浅析夏热冬冷地区建筑节能设计方法及途径

浅析夏热冬冷地区建筑节能设计方法及途径

何志轩

中机国际工程设计研究院有限责任公司

摘要

虽然科技日新月异，新能源发展脚步不断加快，但传统化石能源依然是世界的主角。依据我国“十四五”建筑行业发展规划，为按期完成“碳达峰”、“碳中和”目标，在能源和环境危机不断困扰下，如何节能减排，推动绿色可持续发展已经成为我们的重大发展方向。在这一大趋势下，建筑节能成为减少能耗，节约资源的重要措施。

本文以华中夏热冬冷地区比较典型的湖南地区为例，结合当前地产建设中建筑节能设计及技术现状列举典型案例，利用BECS2018节能设计软件建立能耗模型，通过对案例的计算来探讨在湖南的气候条件下节能设计的方法和措施，得出一系列适合在夏热冬冷地区的建筑节能设计方法和途径。

关键词：夏热冬冷；湖南地区；建筑节能

第一章 绪论

1.1夏热冬冷地区的气候特点

按照国家标准《民用建筑热工设计规范》（GB 50176），我国气候区划分为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区及温和地区共五个。夏热冬冷地区主要指长江中下游及其周边地区，包括上海、江苏、浙江、湖北、湖南、安徽等14个省（直辖市）的部分地区。这些地区人口稠密，社会经济较为发达，普遍气候特点均为夏季酷热，冬季湿冷。以本文中为例的湖南省就是夏热冬冷地区中较为典型的代表。

湖南省位于我国华中地区，为大陆型亚热带季风气候。受东亚季风环流影响，湖南春季气温多变，夏季酷热，秋季短且降温剧烈，冬季寒冷，春夏多雨，秋冬干旱；地处北纬24^o-30^o之间，太阳入射角较大，辐射较强，气温较高，全省年平均气温在18^oC左右。冬季因受季风控制，气候寒冷，1月平均气温多在4-7^oC之间，极端最低温时可达到-9^oC；而夏季因受到副热带高压控制，7月平均气温可达到30^oC，甚至还出现过43^oC的极端高温天气。另，湖南省全年平均湿度可达到69.6%，湿度过高导致建筑室内外温差小，人体舒适度极差。因此，在空气湿度较大，加之夏热冬冷的气候条件下，如何利用建筑节能设计以改善建筑物理环境成为湖南地区一个十分重要的论题。

1.2能耗现状及研究目的和意义

随着人民生活水平快速提高，人们对建筑室内环境舒适度的要求也越来越高，以空调、地暖等为代表的高能耗建筑室内环境调节设备亦越来越普及。这些设备大量消耗电力、天然气等能源，但能源利用率低，效果差，还大大加重人们的经济负担。以加大消耗能源这种粗暴的方法来满足自身改善建筑热环境的需求不但造成资源巨大浪费，加剧破坏环境，更严重制约我国实现“绿色生态可持续”的发展目标。能源消费的持续上升，让节能减排工作迫在眉睫。

受气候、生活环境及建筑特征的影响，不同地区的建筑节能设计方法亦有差异。本文以比较有代表性的湖南地区为例，对夏热冬冷地区的建筑节能设计方法与途径进行较为深入的探讨，以寻求在这一特定气候条件下建筑节能设计的普遍方法，给予其他地区建筑节能设计有价值的参考，为推动国家建筑节能减排贡献微薄之力。

1.3研究方法

笔者采用归纳总结与模拟分析相结合的方法。首先，研读各类已有文献与理论，对市场上主流的建筑节能设计技术进行研究和对比分析，了解建筑节能的应用现状。第二、深入了解建筑节能技术的最新成果，广泛收集已有的应用案例和资料。第三、收集各类夏热冬冷地区的民用建筑案例，利用权威能耗模拟软件对建筑节能进行模拟计算，在不同建筑条件、技术条件下对建筑节能效率进行量化体现，并结合日常工作与学习经验总结出可行的设计方法和技术策略。第四，将理论与实践相结合，实地调研已有案例的节能施工现状与节能效果，并详细记录和分析，为建筑节能设计在实际应用上提出有力的观点和论证。

第二章 建筑节能设计的发展与现状

从广义角度来讲，建筑节能是指房屋建筑在使用过程中满足同等需求或达到相同目的的条件下，尽可能降低能耗，减少能源需求，提高建筑对能源的利用率。那对建筑节能的需求是怎么产生的呢？

