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一、方案立意：
1．北京市城乡住宅建设及其供暖、空调设计的现状
 随着北京城乡居民生活水平迅速提高，住宅建设高速发展，采暖、空调能耗急剧增长。由于国家能源政策对首都地区的倾斜，从外地向北京供应了“价廉物美”的天然气和电力，使北京的环境污染状况有所改善，但北京住宅建筑总能耗水平仍高居全国之首。（见 表1）
北京市近几年在采暖居住建筑的节能设计方面做了不少工作，尤其是在围护结构的节能措施推广应用方面取得较大成绩，而在住宅采暖供热系统的节能设计方面，还存在不少差距。由于住宅采暖系统设计、安装、运行方面存在的缺陷，甚至出现“节能住宅不节能”，即按节能标准设计的住宅建成后其耗煤指标反而高于未按节能标准设计的原有住宅的现象；由于供暖系统压力不平衡，出现同一小区或同一座楼内，热的房间开窗降温，冷的房间要穿棉袄的状况。北京市在供热能源的“煤改气”
、“电采暖”方面迈出较大步伐，但所谓采用“清洁”能源，只是相对用户的小环境而言，严格说只是转移了污染：河北、山西甚至再远的地方燃煤、发电，仍然会污染大环境，北京地区最终也难逃污染恶果的影响。我国目前采暖居住建筑的节能目标是，将采暖能耗从当地1980年住宅通用设计的基础上节能50
% ，实现这一指标还需付出巨大的努力；但这一指标即使实现，我国的节能仍大大落后于发达国家的水平。
采暖节能尚待努力，空调节能又迫在眉睫。本人在2000年7月曾写作《警惕热污染，治理热污染》一文，提到关心市民生活的《北京青年报》报导由于北京地区持续高温，在7月12日创造了供电负荷648.3万千瓦的最高记录；两年后的今天，《北京青年报》又报导2002年7月12日，北京市创造了供电负荷的历史最高记录806万千瓦，并指出其中约40
% 是制冷、风扇的用电负荷。短短两年，发生在夏季最热一天的全市最高用电负荷又增加了近170万千瓦，其主要原因不是北京的夏天变得更热了，而应“归功”于空调制冷设备的迅速普及。实际上目前常用的空调制冷设备并不能凭空生产“冷量”，它只是将室内的热量转移至室外，并且还要加上为这一转移过程消耗电能所转换的热量。大量空调制冷设备的使用，将使周围的环境温度上升2~5℃，造成一种损人利己型的，也是一种恶性循环型的热污染：装了空调房间里的人暂时是舒服了，周围没有装空调房间内的温度越来越高，迫不得已也要装上空调；随着热污染的加剧，安装空调设备的房间必须消耗更多的电才能达到舒适的温度。六、七十年代建造的部分简易、低质住房，墙壁薄、窗户简陋，情况更加严重：不装空调难渡酷暑；装空调电费难以承受。
表一所列还是两年前北京住宅建筑及能耗的统计数字。随着2001年我国加入WTO和申奥成功，在经济发展中处于“热中之热”地位的北京住宅建设业继续升温。据有关资料报导，2002年第一季度北京房地产业完成投资人民币98亿元，比去年同期上升50
% ；其中住宅建设完成投资49亿元，比去年同期上升30 %
。这一古今中外罕见的高速度，看来还会持续若干年。环顾北京城内外散布的一片片工地，林立的一座座塔吊，用不了多久就会变化出一幢幢美丽的建筑物；但不容乐观的是这些按现行标准（甚至达不到现行标准），并按现有设计、安装水平建造的建筑物，建成后不少将是不能令人满意的高能耗、低舒适度的建筑。
2．在住宅采暖、空调设计中走出符合可持续发展需求新路的必要性和可能性
