广西居住建筑节能设计标准应用与研究

广西居住建筑节能设计标准应用与研究

张小静

广西壮族自治区建筑科学研究设计院  广西 南宁市 530005

摘要：伴随我国现代化工业的崛起和发展，能源短缺问题有所恶化，在新时代背景下，为了迎合政府提出的可持续发展战略目标，建筑设计工作中要融合节能理念。需要在居住建筑中灵活运用节能设计标准，分析建筑项目当地的气候环境、地理位置等信息，选择最适宜的节能设计标准应用方式。鉴于此，本文围绕广西的实际情况，说明了节能设计标准应用与居住建筑的意义，详细阐述了居住建筑节能设计标准的七项应用要点，分析了广西某居住建筑的应用案例。

关键词：广西；居住建筑；节能设计标准；应用；要点

引言：广西气温平均维持在15℃以上，太阳辐射强且湿度较大，在建筑节能设计中不仅要注重保温，更要关注遮阳、通风等方面，在不主动消耗能量的情况下，致力于改善室内环境。因此，设计人员要参考广西的建筑设计标准，有意识地将节能设计标准应用到建筑设计工作中，平衡建筑和环境的关系，为用户提供优良居住条件的同时达到节能的目的。

1节能设计标准应用与于居住建筑中的意义

在以往的建筑工程施工中，建筑材料消耗较多，部分施工企业没有落实绿色、环保、低碳、节能等理念，外加施工中产生的扬尘、建筑垃圾等，均会造成资源利用率低下、能源浪费、环境污染等问题，对生态环境带来危害。在居住建筑设计中，若能有效应用节能设计标准，并在施工中使用可循环利用、可降解的施工材料，可减少施工中产生的建筑垃圾，为建筑节能和生态环境保护提供支持。同时，在人们对于居住环境提出更高要求的今天，居住建筑用户除了关注建筑的实用性和美观性以外，也开始留意建筑内部的舒适性与节能性。节能设计标准的使用可显著提升清洁能源的使用效率，减少能源浪费，降低建筑运营成本，为用户创造一个节能、和谐的居住环境。此外，从宏观角度来说，广西的节能设计标准鼓励居住建筑采用节能量较大、经济可行的可再生能源技术，而可再生能源的使用能够为社会经济发展注入新鲜血液，在我国当前能源生产和消费总值不平衡的条件下，缓解能源紧张问题，使居住建筑节能朝着可持续的路径发展[1]。

2广西居住建筑节能设计标准的应用要点

广西地处西南山区，在云贵高原东南边缘的低纬度地带，地势呈现出西北高、东南低的特征，存在地少、山多的问题。北部为南岭山底，南部面向热带海洋，西部延伸至云贵高原，境内河流纵横，且地理环境相对复杂，年日照平均数大约为300日，在大气环流、太阳辐射的作用下，气候资源分布具有夏长冬短、光能资源南北差异大、各地气温差异较为明显的特点，大部分地区属于典型的夏热冬暖地区。这一自然情况说明广西应结合当地的气候条件，从居住建筑的节能角度入手，关注能源资源的科学利用，遵守因地制宜的理念开发节能的居住建筑产品，并从色彩、造型、结构等方面加以优化，将节能设计标准融入到工程实践中，尤其是围护结构，包括墙体、门窗、屋面、楼板等，这些部位的隔热、节能效果                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             直接影响到建筑的实际能耗。

2.1平面形态设计

    居住建筑节能设计标准的科学应用首先应规划好建筑的平面形态，为了完成以平面形态为起点的节能设计工作，设计人员应考虑建筑的形体组合、整体性、定量等方面，使平面设计更加科学。比如，对建筑外墙面的设计要先开展单元划分工作，参照单元设定进行平面设计，控制好外窗和外墙的面积，并结合建筑景观、消防等方面的需求，在维持建筑各项功能完整性的情况下，使建筑的窗墙比尽可能低一些。其次，注意外界环境对建筑能耗带来的不利影响，开展定量方面的平面形态设计，将建筑物的形体系数控制在标准范围内。再次，在控制建筑形体整体性方面，设计人员要防止建筑设计出现结构方面的问题，关注建筑结构的稳定性，考虑到建筑结构的个性化特征，同时考虑到建筑造型的美观性，以及运营过程中的能源消耗和节约水平等。最后，设计时应综合考虑建筑受到的内、外热交换和太阳辐射的影响，及时总结建筑平面形态、形体设计和节能设计间存在的联系和规律，选择最优的建筑平面形态设计方案，对建筑的布局、结构设计、通风、采光、日照等进行全方位完善，最终达到居住建筑的节能设计目标[2]