2.1西方建筑节能的发展与现状

1973年第四次中东战争爆发和1978年伊朗国内政局动荡导致在短短的10年内国际原油价格两次飙升，引发了自二次世界大战以来最为严重的两次世界能源危机，为此西方发达国家遭受了极大的经济损失。加之，建筑能耗占社会总能耗比重大，所以西方国家率先提出了建筑节能的概念，对能源的消耗精打细算。1961年丹麦首次在建筑规范中提出了建筑能源利用效率的要求，成为世界上最早提出建筑节能概念的国家。在能源危机的影响下，丹麦更是大力宣传建筑节能并开始征收能源消耗税，也对建筑节能提出更严格的要求。建筑节能发展的序幕就此拉开。

起初，发达国家对于建筑节能的目的仅仅是为了减少建筑中能量的散失，在提高建筑环境舒适度的同时更加合理地使用能源。历经数十年，建筑节能已从单一地减少能源消耗发展成为以绿色建筑为目的，多种学科技术为支撑，打造可持续高质量的建筑。例如，加拿大的CANMETC-2000计划、美国的LEET计划、日本的绿色政府建筑计划指针及解说和中国香港大学提出的可持续建筑概念等均对绿色建筑提出了具体要求。

在绿色建筑方面，西方国家已拥有许多成功案例非常值得我们学习，英国伦敦西门子水晶大厦就是其中的典型代表。西门子水晶大厦是一座会展中心，被誉为全世界最为环保节能的建筑之一。与其他同类建筑相比，它可以节省50%的电力消耗，减少65%的二氧化碳排放，建筑的供暖与制冷需求均来自可再生能源。该建筑在日间充分利用自然光线照明，夜间则利用太阳能光伏电池组为集成了LED和荧光灯的智能照明系统提供建筑照明。建筑还设有雨水收集和废水处理系统，将收集的雨水及建筑废水进行处理回收转化为建筑用水及饮用水。

2.2国内建筑节能的发展与现状

20世纪70年代，能源危机让西方发达国家开始发展建筑节能技术，而我国因历史原因未能跟上世界的脚步。80年代，我国步入改革开放时期，当时能源供应严重紧缺，如何在发展中降低建筑能耗成为重点目标。到了90年代，建设部提出“节能、节水、节财、节地”的战略目标使建筑节能的地位进一步提高。步入21世纪，在科学发展观的指导下，建设领域开始明确了必须向资源节约型、环境友好型的新型工业化道路发展，“四节一环保”开始作为科技攻关的主要方向。

国家的大力扶持加上各级地方政府和相关部门相继出台的各种政策法规，极大地支持了建筑节能和绿色建筑的发展。除大力的宣传推广，系统的绿色建筑评星标准也对绿色建筑的各个属性进行了强制性规定。节能建筑、绿色建筑如雨后春笋般在祖国大地上四处生根发芽，滨海图书馆就是其中的典型。

滨海图书馆采用与主体结构脱离的双层球形网壳结构，为下部创造了连续无柱的大跨度空间；并在大厅顶部设置了直径18米的采光天井，结合通过智能照明系统控制的连续照明灯带，在为人们阅读提供良好均匀照明的同时营造出丰富的阅读感受和空间体验。建筑立面的金属格栅采用480mm模数布置，尽可能地利用自然采光，避免了阳光直射。在空调系统方面，图书馆采用地板送风、侧下送风和中央回风的空调形式，利用计算机模拟空调区域的温度分布，为室内提供了均匀、舒适的温度环境。

2.3湖南地区建筑节能的发展与现状

在2010年之前，湖南地区的建筑节能还处于一个比较混乱的阶段，存在建筑节能标准较低，执行力度不足，施工不规范等问题，导致建筑节能效果不理想。2013年，在湖南省建筑节能与科技工作会议上，湖南省政府提出开展绿色建筑行动，推动绿色建筑的区域化、规模化发展；并要求自2014年起，各级政府投资新建的公益性公共建筑和长沙市保障性住房均须执行绿色建筑标准；到2015年，长株潭3市和有条件地区的非政府投资类居住和公共建筑执行绿色建筑标准比例要超过20%。从此湖南地区的建筑节能发展进入了快车道，各种新型的节能材料大量应用到新建项目中，更为严格的节能标准也成为建筑设计施工中必须执行的内容。

