引言国内经济发展的速度持续加快，城镇化进程越来越完善，建筑能耗持续提高。早期创建的独栋别墅并未针对建筑热工及节能问题制定相关要求。部分建筑的围护结构较简单，门窗存在缝隙，屋顶及墙体的隔热保温效果、窗户气密性未达到相关标准；存在未合理调整并设计空调系统的问题，导致空调系统的调节温度功能难以发挥作用，不能够灵活、随意地调控室内的温度和湿度，部分公共建筑单位面积的耗能量高于该地区的独栋别墅，需要运用科学的手段调整独栋别墅的耗能量，避免因为不合理建设造成资源浪费[1-2]。目前，华南地区有许多20世纪90年代后修建的独栋别墅，总体能耗较高，难以保证室内具有良好的热湿环境[3]。通过小组实地调研、走访实测和查阅广东统计年鉴（2000~2020年）等方式，获得独栋别墅的基本信息、围护结构的构造、外窗遮阳及设备的性能参数等数据，进行相关节能诊断，并提出节能改造技术方案。1研究背景1.1研究目标华南地区地处亚热带区域，民用独栋别墅的数量较多。相关部门为了响应国家号召，截至2024年末要求当地的单位建筑面积能耗比2016年降低16%。以相关要求为背景，围绕广州当地的独栋别墅展开分析，通过收集相关材料、现场走访、调研等方式，分析近几年的能耗统计报告，针对比较典型的独栋别墅展开节能诊断，了解该地区独栋别墅的数据信息；通过分析夏热冬暖地带独栋别墅的实际能耗情况，结合广州地区独特的气候特征，提出针对性的技术改造方案。1.2研究内容通过查阅《广东统计年鉴》（2012年）了解2000年至2012年修建的独栋别墅群落情况[4]，提取独栋别墅在当地的分布状况及大致的围护结构、各个朝向的建筑的窗墙比和外窗的遮阳效果、空调设施的使用状况及能效系数等信息。参考研究地区近几年的能耗统计报告，计算各类建筑的能耗程度。当地修建了许多大面积的潜能较好的独栋别墅，重点围绕此类建筑展开分析。根据调研统计数据，对当地的独栋别墅展开分析，借助计算机软件构建独栋别墅模型，通过对比评定法判断独栋别墅的节能性能，依据判断结果总结当地独栋别墅的节能状况。选定具有代表性的建筑，检测其屋顶外窗和外墙等结构的节能性能，了解该地区改造典型建筑时使用的技术。参考当地的气候特征、资源、流量和经济发展状况等，提出能够提高典型独栋别墅节能性能的技术方案，通过计算机模拟检测计划方案的可行性，寻找能够帮助当地部分独栋别墅减少约50%能量损耗的途径方法。2华南地区独栋别墅群能耗现状分析2.1地理环境及气候因素华南某地区位于广东省中南部，东边连接惠州博罗县，西边邻靠顺德，北边为清远市区，南边是东莞市和中山市，将其作为研究区域。研究区地理位置如图1所示。按照建筑热工划分规划，研究区地处夏热冬暖地区中部，全年风向无明显变动，夏季多为西南或偏南风，冬季以东北风为主，季风指数偏高。研究区处于亚热带地区，气候为典型的热带湿润季风气候，终年气温偏高、极少出现极寒天气、春秋两季较短。研究区年平均气温为22~26 ℃，年降雨量为1 500~2 300 mm，空气湿度较高，台风发生频率较高。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.001.F001图1研究区地理位置2.2能耗现状调研及分析2005年起，广东省开始重视建筑节能，并出台了相关设计标准，本次调研围绕2006年前后修建的独栋别墅展开，对不同年代的各项目展开分析。2012年起，当地的建筑项目数量持续上涨，占比不断提高。本次调研通过走访、查看图纸等方式，针对华南地区番禺、越秀、海珠等老街区的共15个独栋别墅开展调研，了解此类建筑物的围护结构构成，掌握相关设备的参数和基础信息，采取统计手段分析已经收集的信息，根据分析结果了解当地公共建筑和独栋别墅在围护结构方面的主要构造形式及各种设备的使用情况。数据由北京理工大学珠海学院能动专业师生科研小组经实地调研走访及实测整理获得，仅供科学研究使用。2.2.1窗墙比将窗墙面积比作为划分依据，将建筑物分为独栋别墅和公共建筑两大类，展开分段统计。公共建筑和独栋别墅的窗墙比如图2、图3所示。公共建筑的东向及西向的窗墙比普遍低于0.2。其中，70%的公共建筑在东向的窗墙比低于0.2，73%的公共建筑在西向的窗墙比低于0.2。调研发现部分建筑物的东西朝向未设立窗户。公共建筑南、北朝向的窗墙比值分布较均匀，普遍为0.2~0.4。独栋别墅在东、西朝向的开窗面积偏小，甚至有部分独栋别墅的窗墙比低于0.01。建筑东朝向窗墙比低于0.1的建筑数量占比为66%；西朝向窗墙比低于0.1的建筑数量占比为63%。南北朝向的窗墙比数据具有明显特征，普遍为0.1~0.4。南朝向窗墙比为0.1~0.4的建筑占比为67%；北朝向为81%。研究区独栋别墅窗墙比的主要特点为东、西朝向的窗面积比较小，甚至部分建筑未设计东西朝向的窗户，南北朝向的窗墙比普遍为0.3~0.5。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.001.F002图2公共建筑的窗墙比10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.001.F003图3独栋别墅的窗墙比2.2.2外墙根据相关建筑的设计图纸展开分析，统计建造外墙主体使用的材料。公共建筑和独栋别墅的外墙主体材料如图4、图5所示。两类建筑砌墙体时普遍选择具有保温功能的混凝土砌块（加气），该材料在公共建筑外墙中的使用率为60%，在独栋别墅外墙主体材料中的占比为66%。黏土实心砖在公共建筑外墙中的使用率为22%，在独栋别墅建筑外墙中的使用率仅占14%；保温材料+钢筋混凝土和陶粒混凝土分别在公共建筑与独栋别墅中的占比为8%。