中国是一个发展中国家，又是一个人均资源有限的人口大国，在世纪之交并向发达国家靠近的历史关口，我们的确应该好好考虑一下该走怎样的道路，该如何才能保护环境，为子孙后代维持一个适合生存的家园。发达国家的人口和国土面积在今天整个地球上只占一小部分，如果说地球有限的资源现在已不堪承受人类社会掠夺性开采的重负，当明天发展中国家也按今天发达国家的方式和程度参与这样的掠夺性开采，地球资源终将枯竭，生态环境终将不堪重负。有人说21世纪是信息的时代；但从人类的切身利益和发展前景来看，21世纪更应该是生态的时代。人类从黄色文明的农业社会，走过黑色文明的工业社会，现在应该开始建设绿色文明的生态社会。人类对于自然界的关系，从农业社会被动的依赖、共生，到工业社会的征服、掠夺，现在应该变成主动的和谐、共生关系。
以生态和可持续发展的标准来看待当前北京的住宅建设，节能设计的指标还太保守，步子还太慢。我们必须在继续改进和推广现有节能措施的同时，积极探索，勇于创新，在保证住宅成品满足功能性、安全性、经济性、可实施性的前提下，走出一条最大限度地降低能源消耗总量，并尽可能地使用可再生能源的新路来。探索新路的原则，就是在不牺牲用户的舒适、健康要求，并考虑其经济承受能力的前提下，坚持保护生态环境，节约能源。
居民生活水平提高了，住房内冬天要采暖，夏天要空调，这本身无可厚非，但我们的发展道路首先要适应我们的国情。50年代学习引进苏联“大锅饭”式的采暖立管系统，70、80年代大批引进西方面临淘汰的制冷压缩机生产线，其中的教训应认真汲取。
由于近几十年来全球多次能源危机和环境污染事件的影响，发达国家对各自国内的节能和环保问题是非常重视的。在建筑节能方面，其外墙、门窗的隔热性能一般比我国好2～5倍，但还在不断改进。如瑞士一座建于60年代的建筑物在80年代进行节能改造后，其采暖、空调每年总能耗从
1600MJ／m2（444kWh／m2 ）降至150 MJ／m2（42kWh／m2 ），仅为原值的9.4％ [1]
。发达国家在太阳能、地热能等可再生能源的开发利用方面也获得很大进展。遗憾的是我国的一些地方、部门在从事住宅建筑开发中，往往是急功近利、贪大求洋，不顾长远的社会效益、环境效益，真正有利于环保、节能的技术和项目迟迟不能很快开发、引进和推广。
走生态和可持续发展之路，除了要解决诸多技术上的难点，还要冲破种种观念上的盲点。世纪交替之际，浮躁风气漫延：崇洋迷外，奢华摆阔，追求短期效益……，真要做到人人、时时、处处以生态、节能为荣，以可持续发展为宗旨，还差得很远很远。
回到北京地区的住宅建设这个问题上来，我们可以用生态时代的新视角来观察一下，现在做得怎么样？将来可以做什么？北京位于华北寒冷地区，从图一可以看出，北京地区室外气温年度变化曲线比起东北严寒地区和南方炎热地区来说是比较适中的，比较接近室内舒适温区，也就是说在采暖和空调中有条件只用较少的能源就可获得舒适的环境。图一
表明，夏季北京室外气温日夜平均值正在室内舒适温区的上下限之间，但 表一
中北京的空调器百户拥有量是相当高的，与炎热的南方城市不相上下；从有关资料我们可以查到，北京地区的太阳能辐射总量比南方多数城市高一个数量级，但是在南方很受欢迎的太阳能热水器，在北京反而没有市场，这大概是因为北京人有条件使用更方便、更省钱的燃气热水器。
北京人的平均收入和生活水平明显居于全国前列，但在生态、环保、节能等方面的贡献也应该走在全国的前列。有了全国人民对首都的支持，北京人才有了如此高的物质和精神生活条件，也才能成功争取到2008年奥运会的举办权。北京拥有足够的经济能力，又有较好的气候条件，更有充分的技术实力，我们不应甘当环境政策的“特保儿”，而要勇做节能、环保的“弄潮儿”。我们要争分夺秒地从现在做起，从每一个人自身做起，在生态、环保、节能、可持续发展方面，有所前进、有所创造、有所贡献，一定要在六年之后奥运举办之时，向全国人民，向世界人民交出一份令人满意的答卷。