。

2.2围护结构设计

    建筑的围护结构设计应根据工程所在区域的气候特点和环境特征，研究围护结构与能耗之间的关系，选择最符合广西居住建筑节能设计标准要求的围护结构材料，关注建筑的围护结构构造及其热工性能，以达到降低空调和采暖能耗的目的。例如，根据最新修编的广西居住建筑节能设计标准规定，居住建筑的天窗面积不应大于屋面总面积的4％，并且天窗的传热系数应根据气候区域的不同控制在标准规定的限值范围内，而太阳得热系数亦是如此。此外，外窗的传热系数和气密性也是判断建筑物节能效果的重要指标，对于门窗的优化设计需参考当地风压、空气渗透等指标，进行合理设计。为防止因温度影响造成的门窗变形等问题，设计人员要控制好窗框型材的垂直度，对于密封性不佳的门窗加以处理，在框与扇、扇与扇之间均要设置好密封条或密封膏，减少空气渗透。而在完善门窗连接件施工前，应先开展室外连接件的防渗漏设计工作，条件允许下可结合外墙装饰共同设计，并且在安装密封条、挤压密封膏前，对接缝位置进行全方位清理，在确保不存在污染物、灰尘的前提下施工作业。

2.3墙体保温设计

    墙体保温是节能设计的重点环节，墙体保温层可安装在内侧、外侧或两侧墙体之间，尽管内侧的设置难度较小，对于技术要求较低，但保温效果不如外侧安装的情况；若将保温层安装在外侧，虽然不会占用室内空间，但如果存在安装不科学的现象，则容易发生开裂、深水、脱落等问题，不利于提高建筑的实用性能，与内侧保温层相比造价成本投入也更高。但根据2017年8月10日广西壮族自治区住房和城乡建设厅发布的文件《自治区住房城乡建设厅关于民用建筑保温工程限制使用无机轻集料保温砂浆的通知》（桂建发〔2017〕7号），要求自2017年10月1日起，广西行政区域内的新建、改建、扩建民用建筑工程项目外墙外保温禁止设计和使用无机轻集料保温砂浆。因此，在墙体保温设计前，设计人员应结合当地的政策规定选择适宜的保温形式和材料。例如，当广西夏热冬冷B区需要应用到聚苯板外保温时，需综合考虑风压、重力等因素，完成保温层的承载设计。因聚苯板抗压强度不高的缘故，施工中还要关注保温层开裂和脱落现象的发生，扩大保温板的粘结面积，提升抗风压力水平，让聚苯板正真发挥其保温性能[3]。

2.4屋面保温隔热设计

屋面设计为正置屋面时，通常是在防水层下安装保温层，而倒置屋面则相反，保温层材料可采用挤塑聚苯乙烯泡沫板、挤塑聚苯板或现场喷涂硬泡聚氨酯等，以提高屋面的热阻和热惰性，减少屋面外表面热量向室内的传递，进而降低夏季制冷负荷。广西地区气候条件适宜植物生长，因此也可采用种植屋面设计，利用植物的光合作用吸收热量和植物对阳光的遮挡来达到隔热的目的。此外，还可以在屋面表面涂反射隔热涂料，一方面通过反射太阳光来达到隔热目的，另一方面，反射隔热涂料能够减少屋面对太阳辐射热的吸收，阻止屋面因吸收太阳辐射导致的温度升高，减少热量传入室内。

2.5自然通风设计

    广西居民的生活习惯强调通风和遮阳，与机械通风相比，自然通风不仅可以提高建筑用户的舒适度，还可以节约能源。建筑室内通风一方面可通过调整外表面的外窗位置，在室内形成对流来获得良好的室内通风；另一方面可调整建筑表面开口大小，通过风压差更好的引进自然风，减少通风死角，利于过渡季节室内通风，改善室内风环境质量。具体来说，设计人员可借助风压、热压两种原理开展工作。风压通风是指依赖于建筑所在地区的地形优势，在建筑分布格局的影响下，利用空间室内外温差而进行自然通风，主要使用了室内外压强作为通风的动力源。如果空间内形成了较大的温差，则可利用空气差实现空气流通，达到空气循环的目的。设计人员在进行居住建筑自然通风设计之时，首先要收集当地的气象信息，为自然通风设计提供重要的参考数据；其次要综合考虑建筑本身（包括户型、朝向、通风通道等）、当地气候、与周边建筑的间距，以及建筑所在的周边环境（包括地形地貌、自然植被）等因素，掌握建筑周边微观气候环境对于自然通风产生的影响；最后通过对建筑的整体高度、内部格局、门窗的形状、位置、大小、朝向等设计加以完善，形成最优的自然通风设计方案。

