摘要：文章對夏熱冬暖的海西地區的能耗狀態、已有的居住建筑節能措施進行了闡述和分析，指出了夏熱動冷地區的建筑節能的主要影響因素及建筑節能措施研究的主要進展，在此基礎上，對廈門地區的建筑節能措施的研究前景進行了展望。
　　關鍵詞：夏熱冬暖，居住建筑，節能研究
　　
　　1前言
　　海峽西岸經濟區是指臺灣海峽西岸，以福建為主體包括周邊地區，南與珠三角，北與長三角兩個經濟區銜接，東與臺灣島，西與江西的廣大內陸腹地貫通。按《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》(JGJ75—2003)的劃分：夏熱冬暖地區指我國的北緯27°以南，東經97°以東，包括海南、臺灣全境、福建南部、廣東、廣西大部分、云南南部及元江河谷地區。海西地區屬夏熱冬暖地區的亞熱帶濕潤季風氣候，即濕熱型氣候。
　　該地區的氣候特征：長夏無冬，溫高濕重，年氣溫差和日較差均小；雨量豐沛，多熱帶風暴和臺風襲擊，易有大風暴雨天氣；太陽高度角大，日照較小，太陽輻射強烈。1月份平均氣溫在10℃左右，7月份平均氣溫為25~29℃，極端最高氣溫一般低于40℃，個別可達42.5℃；氣溫年較差為7~19℃，年平均氣溫日較差為5~12℃；年日平均氣溫高于或等于25℃的日數為100~200d。同時，夏熱冬暖地區受海洋影響，白天風大，從海洋吹向陸地；夜間風速略低，從陸地吹向海洋，臺風來襲時甚至可達12m/s[1]。
　　2 海西地區的能耗現狀
　　近年來，隨著此地區人民生活水平和生活質量要求的提高，空調迅速普及，空調用電比例增長很快，加之建筑圍護結構熱工性能普遍很差，空調設備的能效比很低，造成電能的極大浪費。甚至由于夏季空調的過度使用，引起電力供應嚴重不足而不得已拉閘限電，嚴重干擾人們正常的生活與生產。因此，該地區經過近幾年的大力推行，已將建筑節能設計提到一個十分重要的地位。例如，09.11.29廈門市節能暨循環經濟工作會議隆重召開，會上經發局局長陳津發布了我市“十一五”期間節能目標：到2010年全市萬元地區生產總值能耗在2005年基礎上下降12%，年均節能率為2.57%，按年均GDP增長率15%測算，總節能量為120萬噸標準煤。
　　3 可能采取的節能措施
　　根據《建筑節能技術措施》的要求，濕熱型氣候的海西地區建筑節能設計主要慮夏季空調，北區兼顧冬季采暖，南區可不考慮冬季采暖。其節能措施的要點是夏季通風隔熱問題。因此主要集中在建筑形體的自然通風利用，圍護外墻、門窗、遮陽和屋頂的隔熱，太陽能、風能、地熱的利用幾個方面。
　　3.1自然通風
　　相對于能耗大、范圍局限、又對環境有一定污染的機械通風而言，自然通風是一種廉價的生態節能技術。自然通風是指大自然中的空氣通過住宅組群和住宅內各個功能空間自由流動。自然通風除可以滿足房間一定的舒適度，保持室內空氣的清潔度，降低能耗外，更有利于人的生理健康和心理健康，尤其在炎熱的夏季，能夠改善局部氣候。因此從健康與節能的角度來講，自然通風具有更積極的意義[2]。盡管許多家庭配有完善的空調裝置，將近80%的人都喜歡打開窗戶，依靠自然通風來保持室內空氣環境，只有當自然通風無法滿足要求時，才會使用空調設備[3]。目前國外自然通風的研究應用主要集中在兩個相關點上：一是利用自然通風控制室內空氣品質；二是利用自然通風解決夏季或過渡季的熱舒適性問題，取代或部分取代空調[4]。