3．北京地区生态住宅采暖、空调节能综合方案的设计目标与条件
本方案的设计目标是一方面综合提高围护结构保温、隔热、蓄冷、蓄热和遮阳的性能，另一方面充分利用太阳能和地下冷源，达到冬天供暖比1980年住宅能耗水平降低80%，夏天不用电制冷使室温低于28℃。
本方案设计条件为适合普通工薪阶层居民经济承受能力的多层住宅，每户二室一厅，建筑面积70m2。关于住宅套型建筑面积的考虑是生态住宅设计的关键问题，面积过大造成的能源浪费将是最大的浪费；在这方面我们不能迁就那种盲目攀比、以为面积大就是超前的错误观念。那种把买一套住宅当做一辈子的大事，当做要传给子孙后代的大业，当做显示自己身份、地位、钱财的标志，是封建社会小农经济遗留下来的陈旧观念。将来社会的正常人，会把某一套住宅，仅仅当做自己人生航船停靠休息的某一个港口；船大船小，需要的停泊位置大小不同，够用舒适即可；很显然，人生航行的真正意义所在，不应是港口，而是大海。
二、方案构思：
生态住宅采暖、空调节能方案的构思，围绕“拒寒热于室外，蓄热能于墙内，换新风于适时，用能源重再生”四个方面展开。
1．拒寒热于室外
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节能设计的关键是要考虑冬天如何尽量减少室外冷风的进入、室内热量的散失，增加阳光的入射；夏天如何尽量减少室外热量、阳光的进入。达到这两点，采暖、空调设备的负荷就可大大降低，也可为低位能的可再生能源利用创造条件。传统的作法有：建筑物外墙、屋面增加良好的隔热层；采用密封性能好、中空玻璃的门窗，窗外设有可调节的遮阳装置。应在此基础上开发更先进的技术、材料，如研制热性能可调、冬夏皆宜的窗户和墙体。
本住宅设计方案的建筑外围护结构保温材料厚度在按JGJ26－95新标准节能要求设计的基础上应增加约30％，达到在80年 |
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住宅通用能耗水平基础上节能60％，即建筑物耗热量指标约为 |
图二 各种固定遮阳檐板和侧板 |
17W／m2，采暖负荷计算值约为25W／m2。
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为建筑物设置遮阳装置，是降低夏季空调负荷的有效措施之一；据估算，各种形式的遮阳装置，可降低夏季空调负荷 10 % 至 50 %
。窗外的固定遮阳檐板或侧板（见 图二 ），经久耐用，但只能遮挡部分直射阳光，不能遮挡散射光，且影响建筑立面造型；国外目前采用较多的窗外金属活动百页或卷帘（见 图三 ），可调节性能和遮阳效果最好，对直射和散射光均有效，可减少进入室内的热辐射90% 以上，降低夏季空调负荷约 50%
，但价格较高，且对建筑物外观有影响；至于室内的窗帘，遮阳效果最差，尽管也能为人遮挡直射阳光，但绝大部分辐射热量已进入室内，使室温升高。此外，耐辐射性能较好的镀膜隔热玻璃已在发达国家开始大量使用。以上各种遮阳、隔热措施目前在国内都有范围不等的使用，今后也仍将在不同的适用场合继续发挥其作用，但有没有适合中国国情的、综合效益更佳的遮阳措施呢？这里，作者提出一种内卷帘双框节能窗的新产品，与同行进行探讨。 |
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该节能窗（见 图四 ）采用塑钢或铝合金窗框，窗框内设有提 |
活动百页窗 |
电动卷帘窗 |
升降式遮阳板，外观不整齐 |
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高保温性能的塑料隔热条；外活动窗框为推拉式，内活动窗框为平 |