2.6暖通空调设计

    近二十余年居民普遍自行安装采暖空调设备，并且在住宅面积不断增加和居民生活水准不断上升的背景下，空调数量一直保持快速增长的趋势。根据2020年和2021年的《中国统计年鉴》数据显示，2020年广西居民平均每百户年末空调拥有量为113.4台，较上年增加6.5台；其中城镇居民为177.0台，较上年增加7台，农村居民为55.5台，较上年增加5台。广西近5年来城镇居民平均每百户年末空调拥有量统计如表1所示。

表1：广西城镇居民平均每百户年末空调拥有量（2016~2020年）

由上表可以看出，近年来我区城镇居民家庭空调数量仍然保持8.5%左右的年均增长率，截止2020年末平均每户空调拥有量正在接近两台，可见空调已经成为居民用以调控室内舒适程度的惯用途径，同时空调能耗也成为居住建筑的主要能源消耗之一。

在开展建筑节能设计工作中，会发现部分建筑中存在空调系统应用时间较为集中，且冷负荷参数较高的现象，空调的冷负荷极值同城市用电高峰的一致，容易打破城市供电的平衡性，如果建筑所在地区采用峰谷电价收费模式，则会增加不必要的建筑成本。要实现平衡电网、控制空调能耗的目的，需要按广西现行居住建筑节能设计标准的要求进行暖通空调设计，并结合当地情况科学引入新的设计理念和先进技术。比如利用“冰蓄冷”技术，或采用冷暖空调设备，控制暖通工程项目中的额外能源消耗，形成自动化的通风通道，从而提高了暖通空调的节能设计水平[5]。

2.7电气系统设计

整个电气系统中包括了照明系统、电力线路、变压器等装置，在进行节能设计时应做好这三方面的设计工作。照明系统节能设计上可选用自然照明和人工照明相结合的模式，减少人工照明的使用时间，并灵活运用多种节能灯具。如选用电子触发器、电感镇流器等，在公共区域内使用无功补偿灯具，可控制电能的额外损耗。对于各种可再生能源也可以加以运用，如利用光伏发电为地下车库提供照明，或选用新型控制方法管理灯具，设计自动化控制开关，便于建筑用户的正常通行。照明设备的选择要结合建筑使用情况，设计最合适的照明功率，可在屋顶、建筑外墙等位置安装光伏发电设备，让设备完成蓄电和供电任务。或将光伏发电组件制作成特殊建筑材料，成为屋顶、门窗等位置的部件，可展示出建筑材料应用的双重功能，降低工程造价成本。线路损耗也是电能消耗的因素之一，尤其在高层建筑中，随着建筑高度的增加，线路也随之延长，增加了电阻和线损。设计人员可选用低电阻导线，或在可行的范围内减少线路长度，控制好线路损耗。变压器节能设计方面，则是要优选导磁能力卓越的设备，控制铁芯涡流能量的损耗，以防在密封、连接中产生能源损耗。相关研究表明，科学选用高质量的变压器，与传统变压器的使用相比，能够降低空载能耗大约43%[6]。

3广西居住建筑节能设计标准的应用案例

3.1建筑项目基本信息

该居住建筑为高层建筑，地处广西夏热冬暖地区某城市的市中心位置，距离商业繁华街较近，并在建筑设计中使用了大规模的玻璃幕墙。根据夏热冬暖地区夏季持续时间较长的气候特征，建筑投入使用后，大面积的玻璃幕墙将造成建筑能耗的飙升。为确保该建筑的节能和舒适性，需要在不影响居住建筑基本使用功能的前提下，按照节能设计标准的要求进行设计，以降低夏季空调耗电量。

3.2建筑节能设计标准的具体应用

在进行及恩恩设计前，设计人员应深入分析建筑图纸，寻找最合适的建筑节能方法。通过分析可知，大规模玻璃幕墙中具有部分宽度在0.5米～0.7米的检修通道，这些通道可在节能设计中，作为墙体的隔热层从而有效阻止太阳辐射热传入室内。经过和暖通空调负责人员沟通、交流之后，决定在部分检修通道中加装排风口，使空气流通速度得以提升，达到了建筑快速散热的目的。隔热通风带形成后，可在不增加过多工程造价成本且不破坏原外立面设计效果的情况下，满足建筑节能的要求。针对玻璃的性能方面，设计人员也开展了相应的节能优化研究。咨询了玻璃经销商之后，发现可以将无极丝网永久印入到玻璃表面中，只需使用双层印丝系统，当印制完成后开展烧结工作即可，便能在玻璃表面形成永久印记。这种对玻璃的优化方法有利于提升玻璃的遮光性能，对于可见光的投射影响也较小，能够在印丝的影响下使可见光投射获得高透的效果，降低建筑能耗。图1为玻璃幕墙。