　　傳統的民居通風調節空氣溫度的措施、順應自然，廣泛采用開敞空間，充分利用自然通風，獲得良好的通風效果。福建廳井式民居通過天井的“拔氣”作用形成良好“穿堂風”，以達到夏季自然降溫的目的[5]。閩南泉州地區的傳統民居--手巾寮通過“敞”的理念不僅利于引風人室，也便于夜間向室外散發熱量[6]。以漳州市南靖縣書洋鄉田螺坑圓(方)土樓群為代表的福建土樓，所有房間主要靠土樓內部圍合的庭院大天井來解決日照、采光、通風問題，土樓具有采光、通風、抗震、節能等優點[7]。
　　胡達明、張慶余等人在08年提出，夏熱冬暖地區具備建筑自然通風的基本條件，在不增加住戶投資的情況下，就能營造一個健康、舒適的居室環境。首先建筑設計應該慮場地的方位、風速和風向等因素，利用外界氣流來組織自然通風，減少空調制冷系統的能源消耗。其次，在建筑外形結構上合理地設計一些兜風結構，可以使得有用風壓進行重新分布，從而避免某些部位風速過大，更重要的是有利于部分自然通風效果較差的區域得到改善；再次，良好的室內自然通風除了要建筑朝向、間距、平面布局等因素上進行合理設計，還要重點考慮房間門、窗的相對位置，盡量降低房間的空氣流通阻力，形成穿堂風，并使穿堂風通過室內使用活動部分的空間，見圖1、圖2[4][8]。
　　
　　《中國建筑節能年度發展研究報告2008》還提出了一種自然通風器和呼吸窗技術的概念，自然通風器就是根據自然環境造成的局部氣壓差和氣體的擴散原理而產生空氣交換的一種換氣方式，由于不需要機械動力驅動，可以實現能源的節省。呼吸窗的發展趨勢是，除了滿足室內通風換氣基本要求外，還能隔絕室外噪音，過濾室外空氣及實現排風熱回收[9]。
　　3.2 門窗、遮陽
　　門窗隔熱、遮陽是夏熱冬暖地區建筑節能的主要措施。陶有生等在09年指出各類圍護結構的傳熱量百分比中窗戶和空氣滲透合計占建筑使用能耗的50%，門窗的保溫、隔熱及密封性能對圍護結構的節能有極大的影響[10]。中國建筑節能年度發展研究報告2008指出在夏季空調階段，外遮陽是減少空調負荷的最主要措施。
　　（1）門窗
　　居住建筑的外窗面積不應過大，各朝向的窗墻比，北向≤0.45，東、西向≤0.30，南向≤0.50。張玲等在09年提出建筑外窗是住宅能耗散失的嚴重部位，在住宅總能耗中所占比例較大，是建筑節能設計的重要部位。其節能設計的途徑是：在保證日照、采光、通風、觀景要求的前提下，應盡量減小住宅外門窗洞口的面積，提高外門窗的氣密性和減少冷風滲透，提高外門窗本身的保溫性能和減少外門窗本身的傳熱量[11]。
　　目前國內應用比較多的是雙層中空玻璃，但是袁磊等人于08年通過理論計算和實例調研，提出在空調非連續運轉條件下，夏熱冬暖地區采用中空玻璃的綜合節能效率低于單層玻璃，同時造成材料的浪費。中空透明玻璃的節能特點不適應該夏熱冬暖地區的氣候特點和建筑運行模式不應作為節能玻璃使用。此外，中空玻璃與彩釉等遮陽方式的不合理組合將造成室內嚴重過熱問題。夏熱冬暖地區采用低遮陽系數的玻璃(如彩釉玻璃)的中空組合時，傳熱系數低的空氣間層會加劇玻璃內表面過熱帶來的二次熱發射效應，出現嚴重的近距離熱效應和室內過熱問題[12]。海西地區主要應用比較多的相對成熟的是Low-E玻璃。