其中，梅溪湖国际新城研发中心二期项目利用自然通风系统调节室内温度，降低建筑空调能耗；采用低能耗围护结构和屋顶绿化系统，降低湖南地区夏天强烈日照对建筑物的影响；充分利用自然采光对建筑室内照明进行补充，降低建筑用电量。建筑还设置了中水处理利用系统对建筑污水进行处理，再利用处理后的中水作为建筑物的清洁用水或排放，提高建筑物对水资源的利用率并降低了对自然水体的污染。

第三章 建筑节能的措施及设计手段

要达到降低建筑能耗的目的，必须从多个方面入手，综合权衡各方面条件，合理运用各种技术手段，方能减少对能源的依赖，提高能源利用率。在通常设计中，以下几种技术手段可用来提高建筑节能效果：

3.1平面设计

由于特殊的地理位置，湖南地区夏季炎热，日照强烈，建筑西晒严重；另因受副热带高压控制，夏季通常无风，空气流速慢，加之空气湿度大，蒸发速度慢，更加剧了人体不适感。进入冬季，因受季风影响，天气阴冷潮湿，且湖南冬季多阴雨，日照时间短，室内舒适感极差。因此在建筑规划设计中，尽量保证建筑为南北朝向，既减少西晒对建筑的影响，还能在冬季尽量保证有足够的日照和采光，增加居住舒适度。在建筑平面布局上，综合考虑湖南地区常年风向，尽量做到房屋南北通透，从而增加夏天房屋通风效果且尽量避免冬季西北风的影响。

3.2建筑体量设计

建筑体量也是我们在进行建筑节能设计时需重视的决定建筑节能效率的重要指标。在节能设计中，建筑体量需做到尽量规整，避免过于复杂的形体，有效减小建筑的外表面面积，从而减少建筑的能量散发和室外环境对建筑的影响。另外，建筑的形体还决定了建筑物的空气流体形体，在设计上应尽量减少建筑体量上出现凹槽，因为凹槽会形成涡风区，当气流穿过建筑物时会在凹槽处形成涡流，涡流不但会让空气中的污染物回流形成高浓度区，还会影响建筑通风换气效率，造成能源浪费。

在一些大体量建筑中，由于房间进深较大且建筑中心往往是核心筒或公共走道等封闭空间，建筑的通风采光非常差，建筑能耗也是居高不下。因此，在大体量建筑中，我们可以利用中庭、天井等形式改善建筑的通风采光效果；尤其在高层建筑中，高空的快速气流可以让天井产生强烈的烟囱效应，加速室内外空气的流动，保证房间的通风效果并补充建筑物室内采光。所以合理利用建筑形体可以对建筑节能设计产生积极的影响。

3.3建筑围护结构设计

建筑围护结构的设计是建筑节能设计中最主要的工作之一，建筑节能的许多重要手段都是通过对建筑围护结构设置保温节能措施来达到的。下面笔者通过具体的几个方面来阐述建筑围护结构的设计方法和要点。

3.3.1围护结构的材料对节能的影响

建筑围护结构，顾名思义，即是建筑的表皮和外衣。人的外衣决定了人对外部环境的感受，建筑的外衣也是一样。不同的建筑外围护结构材料就像一件件不同的外衣，直接决定了外部环境对建筑的影响。

建筑的外围护结构大体分为屋面、外墙、门窗、楼地面四大部分，建筑节能设计就是围绕这四个部分展开的。

3.3.1.1屋面

屋面作为建筑物的顶盖，上部一般没有遮挡物。夏季时，屋面会长时间受到阳光直射导致表面温度极高，从而对建筑物内部产生大量的热辐射；冬季时，冷风从屋面带走大量的热，加大了建筑的热损失，因此屋面需要保温节能设计。

屋面保温节能材料包括泡沫混凝土、无机轻集料保温板、发泡水泥保温板、聚苯颗粒保温板等。无机保温板等以水泥基为主的保温材料防水性良好，但热工性能差，且由于混凝土容重较大，虽经过发泡工艺处理让其容重降低，但还是远大于挤塑板等有机保温材料的密度，因此想要达到相同的热工性能，水泥基类保温材料的厚度远远大于有机保温材料，不但效果较差，还增加了结构荷载；以岩棉、玻璃棉等为基材的保温材料，虽热工性能优于水泥基材料，但是其吸水率太大，在多水环境中，保温效果严重降低，无法起到保温节能的作用。在常年处于强烈的冷热交换和雨雪天气造成的多水环境的湖南地区，屋面保温材料需保证良好的热工性和防潮防水性，聚苯颗粒板就拥有极佳的优势。所以，在湖南地区最常用聚苯颗粒保温板。

