牧场作业和居住，毡房选择在通风和防水较好的位置，而在严寒的冬季则选择在避风朝阳的坡地过冬。移居转场时仅用两峰骆驼（或用勒勒车）可将全部用具运往新的居住地，作为因工作和生活需要而建造的流动式民居是居住空间适应地域气候的范例。

２．２　夏热冬冷地区的气候特点

夏热冬冷地区属于国家标准《建筑气候区划标准》（ＧＢ５０１７８—９３）中规定的第Ⅲ气候区，江南大部分地区属于Ⅲａ区。该区气候特点夏季闷热，冬季湿冷，全年降雨量大。长江中下游地区还有热带风暴和台风出现，３０年一遇最大风速高于２５ｍ／ｓ　，２００６年８月，袭击温州沿海的强台风“桑美”中心风力达到１７级，风速达到５５～６０ｍ／ｓ　。暴雨强度大，局部地区２４ｈ降雨量达到４００㎜。７月份平均气温为２５～３０℃，１月份平均气温为０～１０℃。一些城市冬季室外温度是：成都２℃，重庆４℃，长沙、南昌为０℃，合肥、南京为－３℃，武汉、杭州、上海为－２℃。该地区冬季寒潮到来时可大幅降温至－１０～－２０℃，全年日平均气温低于５℃的天数在９０天以内，全年日平均气温高于２５℃的天数为４０～１１０天。太阳辐射高度角较大，全年太阳辐射照度１１０～１６０　Ｗ／㎡，空气相对湿度均在７０％左右，年大风日数为２５天，沿海岛屿可达１００天以上。

对于江南地区持续时间长的夏季，这一地区民居的平剖面设计采用组织户内通风、降温、除湿的策略，在窗外侧采用深檐柱廊以及各种窗口遮阳、上悬式支撑窗等，可以兜风入窗，或进入坡屋面阁楼内，带走房间、阁楼内的湿热空气。有些民居

建筑节能

平面，在居室、客厅周边布置一些披

通廊以及可在换季时灵活拆装的隔断，

屋，如灶间、储藏间、洗浴间等小屋，形使各个空间既有分隔又有联系，空间布成与室外大气的间层，隔离了来自户外的局开敞通透，利用了空气的热压、负压冷风渗透，特别是减弱了太阳辐射对居室组织了天井、通廊及客厅的空气对流，的负面影响，位于沿海地区的这些民居形调节了夏季室温。冬季则采用灵活拆装式还可以减少对于热带季风的阻力。同的木隔断，使空气封闭一些，阻止了冷样，为了防止夏季太阳对于屋面的直射，风渗透，使环境温度接近人体舒适温设置坡顶及下面的阁楼是一种选择，由于度。对于丘陵、坡地等复杂地形作为房空气间层和倾斜面削弱和分解了直射屋面基地时，可因地制宜，依山就势选择布的热量，降低了顶层房间板底的内表面温局和造型，借助树荫，就地取材，利用度。对于平屋面民居均在屋顶设置架空石材、生土和空斗砖墙，保证墙体的蓄层，组织水平空气通道带走热量。植草屋热、隔热能力，习惯用“借天不借地”面可使部分辐射热能转化为生物能，种植的手法，在顶层向外出挑檐口栏杆或檐土又是很好的隔热层。宅基地选址时以背箱，用于储物，同时提高了外墙热阻，山、面水、朝阳为首选。特别是浙江民居减少了主卧室的阳光辐射，充分体现了在院落平面布置时，普遍采用敞厅、天井、

节能省地理念。

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夏热冬冷地区建筑节能应对策略

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２．３　江南地区建筑节能应对策略江南地区建筑热工气候特点是冬季室内外温差小，冬季需要采暖，夏季需要空调。常年的相对湿度高使居住者在冬季也有开窗通风换气的习惯。如果按有关节能设计标准规定，计算这一地区的全年采暖和空调的总能耗时，会高出寒冷地区城镇的单一采暖能耗。本文想讨论这一地区的居住习惯、热舒适度标准与理论设计温度之间找出一个最佳切入点，实现热舒适度和节能的双赢，特提出一些应对策略供同行参考。国内也有专家对此作出研究，其主要观点是：室内热环境质量应该对人体热舒适和健康均满足要求；建筑节能构造应适合当地民居普遍的生活作息模式；适合当地建筑材料多样性并能就地取材；设计、施工直至使用阶段应考虑建筑全寿命周期［１］。（１）基于冬季室内外温差小、温差传热慢的特点，江南地区建筑采用外墙内保温复合体系也是可行的。这种构造形式的最大弊端是外墙有热桥，特别是钢筋混凝土框架结构填充墙自保温体系尤为突出。其有利点是复合外墙体系中不同材质分层构造的最佳选择是蓄热性能好的重质材料放在最外侧直接面对太阳辐射和大气温差传热，可以提高墙体的隔热性能，使得夏季晚上热流到达外墙内表面的时间延长，衰减倍数增加，由于重质材料的蓄热量大，在晚上将白天吸收的热量以长波形式直接向外散热［２］