当地最常用的自保温墙体建材为加气混凝土砌块，在2003年后开始应用。主要围绕2010年后建成的独栋别墅展开数据收集，此类建筑修建墙体时，普遍选择180 mm、200 mm的加气混凝土砌块，符合国内节能建筑的建造要求。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.001.F004图4公共建筑的外墙主体材料10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.001.F005图5独栋别墅的外墙主体材料公共建筑与独栋别墅的外墙保温材料如图6、图7所示。独栋别墅和公共建筑建造过程中，主要以一定厚度的挤塑聚苯板和膨胀聚苯板制成外墙保温层，2种材料在公共建筑和独栋别墅中的使用占比均超过80%。建筑通常使用挤塑聚苯板、聚氨酯泡沫喷涂等质量较轻且具有憎水特性的保温材料，普遍采取倒置式施工法，材料具有隔热效果和较好的防水功能[5]，与研究区的气候特征比较贴合。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.001.F006图6公共建筑的外墙保温材料10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.001.F007图7独栋别墅的外墙保温材料2.2.3屋顶研究区公共建筑屋顶形式中，平屋面形式的占比为91%，坡屋面形式的占比为9%；公共建筑的非种植屋面占比为95%，种植屋面仅占5%；公共建筑的保温屋面占比71%，非保温屋面占比29%。独栋别墅屋顶平屋面形式的占比为86%，坡屋面形式的占比为14%；非种植屋面占比为91，种植屋面的使用率较低，约6%；约28%的房屋屋顶未进行隔热处理。公共建筑和独栋别墅的屋顶保温材料如图8、图9所示。研究区建筑屋顶设置保温材料时，使用频率较高的材料为挤塑聚苯板和水泥膨胀珍珠岩板，前者在公共建筑中的占比为35%，后者仅占24%；挤塑聚苯板和水泥膨胀珍珠岩板在独栋别墅中的使用比例分别为38%、20%。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.001.F008图8公共建筑的屋顶保温材料10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.001.F009图9独栋别墅的屋顶保温材料2.2.4外窗调研期间发现，广州的部分公共建筑未与外墙进行搭建，很多建筑的玻璃幕墙外形极其相似，包括最经典的立面形式。窗户类型主要为平开窗和推拉窗。公共建筑和独栋别墅的外窗类型如图10、图11所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.001.F010图10公共建筑的外窗类型10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.001.F011图11独栋别墅的外窗类型研究区的2种建筑的外窗主要搭载常见的铝合金框，颜色主要为白色，少量为茶色及古铜色等。其中，普通铝合金窗在公共建筑中的占比为83%，在独栋别墅中的占比为80%。公共建筑的节能窗框（断热铝合金及PVC窗）的使用比例高于独栋别墅，15%的独栋别墅使用塑钢窗，一般为建造年代较早的独栋别墅。15栋别墅中，12栋别墅以白色的外框搭配常见的铝合金窗框，匹配单纯的普通玻璃。公共建筑和独栋别墅的外窗玻璃类型如图12、图13所示。2004年之前，设计窗户时使用普通玻璃，且普遍为白色玻璃或茶色玻璃，78%的独栋别墅使用普通玻璃，而61%的公共建筑使用普通玻璃。与公共建筑相比，独栋别墅使用各种节能外窗玻璃的比例相较均衡。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.001.F012图12公共建筑的外窗玻璃类型10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.001.F013图13独栋别墅的外窗玻璃类型许多玻璃的图纸未记录外窗是否具备遮阳性能，调研期间通过现场采样法收集数据，共收集60个建筑物的数据，包括40个公共建筑，20个独栋别墅。公共建筑和独栋别墅的遮阳类型如图14、图15所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.001.F014图14公共建筑的遮阳类型10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.001.F015图15独栋别墅的遮阳类型20%的公共建筑外窗设计了专门的外遮阳构件，仅10%的独栋别墅外窗设计了专门的外遮阳构件。3结语通过调研的方式对华南某地区共15个独栋别墅项目进行能耗调研，分析独栋别墅的基本信息、围护结构的构造、外窗遮阳及设备的性能参数等数据，可以得出以下结论：（1）独栋别墅主要分布在该地区的番禺区和海珠区，独栋别墅的面积自2008年逐年上涨，2014年后的上升频率加快。（2）独栋别墅东西朝向的窗墙比偏小。与东西方向相比，南北方向的窗墙比数值分布较均匀，普遍为0.3~0.5，且外墙材料多为加气混凝土。隔热材料普遍为不具备自保温性能的挤塑聚苯板。（3）研究区很少使用种植屋面，超过30%的屋顶未进行隔热处理；超过61%的窗户使用常见的铝合金窗框搭配蓝色、绿色单层玻璃，节能改造时应重点针对外窗做出调整。为接下来通过DeST软件对该地区15个独栋别墅能耗进行模拟及预测、展开节能诊断、推进后续的建筑节能设计工作提供参考。