　　雙層皮玻璃幕墻是較新的幕墻形式，在國外使用比較成熟，國內也相互效仿，但是目前還存在使用和設計上的一些誤區[13]。車用貼膜技術延伸到了建筑領域的“極景多層光學微附建筑隔熱玻璃膜”，具有強大的隔絕熱量與紫外線的能力。日照最厲害的正午時分，紫外線阻隔率則達99.9%。此外還有采用熱解法或磁控濺射技術可在玻璃上形成熱鏡膜玻璃，熱鏡膜是一種可以透過陽光，而對長波熱輻射則具有很高發射率的薄膜。
　　（2）遮陽
　　遮陽的主要目的是為了夏季減少太陽輻射直接或間接進入室內，降低空調能耗，改善室內的舒適環境，外窗、外墻和屋頂等部位均可設置遮陽，通常采用一個外窗的綜合遮陽系數（Sw）來衡量其遮陽的作用：考慮窗本身和窗口的建筑外遮陽裝置綜合遮陽效果的一個系數，其值為窗本身的遮陽系數（SC）與窗口的建筑外遮陽系數（SD）的乘積。
　　吳基等在09年通過研究某辦公樓的全年空調能耗和照明能耗進行了模擬，發現在夏熱冬暖地區，降低窗和玻璃幕墻的外遮陽系數是降低空調能耗的有效方法之一，然而降低窗的外遮陽系數的同時也減少了對自然光的利用，從而增加了照明能耗。增加百葉出挑長度或增加百葉數，空調耗電量降低，照明耗電量增大，總能耗降低。但是，改變百葉偏角，空調和照明的總耗電量先是增大，而后減少，當百葉偏角為-15°時，總耗電量出現最大值。此外辦公建筑的能耗主要包括空調耗電量、照明耗電量和設備耗電量，設備耗電量與建筑無關，而空調耗電量和照明耗電量依賴于建筑設計，且占絕大部分，其本身可以通過優化建筑設計，使用被動的方法取得良好的收益。從模擬的結果可以看出隨著百葉構造的變化，空調耗電量變化量約為2%~6%，照明耗電量變化量約為6%~11%[14]。
　　然而據調查實際使用外遮陽的用戶較少。住戶多用布窗簾遮陽，占73.7%，采用百葉窗簾遮陽的占10.9%，遮陽篷的占4.8%[15]。諸多居民都更傾向于大面積的門和大面積的落地窗，因此更多的保溫隔熱任務都轉嫁到了遮陽措施上，廈門地區從設計到正在使用的建筑都缺少這方面的設計和應用，因此遮陽一個成為未來設計和已有建筑改造的一個重點。
　　（3）、遮陽與外窗一體化
　　08年廈門地區出現的中空內置百葉窗，是將遮陽百葉與外窗結合在一起的一種新型遮陽方式，占用空間少、無需清洗、不易損壞、遮陽效果好，但是如何依靠通風降低夾層百葉溫度的問題尚未解決。
　　3.3圍護外墻
　　對于多高層建筑外墻是圍護結構中面積最大的部分，其保溫性能的好壞是降低采暖能耗的重要措施。不同研究者針對不同類型建筑物研究結果雖有略微不同，但都說明了一個事實：在建筑中，外圍護結構的熱損耗較大，墻體改革與節能技術的發展是建筑節能技術的一個重要環節，發展外墻保溫技術及節能材料是實現建筑節能的重要手段。
　　李志生等在06年指出辦公類建筑中的空調是最大的能耗終端，全年的能耗以辦公設備和照明的能耗最穩定。有外保溫措施和同時具有內、外保溫措施最大區別在于節省空調電力消耗31.3%和39.1%。說明建筑外墻保溫系統是建筑節能的重要手段[16]。郭卉等在08年選取夏熱冬暖地區典型建筑模型，采用DOE-2軟件對建筑在夏熱冬暖地區進行全年能耗模擬，比較分析得出了影響建筑能耗的主要因素，得出在節能50%的條件下，圍護結構對建筑節能率的影響分別為：屋面2.99%~4.59%，門窗11.48%~21.50%，外墻12.48%~21.32%。可以看出門窗和外墻為夏熱冬暖地區建筑節能的重中之重[17]。陶有生于09年指出各類圍護結構的傳熱量百分比中外墻占24%，是繼門窗和遮陽后夏熱冬暖地區建筑節能的第二影響因素[17]。