。其次是，内保温体系所用材料费用低，施工成本低，均为室２４住宅科技／２００８．０１

内作业，可以结合内装修一起施工。第三个优点是，保温层部分受到承重墙体的保护，绝热材料与室外气候隔离，常年温差变化小，老化速度大大减慢，降低了维护费用，实现了建筑全寿命周期成本效益的优化。至于热桥部位的框架梁部分，可以采用内外保温同时施工，框架梁外皮退进柱外皮２０～２５㎜，用同等厚度保温砂浆抹面取齐。框架柱内侧采用增强保温构造，如果与内横墙相接，则在横墙靠柱的一段横墙范围结合室内装修做保温构造。此种内保温构造体系的根据之一是，本地

区室内外设计温差在１８～２０℃之间，通过热桥的温差传热占整个外墙的比例要比地区住宅小很多，而保温体系的低成本和长寿命是极具竞争力的。（２）适当调整室内设计温度。因为室内空调温度每降低１℃，整个建筑能耗就会增加６％～８％。根据杭州、丽水等地的信息表明，居住建筑节能室内设计温度和人体热舒适度可以略有差别，也就是说，人体热舒适温差范围略大于冬夏季室内设计温差范围，源自于某一特定气候区的居民世代传承下来的居住习惯。当夏季室内空气温度在２７～２９℃，冬季室内设计温度在１５～１６℃时，空气湿度较高但流速在０．２～０．３　ｍ／ｓ或者更快一些，均在当地居民舒适感觉范围内。因此，通风、除湿（空气对流）、换气成为提高居室热舒适性的常用手段和习惯。人体生理学的研究结果表明：人体

对湿热环境的舒适感主要来自于人体热平衡，使得产热量（来自体内外）和散热

量保持平衡，这样也就能维持正常体温。同时还应使人体与环境的各种换热形式限制在人体能接受范围内，如对流换热占总散热量的２５％～３０％，辐射散热量占４０％～５０％，呼吸和无感觉蒸发散热量占２５％～３０％，　保持这种比例散热的环境是人体感到热舒适的条件［３］。所谓热感觉是人对周围环境是“热”还是的主观心理描述，尽管不同的人可以评价房间的“冷”和“暖”，实际上人是不能直接感受到室温的，仅能感到对神经末梢的刺激而已。人体还能通过神经和内分泌系统对皮肤感受的温度进行生理调节，如遇到寒冷时会颤抖、产生饥饿感及增加肾上腺素分泌，颤抖行为是皮肤表面温度在１３℃左右时才会发生，这会影响思维和工作效率。所以，有学者认为，将人体“冷耐受”的下限标准有效温度（指皮肤表面空气温度）定义在１７．５～２２．５℃，的上限温度定义在２５．６～３０℃［３］