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图三 各种活动遮阳装置 |
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开式；内外活动窗框之间设反光涂层卷帘。卷帘材料为较稀疏的部分透光经纬织物，白天从室内透过卷帘可依稀看到室外景物；可生产透光率不同的多种规格卷帘，供住户选用；卷帘表面涂布玻璃微珠散射式反光层，反射光较柔和，不易形成光污染；卷帘可为电驱动，也可为手动下拉、弹簧卷回。
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内卷帘双框窗的节能原理(见 图五) 。尽管内卷帘隔绝热辐射的效能比外卷帘约低30 %
，且双框窗比单框双玻窗价格约高20 – 40 % ，但内卷帘双框窗具有以下突出的优点：
(1) 冬夏两用。（外卷帘窗没有冬天夜间避免室内长波热辐射散失的功能。）
(2) 织物可透少量光，白天使用较能适应室内人员的心理需求。
(3) 内卷帘造价仅为外卷帘的20 – 50 % ；还可节约室内窗帘的投资。
(4) 比外卷帘耐久，因为不承受风吹雨淋、阳光直晒。
(5) 不影响外观，建筑立面简洁明快。
(6) 除隔热、保温性能好外，双框窗密闭、隔声性能也大大优于单框双玻窗。
初步估算，在北京地区住宅设计中采用此种内卷帘双框节能窗与目前一般采用的单框双玻窗（无外遮阳装置）比较，可降低采暖能耗约2 % ，降低空调能耗约10 %
；而折合增加住宅单位建筑面积造价仅约10元 / m2 ；由于降低了采暖和空调能耗，每年每户节约运行费80元；由此计算增加的造价约在8.8年内得到回收。
2．蓄热能于墙内
为什么农村的旧房、窑洞和城市50年代建的住宅冬暖夏凉，住得舒服？因为壁厚。墙壁厚重则热隋性好，也就是蓄热性能好，不但能挡住 |
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室外的严寒与酷暑，也能留下宜人的温暖与凉爽。禁用粘土砖，是节能 |
图四 内卷帘双框窗结构示意图 |
图五 内卷帘双框窗节能原理图 |
与保护耕地的需要，但负作用是改用轻型建材后，墙体的蓄热性能差了，室内温度波动大，住得不舒服，只能靠采暖、空调的调节作用来平衡室温。
因此本方案的住宅内外墙体均采用重质的新型建材，如水泥砌块、水泥板材、废渣砖等。如图一所示，北京地区夏天夜间的室外气温一般低于室内舒适温区，利用夜间通风换气，即可降低室温，带走墙体内白天储存的热能。再加上如前所述的使外墙、外窗保温、隔热性能优于现行节能标准的措施，本方案设计的住宅夏天多数时日完全不用空调就可保持室内的舒适温度；少数高温酷暑的夏日，也不用制冷，仅用二十度左右的地下冷源（见4节），即可使室内降至舒适温度。至于冬天，尽管室外气温日夜均低于室内舒适温区，但北京地区冬天日照时间多，通过外窗进入的大量辐射热可储存于墙体、楼板内，供阴天、晚间使用，从而大大降低采暖负荷，使利用太阳能和少量补充热源的采暖方案有了实现的可能。
根据空气声隔声的质量定律，墙体的单位面积质量增加一倍时，隔声量增加6分贝。因此，采用重质的内外墙体，还可大大提高住宅的隔声性能。随着人民物质、精神生活水准的提高和商品房政策的出台，住户对住宅隔声的要求已大大提高了。建设部主持制定的《生态住宅技术评估体系》中，非强制性地将住宅隔声指标从40分贝增加到50分贝。