3.3.1.2外墙

外墙是建筑与外部环境接触面积最大的部分，是整个建筑几乎所有房间直接分隔室内外空间的屏障。通过建筑节能设计软件计算分析可以发现，在一般情况下建筑外墙占建筑能耗的60%左右。这就意味着建筑外墙的保温设计可以决定一个建筑节能保温性能的优劣。

常见的外墙保温材料可分为保温板材、保温砂浆和保温棉三大类。保温棉常用于幕墙和工业建筑；保温板材和保温砂浆多用于民用建筑。保温板材主要分为以水泥基为材料的无机保温板材、聚苯颗粒板为代表的有机保温板材和以岩棉板为代表的松散材料保温板；另一大类是以加气混凝土砌体做墙体材料的墙体自保温体系。这些材料由于其不同的材料特性，应用的环境、部位及方法均有不同。

水泥基板材为代表的无机材料保温板材因其价格便宜，防火性能优异（均为不可燃材料制造），大量应用于公共建筑和有防火要求的建筑中；但其材料容重高且材质较脆，用于建筑外墙外保温有脱落风险，尤其是在高层建筑中风险更大，所以多用于建筑外墙内保温系统中。另因其热工性能较差，在建筑节能要求较高的建筑中，如需达标，保温材料的厚度便难以控制，严重占用室内空间，所以多用于对保温要求较低的建筑中。

有机材料保温板主要以有机聚合物为材料，常见的保温材料以挤塑聚苯板、模塑聚苯板和聚氨酯复合保温板为主。这类合成材料具有非常良好的热工性能，防水防潮，是非常优秀的建筑节能材料；但因其是由可燃性化合物材料制成，所以具有一定消防隐患。虽市场上采用的有机合成板材均在有机保温材料上覆盖一层无机材料板材作为阻燃保护层，例如采用石膏板制成的复合型保温板材，但其阻燃性能仍无法保证。因此，有机材料保温板不可应用于公共建筑和外墙外保温系统，而多用于居住建筑外墙内保温和没有消防需求的房间保温系统。另，由于其材料优异的保温性能，这类保温板材只需较薄的厚度就能达到较好的节能保温效果，对室内空间的影响是最小的。

以岩棉、玻璃棉等为代表的松散材料板材也有其独特的性能。首先，不可燃的无机材料具有良好的消防性能；其次，热工性能均优于水泥基材料；再次，便于加工切割，施工便宜。但这类材料也有其局限性。因为这类材料均由细密的纤维制成，很容易产生对人体有毒害的微小纤维漂浮在空气中，对室内空气造成污染，所以不能用于外墙内保温系统；另，这类材料吸水性强，在用于外墙外保温时雨水会严重影响材料的节能保温性能，矛盾的性能特征大大限制了这类材料的应用，导致仅限于幕墙系统的外墙保温用。随着技术的进步，在此类材料的基础上开发出装饰一体化复合岩棉保温板和泡沫玻璃保温板两种新型材料。装饰一体化复合岩棉保温板将岩棉板与基层板材和装饰面层结合，不但解决了岩棉板吸水率高、不防水的劣势，还保留了岩棉板的热工性能，简化了施工程序，是一种新兴的节能保温材料。泡沫玻璃板则提高了板材的强度，玻璃的特殊性能让它具有无毒无害、防水防潮且无法燃烧的特点，从而成为节能设计中常用的节能材料。

保温砂浆作为保温材料很早就应用于建筑保温中。常用的保温砂浆通常是用水泥砂浆加玻化微珠或者聚苯颗粒制成。早期的保温砂浆通常为施工现场配置，因此无法保证砂浆配置质量，从而退出了建筑节能市场。不过在近几年，由于预拌砂浆的强制应用，改性玻化微珠保温砂浆重新回到市场，通常用作卫生间、厨房等用水房间的保温材料。

3.3.1.3外窗

建筑外窗也是建筑节能设计中极为重要的组成部分，外窗的性能直接决定了建筑的节能、采光、隔声、气密性等重要指标。外窗由窗框和玻璃组成，所以窗框型材性能和玻璃性能就直接决定外窗的整体性能。