　　在夏季空調階段外墻大約決定20%~30%的負荷，室內外空氣溫差越大保溫要求越高。而在過渡季節，外墻的保溫起反面作用，通風越大保溫的影響越小。夏熱冬暖地區對于住宅冬季采暖、過渡季和夏季空調三者的權重分別是10%、40%、50%，對于大型公共建筑權重比例分別是0、50%、50%[19]。因此，對于海西地區，綜合考慮增加保溫不能減少空調能耗，在考慮到保溫材料在全生命周期內對資源、環境的不利影響，不建議采用過分的外墻保溫方式。
　　海西地區的墻體，高層建筑的墻體為填充墻，可以選擇傳熱系數較小的加氣混凝土砌塊；多層住宅由于部分墻要起承重作用，一般采用雙排孔混凝土砌塊，加聚苯板隔熱板外側用淺色裝飾的傳熱系數（K值）最小，節能效果最好[20]。
　　劉琪等在07年對夏熱冬暖地區外墻的研究建議為了更好地滿足節能設計目標及保護主體結構免受溫差等外界不良因素影響，建筑外墻宜設置隔熱層。外墻隔熱層的設置有兩種方式:一種為外墻外隔熱，另一種為外墻內隔熱。外隔熱做法相對于內隔熱構造優勢明顯。外墻宜增加保溫隔熱層構造做法以改善外墻的熱工性能[21]。
　　
　　3.4屋頂
　　因為屋頂吸熱是建筑物吸熱的主要來源，因此對于如何減少屋頂的吸熱成為減少建筑物能耗的關鍵。屋頂在圍護結構中占能耗的比例隨著建筑層數的增加而減少。對于一個單層建筑物，四面都暴露于太陽下，在夏季建筑物吸入的熱量有36.7％是由屋頂獲得。一般的，屋頂始終暴露于太陽之下，而四側墻體不受陽光照射，因此在那種情況下，建筑物獲得的熱量大概有50％或更多來自于屋頂[22]。在多層建筑圍護結構中，屋頂所占面積較小，能耗約占總能耗的8％~10％[23]。
　　屋頂的節能主要從兩個方面入手：屋面的結構層和屋面附屬層入手。
　　屋面結構層的研究主要集中在材料和坡度兩個方向。屋面結構層的材料已有了兩種輕質高強保溫隔音的專利材料：現澆輕骨料鋼筋混凝土復合樓板和現澆輕骨料鋼筋混凝土復合樓板（專利號ZL200720005386.0和ZL200720005387.5）[23]。屋面的能耗取決于保溫隔熱層厚度、屋頂坡度越陡能耗越大。據測算，每降低l℃，空調減少能耗10％，而人體的舒適性會大大提高[24]。
　　由于該區氣候的特點，適合的屋面附屬層主要有三種隔熱措施：被動蒸發隔熱屋面、種植屋面、反射陽光隔熱屋面。
　　（1）按照被動蒸發隔熱屋面的構造做法和材料的不同，可以分為自由水被動蒸發屋面多孔材料蓄水屋面以及吸濕屋面3種形式。通過對種被動蒸發隔熱屋面技術進行分析，多孔材料蓄水屋面比較適宜夏季雨水補給豐富的夏熱冬暖地區[25]。
　　（2）種植屋面是夏熱冬暖地區特別常見的一種隔熱形式。但是主要涉及的問題是屋面的防水和荷載增大的處理。
　　（3）屋頂反射陽光隔熱屋面有多種形式：倒置式、涂料式。同濟大學沈輝等人分析了太陽熱反射涂料在冬暖夏熱地區的適用性，并且基于廠房實測數據論證了太陽熱反射涂料對建筑屋頂表面溫度的降溫效果。從4月到8月的期間較為顯著。太陽熱反射率從44%提高到74%時，4~8月屋頂外表面溫度明顯降低，降低最大值分別為2.6℃、3.2℃、4.8℃、5.4℃、3.9℃。測算了在廣州地區施涂太陽熱反射涂料后的空調節能效果。屋頂反射率提高30%，在典型月七月份可以節約空調用電約3.45kWh/m2月[26]。