为了更好地发挥重质墙体的蓄热性能，本方案住宅外墙采用外保温方式，使外墙墙体与室内空气、物体间的蓄热、放热过程得以顺利进行。当然，外墙外保温还有避免热桥，加强保温效果的优点。
初步估算，采用重质的内外墙体和外墙外保温，与目前一般采用的墙体材料和外墙内保温比较，可降低采暖能耗约 3% ，降低空调能耗约 3%
；而折合增加住宅单位建筑面积造价仅约 6元/m2 ；由于降低了采暖和空调能耗，每年每户节约运行费用60元；由此计算增加的造价约在7年内得到回收。若将能源价格的上升及提高住宅舒适度等效益考虑在内，则回收年限还可缩短。
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3．换新风于适时
“躲进小楼成一统，管它春夏与秋冬”，这是文学家的梦想或借喻，人世间难寻与环境隔绝的世外桃源。对于住宅与环境来说，温度、湿度、风速、空气新鲜程度和污染程度……，每种参数，是室内优于室外？还是室外优于室内？白天黑夜、一年四季，永远处于不停的变动之中。所谓“换新风”，室外不永远是“新风”，搞不好会把污染了的空气引入室内。
不管是从提高室内环境的质量，还是从降低采暖、空调的能耗来说，如何最大限度地利用好室外大自然免费提供的优质新鲜空气，显然是一件重要的事情。为此，开发一种智能型通风系统（见 图六 ），其智能控制中心随时将设于房间内外的探头收集到的空气温度、湿度、污染程度和风速等参数进行比较、分析，自动确定最佳通风时间、通风量和进风方向，从而使采暖、空调负荷降至最低，使室内空气质量达到最佳。计算机技术的飞速发展，使上述智能型通风系统不难实现。
该通风系统的风机是可双向运转的，冬天从南向进风，夏天从北向进风，以充分利用新风中的热能和冷量；过渡季节的进风方向则主要根据室外风向和污染源的方向确定。北京地区冬季室外气温较低，本系统冬天白天南向进风经过设于窗下的太阳能集热箱（见4节）的预热，一方面保证进风温度达到舒适要求，一方面增加有阳光时室内重质墙体的蓄热量，以减轻太阳能热水采暖的 |
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负担，减小太阳能热水采暖系统蓄热水箱的容积。 |
图六 生态住宅智能型通风系统示意图 |
初步估算，采用智能型通风系统，可降低采暖能耗约 2% ，降低空调能耗约8 %，每年每户节约采暖、空调运行费用70元；该系统可自动排出室内被污染的空气和防止室外被污染的空气进入室内，其提高室内舒适度的效益也是相当可观的。该套系统估算价格为3500元，即折合住宅单位建筑面积造价约
50元/m2 。由于该系统与下文叙述的采暖、空调系统共同运行和发挥作用，其综合效益及回收年限在下文一起计算。
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4．用能源重再生
不断改进使用传统能源的现有采暖、空调方式，提高效率、降低能耗，固然很重要；但是中国人口众多，人均资源有限，将比世界各国更早地面临地下资源涸竭的危机。只有越来越多地使用取之不尽、用之不竭的可再生能源，才能从根本上解决问题。新的生态时代，人类社会的发展，生活水平的提高，要特别强调可持续性，我们不能与子孙后代抢饭碗；如何更多地使用和用好太阳能、风能、地热能等可再生能源，已成为要求我们立即作出回答的最紧迫问题。采取了前面三节中叙述的节能措施，住宅采暖、空调的负荷大大降低，使采取利用太阳能和地下冷源这种能量密度低、设备初投资额大的采暖、空调方式有了较大的可能性。今后随着节能、环保的紧迫性和传统能源价格的日益提高，可再生能源利用方案的可实施性必将日益显著。