目前湖南地区常用的窗框型材可分为塑料型材、金属型材及复合型材三大类。塑料型材主要以PVC为原料，在生产过程中可按需添加不同的添加剂以提高其相应的性能。塑料型材虽隔热保温性优异但外观质感较差，长时间在日光照射下易老化，表面发黄、开裂影响美观，因此多用于品质较低的建筑。

金属型材目前应用最为广泛，其中以铝合金和不锈钢两种型材居多。不锈钢型材质感好，框材强度高，多用于高档公共建筑中的大型幕墙系统中；但其价格高昂，加工较困难，应用并不普及。铝合金型材以其强度高、质量轻、耐腐蚀、易加工等特点成为主流，广泛应用于众多领域，而且铝合金型材质感好，美观大方，价格相对较低。但金属型材也具有天生的劣势，例如金属具有良好的导热性，导热系数高易对建筑的节能保温造成不良影响，所以需要对框材进行断热桥设计，采用橡胶等导热性差的材料与型材弯折共同形成多个密闭空腔，降低窗框导热性，提高金属型材的节能性。

塑钢型材，20世纪50年代末在德国出现，80年代引入我国，是塑料和金属结合的一种新型复合材料。由于PVC塑料型材的强度较差，人们便在其中加入钢材以增加门窗强度，从而发明了塑钢型材。塑钢型材解决了塑料强度低的问题，保留了塑料良好的热工性能，价格较金属型材大大降低，抗老化、耐腐蚀、色彩丰富，具有较好装饰性。从1990年到2000年，十年间，塑钢型材得以大面积推广和应用，并逐步取代了木质和老式金属门窗，成为那个年代建筑外门窗的主角，但其还是存在框体厚重，质感较差，美观度不足等缺点。

框体虽然是门窗的骨架，但对外窗热工性能影响最大的还是玻璃。玻璃热工性能的好坏是决定外窗节能效果的关键因素。玻璃的透光系数、隔热系数、自遮阳系数、传热系数等指标，对建筑的热环境和能耗影响巨大。合理地选用玻璃类型并结合一些节能构造做法，能大幅提高建筑外窗、玻璃幕墙的保温隔热性能。建筑中一般采用平板玻璃，它具有表面平整光洁、透光隔声、化学性质稳定、耐气候变化等特点，但易破碎、传热系数大。通过特殊的加工工艺，采用节能构造做法，可以让玻璃具有特殊的光学和热工性能，更加合理地利用太阳光创造出舒适的室内环境。

按照玻璃的光学和热工性能不同，可大致分为透明玻璃、吸热玻璃、热反射玻璃、光谱选择型玻璃、Low-E玻璃、Solar-E玻璃几种。另，按照玻璃节能构造又可分为单层玻璃、中空玻璃、真空玻璃、夹层玻璃等。在实际应用中，按照需求把不同热工性能的玻璃通过不同的节能构造做法有机地组合，可以让玻璃达到所需热工性能并兼顾经济性。

其中，Low-E玻璃又称为低辐射镀膜玻璃，是在玻璃表面镀上低辐射材料或金属氧化物膜。Low-E玻璃具有辐射率低，远红外吸收率低，太阳热辐射反射率高等特点。但其镀膜易受潮氧化、寿命短、K值高，玻璃保温性能差，因此往往是和普通玻璃结合制成中空玻璃或真空玻璃。目前Low-E中空玻璃的热工性能有了巨大的提高，保温、隔热、遮阳性能优良，适用于各种环境，因此成为市场上应用最为广泛的保温节能玻璃，尤其在湖南市场上已成为建筑节能设计时的首选。

3.3.1.4楼地面

建筑楼地面是建筑的重要组成部分，是形成建筑功能空间的基础要素。除挑空楼板和建筑地面属于建筑外围护结构外，楼板均为室内空间分隔构件。由于挑空楼板直接和室外空气接触，且钢筋混凝土的传热系数较高，热交换频繁，对建筑能耗会产生较大影响，所以在其表面覆盖保温材料以加强其节能保温性能。但室内楼板往往易被忽视。随着湖南地区社会经济的发展，冬季供暖设备开始进入普通家庭，但普及率较低，大量的热从楼板散失，加大了冬季供暖能耗。在新建的精装修住宅小区中通常配备地暖设备后，楼板保温才在湖南地区的保温设计中受到重视，但在公共建筑中仍很少被采用。