　。所以，设置冬季室温低于皮肤表面温度１．５～２．５℃时，人的感觉虽不一定

最舒适，但不会产生过冷的感觉，这对于本地区非中央空调的居住建筑来说是可行的。人体的热感觉因人而异，由于每个人的体质、年龄、性别、代谢率、衣着及运动程度不同，对舒适温度范围的感受有差异。人体内的冷热感受对热环境还有显著的适应性，这也与冷或热刺激的延续时间和人体原有的热状态有关。有研究结果表明：凡是能使８０％的人感到满意的环境就算达到了舒适状态。影响热环境品质的因素还有空气相对湿度和洁净度。当环境湿度超过６５％时，人体皮肤湿润而“粘着性”增加（空气中的水蒸气分子压力增大），影响蒸发排出体内热量而感到不舒适。对于一般居住空间，冬夏季不同时段的开窗通风，　已成为该地区居家生活习惯。在现代居住建筑设计组织通风的同时，应在主要居室设置机械调风，主要是各种吊扇、落地扇等，这样做在多数情况下是非常有效的，解决了房间除湿和降低空气湿度，提高空气流速加快皮肤表面蒸发热量，通风调温模式应根据室外气温变化和室内人员、电器等发热体多少而与热泵式空调器间歇使用，达到人体习惯的热舒适度范围即可。这会节约电能，因为普通分体式空调的耗电量是电扇的１５～２２倍，而且购机及维护成本也有很大悬殊。在冬季，一般住户可采用空调器和蓄能电暖器结合制热，或者结合主动式太阳能光热转换系统采暖，最冷月或最冷时段可将两种设备配合使用。居室采用相变蓄热低温地板辐射采暖系统，是由地板以下的蓄热材料与电热线组合，利用低谷电能蓄热实现错峰用电的目的。在外窗构造方面，设计一个满足不同季节的窗型，即是与采光外窗下部相联的活动式保温板，一般设于窗台以下位置，构造采用断热铝合金板中间填充绝热材料，此保温板传热阻与外墙相当，冬季关闭，而且外窗满足窗墙面积比要求。夏季的晚上上部开启，可有效组织室内空气对流，达到除湿

降温目的［４］

。

（３）基于夏热冬冷地区冬季需要采暖、夏季需要空调的气候特点，从建筑构造方面采用不同热需求的可变化措施，也会起到节能的效果。如窗外侧上面的活动式遮阳和窗上装设有密闭功能的活动遮阳百叶，可“呼吸”的双层玻璃幕墙以及上面的手动或电动式遮阳板，外窗可开启的保温板，屋顶的太阳能集热器在冬夏换季时，应适时调整面板与太阳辐射的最佳角度，平屋面架空层通风道

“三北”“冷”“热感受”

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建筑节能

宜在冬季封闭。甚至住宅的外装修色调也随着冬夏季节的更替呈现由深到浅的变化。根据季节变化提高热辐射吸收系数或热反射系数。冬夏季配置两套外窗窗扇，适时调整外窗遮阳系数，这样做法要繁琐一些，但会在不同季节利用太阳能和避免室内过热，保持室内热舒适环境。因为外窗的得热和散热比例约占整个外墙能耗的１／２～１／３。

（４）可再生能源的开发利用。太阳能又称自由能，是取之不尽、用之不竭的。江南地区夏季太阳辐射对于屋面的辐射照度（杭州地区）为９４４Ｗ／㎡，西墙辐射照度为６０８Ｗ／㎡。屋顶通风夹层、覆土屋面及植草屋面应是首选，覆土的蓄热特性和一部份热能转化为生物能，可保证屋顶下表面温度在隔热设计要求以内。坡屋顶应人为加强阁楼内通风，老虎窗热工性能及窗体周边保温层处理也不可忽视。在整个屋面甚至外墙装设主动式太阳能集热系统，也可以在一定程度上避免阳光对围护结构的直射，成为外墙的一个热屏障。除太阳能以外，江浙地区在有条件的城镇可以采

用风力发电补充电能，利用地表水和地

热换热装置补充采暖需要，主要原因是该地区采暖期室内外设计温差小，换热、制热成本低。沿海地区城镇创造条件利用潮汐发电，低谷期电能抽水蓄能电站，如能降低建造成本也可以达到节能、节电的目的。

３结语

科学技术是第一生产力毋庸置疑，它极大地推动了社会物质文明，但是在减轻人力、提高工作效率的同时，快速地消耗着资源和能源。沉寂地下数万年的煤炭资源将在１００多年内消耗殆尽，北极的冰山加快融化，全球人口的快速增长也在要求人类将反思变为快速行动，拯救地球就是拯救人类。用一句广告词作为结束语：博采大家的智慧，用最低的代价实现：季节在变，温度在变，惟一不变的是我们居室的热舒适度。

参考文献

［１］孟庆林．建筑节能的优化原则．北京：２００６．

［２］刘加平主编．建筑物理．北京：中国建筑工业出版社，２００１．

［３］黄晨主编．建筑环境学．北京：机械工业出版社，２００５．

［４］孙宝梁．简明建筑节能技术．北京：中国建筑工业出版社，２００７．

［５］中国建筑技术发展中心．浙江民居．北京：中国建筑工业出版社，１９８４．

（收稿日期：２００７－１１－２０）

孙宝梁，１９８２年毕业于太原工学院工民建专业，杭州经纬建筑设计有限公司高级工程师，一级注册建筑师；孙慧，南京农业大学研究生。

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