采用窗下式太阳能采暖和供应生活热水装置（天然气或煤气为补充热源）、地下冷源空调供冷装置和冷暖两用辐射地板，是本节能综合方案的核心。其系统示意图见( 图七 )。
1) 太阳能采暖和供应生活热水装置
发达国家的太阳能利用主要走的是光电转换的路子；由于光电池成本较高，在我国大面积推广还有困难。二十世纪八十年代以来我国磁控溅射技术生产铝─氮／铝膜系太阳能真空集热管（清华大学专利）成果的取得和迅速普及推广，使我国成为世界上最大的太阳能热水器生产国。南方北方，城市乡村，很多地方的人们都借太阳的光洗上了热水澡。应该说这是一种比较适合中国国情的太阳能利用技术。北京人使用太阳能热水器比较少，除了它不如燃气热水 |
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器使用方便外，还有产品质量不过关、制造成本高、使用寿命短、 |
图七 生态住宅采暖、空调、生活热水系统示意图 |
外形不美观、装在屋顶影响建筑物外观等原因。要想改变北京在太阳能利用方面的落后地位，就要解决以上问题，特别是产品质量和成本的问题。降低成本的一条途径是增加产品的功能。让太阳能热水器即供应洗浴热水，又供应采暖热水，负荷量大了，系统复杂了，肯定要多花钱，但两者合二为一，设备利用系数加大了，相对成本就降低了。
解决太阳能装置与建筑物结构外形融合协调的问题也很重要。对于单层或二、三层的建筑物来说，可将太阳能热水器与朝南的斜屋顶结合起来进行设计；可是国内的绝大多数的住宅是四层以上的多层或高层建筑，将热水器放在屋顶，输送热水的管道过长，热损失和输送阻力损失较大，维护管理较困难；而且热水器放在屋顶，易遭雹灾损坏，易因积雪失效，对建筑物外观影响也较大。如果住宅建筑的南向窗墙面积比是0.4，则还有
60% 的南墙可供安装太阳能热水器之用。尽管南立面接受的全年日照辐射总量低于水平面，但北京位于北纬 39°48′，冬至正午太阳高度角最低，约为 26°，集热箱朝南垂直放置能在冬季最冷时获取最大热量，也就是说，太阳能热水器的负荷供应量和需求量是同步变化的；夏天当太阳对于热水器集热管的入射角很小时，由于洗浴热水的负荷需求也很小，供热量能满足使用需要。采用窗下式太阳能采暖和供应生活热水装置的住宅建筑南立面见( 图八)，呈条状玻璃幕墙建筑形式，外观较单调，但显然体型系数好，减小了热损失；可在建筑设计中运用线条和色彩变化处理克服其单调的缺点。
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本方案的采暖和生活热水装置是各户自成系统的，管路短，系统简单，不易出问题，出了问题也容易处理，而且避免了公用系统供热系统压力不易平衡、计量收费困难的缺点。
集热箱向阳面设一层强度较高、透光率较好的玻璃，主要是为了改善外观、方便清洁，并对真空玻璃管起保护、防冻作用；这层玻璃会减少集热管的吸热量，但也可起到降低热损失的作用。集热箱背阳面设良好的保温层，防止冬天夜间和阴云时室内热量的散失，也防止夏天集热箱内热量进入室内。集热箱内腔与智能型通风系统的管路相通，以便冬天通风时预热室外新风（见3节）。太阳能热水器的储水罐设于卫生间吊顶内，为双盘管换热式。一次盘管为太阳能热源闭式回路，利用集热管到储水罐约1.5m的高差形成自然循环压力；二次盘管为间接加热采暖闭式回路，经过储水罐中加热盘管升温的热水由自备循环泵送往冷暖地板中的辐射供热管；淋浴、洗涤用热水直接取自储水罐上部，自动补水阀将自来水补至储水罐下部；备用热源为燃气热水器。双盘管闭式回路防止了系统和管道内的结垢；整个系统通过自动控制装置保证在各个季节都工作在最佳状态。