　　對廈門而言，宜在采用傳統架空隔熱層的基礎上，宜采用傳熱系數小，熱惰性大且質量輕的材料與主體結構層復合使用，這樣總體厚度只需增加少許即可達到節能目標[27]。
　　3.5太陽能
　　就目前來說，人類直接利用太陽能還處于初級階段，主要有太陽能集熱、太陽能熱水系統、太陽能暖房、太陽能發電等方式。太陽能在國外得到了極大的應用，但是中國的實際情況比較特殊，沒有辦法照搬國外經驗。
　　王順林在07年利用DeST軟件對太陽能溶液除濕空調全熱回收能耗逐時模擬計算。計算結果表明:在不考慮傳統空調的再熱量，忽略其他傳熱損失下，溶液除濕空調系統用電量僅為傳統空調系統的40%；由于通過溶液的蓄能來充分利用太陽能，使得燃氣加熱器的供熱量僅為再生熱負荷的13.4%；在廣州地區的電、燃氣價格下，太陽能溶液除濕空調系統的運行費用僅為傳統空調系統的49.03%[28]。
　　3.6風能
　　風力發電是新能源發電中技術最成熟、最具規模開發條件和商業化前景的發電方式。大力發展風電，保護中國能源安全和大氣環境成為時下人們最關注的熱點。以中國東南沿海來說，年均6m／s風速的時間就達4000h，風能可到300W／m2，具備可開發利用的價值。每1km的海岸線可開發能源達到1×104kW[29]。
　　3.7地熱
　　夏熱冬暖地區的地熱資源雖然豐富，但是在建筑節能上應用不多。
　　蔣小強等在09年為了降低建筑物熱水系統的能耗，以空氣源熱泵熱水機組和水源熱泵熱水機組為例，對這兩項技術在寒冷地區、夏熱冬冷地區和夏熱冬暖地區的全年使用主機能耗進行了計算和分析，認為空氣源熱泵比水源熱泵系統更適于夏熱冬暖地區，水源熱泵系統更適于寒冷地區[30]。
　　呂忠榮等在07年也對以冷負荷為主的夏熱冬暖地區建筑的地埋管地源熱泵系統分析得出：從經濟效益來講不如風冷熱泵機組系統，但是，從環境效益來看，每年可減少消耗火力發電所需的標準煤41噸[31]。
　　4 結語
　　通過對以上研究發現：
　　（1） 夏熱冬暖地區具備建筑自然通風的基本條件，可以通過場地的方位、風速和風向等因素、結合設計局部的兜風結構達到廉價的生態節能技術。
　　（2） 門窗隔熱、遮陽是夏熱冬暖地區建筑節能的主要措施，門窗中空玻璃的應用還需再次求證，Low-E玻璃主要應用比較廣泛。諸多居民都更傾向于大面積的門和大面積的落地窗，因此更多的保溫隔熱任務都轉嫁到了遮陽措施上，廈門地區從設計到目前正在使用的建筑采用外遮陽的用戶只占15%左右，因此遮陽一個成為未來設計和已有建筑改造的一個重點。
　　（3） 各類圍護結構是繼門窗和遮陽后夏熱冬暖地區建筑節能的第二影響因素。但是綜合考慮增加保溫不能減少空調能耗，在考慮到保溫材料在全生命周期內對資源、環境的不利影響，不建議采用過分的外墻保溫方式。
　　（4） 屋頂吸熱是建筑物吸熱的主要來源，但是，屋頂在圍護結構中占能耗的比例隨著建筑層數的增加而減少。廈門地區建議采用傳統架空隔熱層的基礎上，宜采用傳熱系數小，熱惰性大且質量輕的材料與主體結構層復合使用。
　　（5） 太陽能、風能、地熱等方面在夏熱冬暖地區的開發和應用尚處于初步階段，后續的技術支持能促進此類廉價資源的利用。
　　
　　
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