3.3.2建筑遮阳

湖南地区夏季太阳入射角大、辐射量高，在太阳照射下建筑物吸收大量的热辐射对建筑环境造成十分不利的影响，尤其是通过玻璃进入室内的热量加大了空调制冷负荷。如果给建筑设置一定的遮阳设施，通过外窗进入室内的热辐射可降低至未设置遮阳设施的1/3左右。由此可见，建筑遮阳设施是十分必要和有效的节能措施，且建筑遮阳在提高建筑节能性能的同时还能有效地调节室内采光环境，避免炫光，让室内照度更加柔和均匀。但遮阳措施也有挡光作用，会降低室内照度，因此遮阳的设置需充分考虑降低热辐射和保证室内自然采光的双需求。

另外，设计建筑遮阳应尽量结合建筑造型、立面形式以及建筑装饰构件等，做到灵活美观，让遮阳构件不仅是一种节能措施，也能美化建筑立面，体现出建筑的韵律美；当然，也可同建筑功能构件相结合，如阳台、空调机位、设备平台等，不但保证其原始的功能性，更是让遮阳构件与建筑有机的结合成一个整体。

3.3.3建筑通风

湖南地区的夏季闷热少风，良好的建筑通风能有效地提高建筑室内环境品质，降低空调制冷能耗。

建筑通风设计通常采用以下三种技术手段：

一、风压通风

风压通风的原理是利用水平方向的风压差引导通风。当风吹向建筑时会在建筑的迎风面产生正压，在其背面产生负压，这样空气就能利用建筑两面的压差在建筑中流动。但这种通风手段对建筑的形式、朝向、与常年风向的夹角及周边环境都提出了较高的要求。在实际设计中，利用风压通风最常见的手段就是人们常说的南北通透的 “穿堂风”。

二、热压通风

热压通风的原理是利用室内垂直方向的温度压差，让空气在垂直方向上利用温度压力差引导空气流动，即形成“烟囱效应”。热压通风往往用于大型公共建筑中，例如中庭或天井等高大空间的设计，结合建筑顶部设置自然排气设备或直接开敞。当空气被加热，快速上升从而形成温度差，将室外新风从底部吸入中庭或天井内部，加速空气流通。热压通风受建筑周边环境影响小，不局限于自然风的条件，尤其适用于湖南地区的气候环境，因此在湖南地区的公共建筑中被广泛采用。

三、机械通风

机械通风是利用机械设备对封闭空间进行空气交换。湖南地区夏季高温高湿，通常利用热压通风辅助机械通风就能很好地实现舒适的室内环境。

3.4本章小结

本章对建筑常用的节能技术手段进行了细致的阐述。从建筑平面形式出发，结合建筑体量、建筑朝向、周边环境等建筑基本要素，研究其对建筑节能的影响。随后从建筑各个围护构件的角度，分别说明了不同的建筑节能材料对建筑围护构件热工性能的影响。接着通过对建筑遮阳技术和通风技术的研究，讨论其对建筑节能设计的助益。在整体论述中，按照从简单到复杂、从宏观策略到具体技术手段的顺序，力求简单明了地对建筑节能技术进行探讨。

第四章 利用BECS2018节能设计软件建立能耗模型

上一章笔者对建筑节能的各种技术措施进行了分析，本章就湖南地区特有的气候条件，进一步阐述夏热冬冷地区的具体节能设置和技术手段。笔者利用节能设计软件对真实案例建立数学模型，模拟其在不同的节能措施下建筑能耗的变化。通过管中窥豹的方式，对湖南以及整个夏热冬冷地区建筑节能设计方法进行深入研究。

4.1节能设计软件的选择

节能设计BECS2018是由深圳斯维尔科技股份有限公司推出，北京绿建软件有限公司研发的一款专为建筑节能提供计算分析的软件。软件基于AutoCAD平台，采用三维建模，可直接利用建筑设计软件Arch或TArch的工程文件建立热工模型。软件使用便捷、建模准确、功能强大，支持各类复杂建筑形态。

4.2模型的建立

笔者选取湖南省长沙市的真实建设项目作为案例。为对比不同节能形式对建筑节能效果的影响，分别采用外墙外保温与外墙内保温两种主流节能形式对同一建筑案例进行建模计算，并对比分析其建筑能耗指标，以期触类旁通，给予其他建筑在节能设计时参考。