根据资料 [2] 143页介绍的方法进行计算，北京地区一月份（冬季最冷月）水平面上每天总辐射量月平均值为 H↓= 2.45 kWh／m2·日（取平均每天日照时数为6小时，常数a、b按纬度和海拔高度插值计算）；朝向正南的墙面每天接受 |
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的总辐射量月平均值为 Hd↓= 4.632 kWh／m2·日，其中太阳直接辐射量为 |
图八 生态住宅南立面图 |
4.031 kWh／m2·日，占87％；散射辐射量为 0.356 kWh／m2·日，占 7.7％；地面反射辐射量为 0.245 kWh／m2·日，占5.3％。由此结果可得出太阳能热水器朝南垂直安放，冬季得热量为水平安放的
1.89倍。
本方案每户住宅南向客厅、卧室窗下各设一 3.5m×1.4m 太阳能集热箱，共 9.8 m² 受热面积，冬季最冷月总辐射得热量为 45.39 kWh／日；系统热效率定为0.55，则有效得热量为
24.96 kWh／日。设每户每日需20℃温升的生活热水120升，负荷为 2.79 kWh／日；采取1~3节的各项节能措施后，采暖单位面积负荷为 20W／m²，采暖总负荷为 33.60 kWh／日，加上生活热水负荷共为
36.39 kWh／日。因此该太阳能供热装置一月份晴天可供热负荷比例为 24.96／36.39 =68.6％。考虑冬季其它时间的太阳高度角逐渐加大，集热器得热量逐渐减小，而气温逐渐增高，采暖热负荷也逐渐减小，可设定整个采暖季可供热负荷比例均为68％，其余的
32％负荷由燃气热水器供给。设于卫生间吊顶内的储水罐容积为 0.4m×1.2m×1.2m = 0.576m3，循环水温升为50℃时贮热量为 28200 kcal（33.49 kWh），约等于一天的采暖热负荷。
2) 地下冷源空调供冷装置
本方案中的地下冷源空调供冷装置，在夏季室内需降温时，住户开启自备循环泵，阀门自动打开，供回水温度为19／21℃的循环水进入地板盘管向室内供冷，然后送往设于室外地下土壤中的换热盘管降温。土壤本身是一个天然的巨大储能器。据有关资料
[3] 介绍，北京地区土壤四季温度中位值约为15℃，地表温度最低约－10℃，最高约40℃，达到 15℃ 的时间约在5月中旬和11月上旬；地下0.6m 温度最低约－5℃，最高约 30℃，达到
15℃的时间约在6月下旬和11月下旬；地下1.6m 温度最低约 5℃，最高约 25℃，达到 15℃的时间约在7月中旬和12月中旬；地下3.6m 温度最低约 10℃，最高约 20℃，达到15℃的时间约在9月上旬和1月中旬。由于温差随深度增加而减小和温度变化滞后的效应，地下1.6m处土壤
6至9月的温度为12至 22℃，地下3.6m处土壤6至9月的温度为10至15℃，使深约2m至10m的浅层土壤成为可供空调降温的冷源。地下冷源空调供冷装置现已有实验工程获得运行数据，该地板盘管-室外地下蓄能实验系统夏季运行单位建筑面积换热量达到
24至31W/m2, 地板表面温度达到25至27℃ [4]。
地下冷源换热盘管采用U型 2x10m长PVC管，管径 40mm，壁厚2mm，换热管长度与建筑面积之比为10m : 1m2，即每户（建筑面积 70 m2）换热U型管35根，换热面积共87.92
m2。地面钻12m深孔洞，孔径100mm，正好放入一根U型管；孔距500mm，每平方米地面钻孔4个，即每户需要的地下冷源室外占地8.75 m2，可布置在花园、草地下或湖泊、池塘内，甚至可在混凝土桩基内埋管。若在土壤内埋管，其换热负荷容量计算如下：设埋管土壤为干密度2000