图1：玻璃幕墙

在建筑内部布局优化上，设计人员注重了对于空气流体方面的设计，并通过对此建筑项目节能降耗指标的计算，发现穿堂风可有效降低建筑能耗，应强化对空气对流的利用。门窗设计上可选择高透热反射镀膜玻璃，以提高节能效果。而在墙体设计方面，建筑项目原定使用仅使用加气混凝土砌块，但考虑到软件节能模拟时不能通过围护结构权衡计算，需增加保温砂浆内保温等保温隔热层。增加保温砂浆内保温后经模拟计算发现，温砂浆只需应用在热桥部位便能满足墙体隔热的基本要求，但为了进一步提高建筑的节能性能，采取了连带砌体一并使用保温砂浆的处理方式，以墙体的蓄热能力，但如若蓄热能力过强反而会造成额外的能源损失和消耗，因此，在节能设计过程中，设计人员经过反复、多次模拟对比，最终确定了保温砂浆的合理厚度，使其发挥出最大的节能价值。图2为一种保温砂浆。

图2：一种保温砂浆

此建筑项目的电梯前厅、过道等公共区域为长时间用电区域，整个区域内对于电能的需求量较大。为了降低电能消耗量，设计人员将传统灯具替换为LED节能灯。尽管这种灯具前期投入成本比传统灯具高，但从长远的角度分析来看，LED节能灯的应用可获得良好的节能效果，并可在建筑投入运营后的短时间内回收成本。在这些公共区域内还引入了新型光控、声控装置，将这些装置同LED节能灯加以结合，能够规避公共区域光源因长时间运行而消耗大量电能的缺点，使节能效果更上一层楼。图3为一种LED节能灯。

图3：一种LED节能灯

3.3节能效果

经对原建筑项目开展相应的节能设计优化处理和调整之后，设计人员采用节能设计软件重新对项目进行了模拟计算，发现建筑整体能耗下降了大约40%，保证了建筑的各项性能指标，并满足了节能降耗的实际需求，也证实了节能设计标准应用的重要性。

结束语：

    综上所述，建筑节能要以提升能源利用率为切入点，最大程度上保护自然生态环境，实现节能降耗的目标。因此，设计人员要将节能设计标准落实到工程实践中，通过精准把握平面形态、围护结构、墙体保温、屋面保温、自然通风、暖通空调、电气系统等方面的设计要点，建设具有广西特色的节能居住建筑，带动我国建筑节能设计事业的长久发展。

参考文献：

  [1]纪博雅,毛晓峰,曹勇,刘益民,崔治国.我国建筑节能低碳技术标准体系现状与发展建议[J].建筑经济,2022,43(01):19-26.

[2]巩新枝,贾晨阳.我国居住建筑被动式节能优化设计研究进展与展望[J].建筑节能(中英文),2022,50(01):25-30.

[3]赵民,康维斌,李杨,俞超男.浅层地热能在常见民用建筑中的适宜性分析[J].暖通空调,2022,52(05):2-7.

[4]马新然,张利姣,陈兴飞.被动式超低能耗居住建筑室内气流组织模拟与分析[J].粉煤灰综合利用,2022,36(03):109-116.

[5]王博雅,赵力,范东叶,吴伟伟,王丽莹.既有居住建筑低能耗改造诊断评估方法探讨及应用效果分析[J].暖通空调,2022,52(S1):231-236.

[6]曹馨匀,喻伟,熊杰,杜晨秋,李楠,姚润明.基于能耗限额的夏热冬冷地区居住建筑节能技术方案[J].暖通空调,2022,52(07):41-52.

作者简介：张小静（1985.2），女，汉族，广西桂林人，高级工程师，重庆大学硕士毕业，目前于广西壮族自治区建筑科学研究设计院从事建筑节能、节能材料、绿色建筑等方面的研究开发工作

必带不能删减内容：本文系2022年自治区节能减排（建筑节能）专项资金预算项目（桂财建[2022]68号）“广西《居住建筑节能设计标准》推广应用研究”研究成果。