4.2.1案例建筑概况

案例建筑为一栋东西朝向的高层公共建筑，建筑分裙房及塔楼两个部分。塔楼主要功能为公寓式办公；裙房则为商业及物管用房。建筑概况详下表。

表4.1 案例建筑概况表

图表来源：作者自绘

4.2.2建筑围护结构的热工性能参数

表4.2 案例建筑围护结构热工性能参数表一（外墙外保温）

图表来源：作者自绘

表4.3 案例建筑围护结构热工性能参数表二（外墙内保温）

图表来源：作者自绘

依照《湖南省公共建筑节能设计标准》（DBJ 43/003）的相关规定和参数，方案一采用装饰岩棉复合一体板外墙外保温系统，方案二采用改性玻化微珠复合板外墙内保温系统。表4.2与表4.3分别对案例建筑在不同的保温体系下，各个围护结构的构造做法和热工性能进行列举。对比发现，外墙外保温相较于外墙内保温系统在各个构件的热工性能上更胜一筹，尤其是热桥楼板的热工性能。这正是因为建筑构造的限制，内保温情况下无法对热桥楼板进行有效的保温措施，从而无法提高热桥楼板的热工性能。而外保温系统对建筑外表面的封闭更全面，有效阻隔建筑构件与室外环境的直接接触，从而保温节能性更好。

4.2.3建筑玻璃门窗热工性能参数

本案例建筑为东西朝向。湖南位于夏热冬冷地区，太阳辐射强烈，西晒问题严重，所以建筑外窗的热工性能非常重要。本案例选用Low-E中空玻璃，按照计算结果配以不同的窗框型材，以对比不同外窗的节能效果。

表4.4 案例建筑窗墙比

朝向	窗面积(㎡)	墙面积(㎡)	窗墙比
南向	2208.30	4860.33	0.45
北向	2360.22	5182.98	0.46
东向	307.37	2542.88	0.12
西向	312.21	2540.63	0.12

图表来源：作者自绘

表4.5 案例建筑外窗构造对比表

图表来源：作者自绘

4.3模拟计算

通过对建筑模型的计算，得到案例在不同的节能形式下的能耗指标，具体详见表4.6。

表4.6 全年空调和采暖耗电量指标对比表

图表来源：作者自绘

4.4不同节能形式的能耗对比分析

通过模拟计算发现，在相同的外部环境条件下，同一建筑在采用不同的节能技术时得到的效果相差甚远。通过表格数据分析，建筑外保温系统的节能效果优于建筑内保温系统，这主要是因为建筑外保温对建筑外表面的围合效果更好，有效地阻断了建筑热桥的热交换效应，从而提高了建筑的节能效果。当然，建筑内保温系统也有其优势，例如，建筑内保温设置在建筑内部，施工难度低，完工后安全隐患远低于建筑外保温系统，不会产生保温层剥离坠落导致砸伤路人的情况；另，内保温处于室内，保温材料的使用寿命远高于外保温系统，从经济性上建筑内保温优于建筑外保温。

结论

笔者对建筑节能技术进行了回顾与研究，并通过对案例建筑的模拟、计算和分析，选用位于夏热冬冷地区的湖南在建筑节能设计中的两种常用构造做法，得出如下成果：

一、对建筑节能技术发展的回顾和研究，让设计师对建筑节能技术形成初步概念，了解建筑节能的意义和功效；对影响建筑节能的环境因素有所认识，可以在方案初期就对后期建筑节能设计进行初步构想，以创造更好的节能设计条件。

二、对建筑节能技术进行分类并阐述各自的特点，让设计师对各种节能技术先有了一个感官上的认识，能在设计初期结合项目各项因素，对节能设计有一个大方向上的把握，从而把控各种节能技术的选用。

三、通过对湖南地区具体案例的模拟计算，使在夏热冬冷地区气候条件下不同节能技术对建筑能耗的影响数据化，让设计师具体了解各种节能材料的功能参数和不同节能体系的优缺点，以指导节能设计工作。

建筑节能设计是一个复杂的系统工程，需要各个专业的设计人员共同合作才能有效地对建筑节能进行最优化的设计。笔者仅从建筑专业角度对建筑节能进行剖析，以期起到抛砖引玉的作用，引起从业者对建筑节能进行更广泛、更深刻的研究和讨论，推动建筑节能技术更快速的发展。

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