kg/m3，比热容0.28 W·h/(kg·K) 的夯实粘土，夏季供冷后土壤温升平均5℃（从15℃升至20℃）,则每户的地下冷源夏季供冷量为245 kW·h，以单位建筑面积供冷量15W，每天供冷8小时，可供冷30天，能满足本方案的需要。本空调供冷系统是低温差供冷换热，换热面积大，初投资高；但比起传统空调方式，能源消耗、运行费用大大降低，室内舒适度大大提高，对周围环境也不再有热污染。为提高设备运行效率，减少室外占地，也可采用热泵空调方式，但系统较复杂。
3）室内采暖、空调两用冷暖地板
冷暖地板中埋设辐射供冷、供暖盘管，其冬夏运行状况已在1)、2)中叙述。将采暖供热、空调供冷系统合并设置，可提高设备利用率，降低购置、安装费用。传统的压缩式制冷和风机盘管空调器，不但能耗大，而且设备中潮湿、低温的冷凝器和表冷器，是细菌滋生及引发“空调病”的根源；加过滤网、消毒药剂，仅治标，不治本。改用地板辐射低温差制冷，既可使用低位能的可再生地下冷源，又杜绝了“空调病”发病的根源。采暖供热、空调供冷合用一台每户自备循环水泵，这是整个系统除冬季补充燃气热源外唯一的运转耗能设备，此外不再设任何集中锅炉房、热力站、泵房等，大大降低了运行管理费用。
初步估算，采用太阳能热水器和补充燃气热源供应采暖及生活热水，与目前一般采用的燃煤锅炉房集中采暖加燃气浴用热水器比较，可降低采暖能耗约 33%
，降低生活热水能耗100 % ；折合增加住宅单位建筑面积造价140元/ m2 ；由于降低了采暖和空调能耗，每年每户节约运行费用750元 。
采用地下冷源空调供冷装置和冷暖两用地板（其造价一半计入采暖，一半计入空调），与目前一般采用的户用分体空调比较，可降低空调能耗约60 %
；折合增加住宅单位建筑面积造价130元 / m2 ；由于降低了采暖和空调能耗，每年每户节约运行费用350元 。
三、方案分析：
将本方案“拒寒热于室外，蓄热能于墙内，换新风于适时，用能源重再生”各项措施的数据综合后得出总体数据如下：
(1) 降低采暖能耗 40%，降低空调能耗 81%；
(2) 增加单位面积造价 336元/m2，每户增加造价：336×70＝23520元；
(3) 每户每年节约运行费用1310元；
(4) 回收年限计算：23520/1310＝17.95年。
由以上数据可看出，本方案增加住宅初投资较多，回收年限较长。但由于计算中使用的很多常数实际上是变数，所以回收年限应能大大缩减。如新设备的价格会随着技术的成熟和推广普及日益降低，传统能源的价格会日益提升，此外健康、舒适效益计算中未考虑，而医疗、保健费用在城乡居民日常生活支出中所占的比例越来越高，经常一场小病的治疗费就要数百元。若考虑健康舒适效益2000元/年，则回收年限为23520/3310=7.11年。
我国是当今世界上经济发展最快、人民生活水平提高最迅速、房屋住宅建造量最大的国家，又面临着人口多、居住密度大、资源紧缺、环境污染的严峻问题，经济可持续发展这一新世纪的主题对我们中国有尤其重大的意义。我们必须在住宅建筑设计中注意保护环境、节约能源和维护生态平衡，强化创新意识，走出一条适应中国国情的新路。本文只是在这方面的初步探讨，一定还有很多不成熟甚至错误的地方，望各方人士不吝指教，以完善和实现本方案，为北京市的生态住宅建设，为迎接2008年奥运会在北京举办，作出共同的贡献。
参考文献
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[2] T·A·马克斯，E·N·莫里斯，《建筑物·气候·能量》，中国建筑工业出版社，1990年
[3] 李元普，地热泵技术在中国的推广，北京，计科源公司
[4] 付祥钊，康宁，刘宪英，冷暖地板换热性能分析方法，《暖通空调》，2000年8月 |
