■ 李曉璐

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淺析住宅小區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)中的節(jié)能方法

■ 李曉璐

【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展和節(jié)能減排的需求，住宅小區(qū)的節(jié)能設(shè)計(jì)受到了各方重視。但在前期規(guī)劃設(shè)計(jì)中，節(jié)能意識(shí)較為薄弱以及缺少合理的設(shè)計(jì)方法。文章從建筑朝向、間距和布局3個(gè)方面綜合闡述了規(guī)劃階段的節(jié)能設(shè)計(jì)方法，為節(jié)能在住宅小區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提供了依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】住宅小區(qū)；節(jié)能；規(guī)劃設(shè)計(jì)

李曉璐，上海理工大學(xué)在讀研究生。

隨著全球變暖和能源量減少，節(jié)能減排成為時(shí)下最流行的話題，已經(jīng)引起全世界各國(guó)的關(guān)注。如何解決環(huán)境與人類發(fā)展之間的關(guān)系，成為時(shí)代發(fā)展的主題之一。而建筑能耗之大對(duì)環(huán)境帶來(lái)的消極影響日漸突出，其中每年住宅的竣工量幾乎占了全部建筑竣工量的一半,住宅節(jié)能成為時(shí)代關(guān)注的重點(diǎn)。然而節(jié)能建筑的建設(shè)給人留下的影響往往是高投入、高技術(shù)，特別是綠色建筑主要以大型項(xiàng)目為代表，導(dǎo)致人們認(rèn)為建筑節(jié)能就是高科技的堆砌物，運(yùn)用了大量的新技術(shù)和復(fù)雜的構(gòu)造，這些都導(dǎo)致節(jié)能建筑的高成本。但其實(shí)高新技術(shù)只是節(jié)能設(shè)計(jì)中的一部分，住宅建筑在提倡建筑節(jié)能化的同時(shí)，還應(yīng)考慮到整個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，如果只是運(yùn)用高技術(shù)來(lái)完成節(jié)能目標(biāo)需要大量的成本費(fèi)用，高成本必然導(dǎo)致高房?jī)r(jià)。基于我國(guó)當(dāng)前的國(guó)情，完全利用高科技達(dá)到節(jié)能目標(biāo)是不現(xiàn)實(shí)的。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)狀，從整體規(guī)劃出發(fā)，通過(guò)基本功能的改善和使用適宜的節(jié)能技術(shù)來(lái)完成節(jié)能目標(biāo)才是可取之道。

1　目前住宅節(jié)能設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

1.1地方設(shè)計(jì)規(guī)范不完善

目前，關(guān)于節(jié)能建筑設(shè)計(jì)方面，國(guó)家出臺(tái)了各種參照標(biāo)準(zhǔn)，如《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ134—2010）、《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50378—2006）等，這些規(guī)范的制定對(duì)節(jié)能設(shè)計(jì)的執(zhí)行帶來(lái)保障和標(biāo)準(zhǔn)，但我國(guó)各地情況差異較大，即使同屬于夏熱冬冷地區(qū)，各地環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平均有差異。這就要求地方政府根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況制定各自的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上，各地已經(jīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r出臺(tái)了節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。但我們也可以看到，部分地區(qū)的設(shè)計(jì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)滯后，更新不及時(shí)。以浙江省出臺(tái)的《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DB33/1015—2003）為例，制定于2003年，規(guī)定的部分內(nèi)容和參照的標(biāo)準(zhǔn)早已更新，導(dǎo)致現(xiàn)在節(jié)能設(shè)計(jì)過(guò)程中，雖有地標(biāo)，但仍然以《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ134—2010）為執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。并且，這些規(guī)范對(duì)規(guī)劃雖有要求，但大部分仍然是建議性要求，強(qiáng)制性要求多數(shù)是對(duì)單體建筑的節(jié)能要求。

1.2缺乏整體規(guī)劃意識(shí)

提起節(jié)能建筑，人們往往想到的是單體建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能技術(shù)，其實(shí)建筑節(jié)能主要包括規(guī)劃設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)和設(shè)備設(shè)計(jì)3個(gè)方面。規(guī)劃設(shè)計(jì)需充分利用自然資源，選擇合理的平面布局與空間構(gòu)成形式，使得居室在滿足舒適條件下的能耗盡可能小[1]，其建筑和結(jié)構(gòu)方案的選擇對(duì)建筑的直接能耗有較大影響。從而，住宅小區(qū)的節(jié)能設(shè)計(jì)離開了規(guī)劃設(shè)計(jì)是不完善的，從設(shè)計(jì)一開始缺乏整體意識(shí)，不順應(yīng)當(dāng)?shù)仫L(fēng)向，不注意建設(shè)地段的地形地貌，不注重建筑間距和交通的合理組織，都將成為后期節(jié)能設(shè)計(jì)的不利條件。有部分設(shè)計(jì)已經(jīng)意識(shí)到規(guī)劃設(shè)計(jì)的重要性，但沒(méi)有完善的節(jié)能系統(tǒng)，找不到節(jié)能防護(hù)的重點(diǎn)。

1.3節(jié)能設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)滯后

住宅小區(qū)的設(shè)計(jì)先考慮區(qū)域定位、建筑風(fēng)格、規(guī)劃指標(biāo)、戶型設(shè)計(jì)等，節(jié)能計(jì)算模型的建立往往需等到擴(kuò)初或施工圖階段，而此時(shí)，方案已經(jīng)基本確定，也就意味著在方案階段，節(jié)能設(shè)計(jì)基本除了日照分析，基本處于數(shù)據(jù)空白狀態(tài)，除了建筑師的經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法確定當(dāng)前的節(jié)能設(shè)計(jì)是否合理。目前，很少工程在方案階段利用節(jié)能分析工具（如Ecotect）來(lái)對(duì)節(jié)能工作做初步的分析。這部分?jǐn)?shù)據(jù)的缺失導(dǎo)致在設(shè)計(jì)后期，模型計(jì)算后的不合理處往往只能通過(guò)增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫材料來(lái)解決，或出現(xiàn)較多的熱橋部位，從而導(dǎo)致建設(shè)成本的增加。

2　規(guī)劃階段節(jié)能設(shè)計(jì)方法

住宅小區(qū)的設(shè)計(jì)不僅僅是單體平面或者外觀立面的設(shè)計(jì)，還應(yīng)考慮到建筑所在位置的整體環(huán)境。規(guī)劃設(shè)計(jì)是一個(gè)整體而又復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)充分考慮建筑與外部環(huán)境的關(guān)系，以節(jié)能作為指導(dǎo)規(guī)劃設(shè)計(jì)的主要原則，充分利用自然資源，實(shí)現(xiàn)從總體上為建筑節(jié)能創(chuàng)造先決條件[2]。規(guī)劃中主要利用的是太陽(yáng)輻射和空氣流動(dòng)兩大因素，如何降低太陽(yáng)輻射和增強(qiáng)建筑自然通風(fēng)效果是規(guī)劃設(shè)計(jì)階段主要需解決的問(wèn)題。目前，根據(jù)我國(guó)現(xiàn)狀，在建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)中解決這兩個(gè)問(wèn)題主要通過(guò)建筑朝向、建筑間距和建筑布局這3方面來(lái)解決。

2.1建筑朝向

“坐北朝南”一直以來(lái)是中國(guó)對(duì)建筑朝向最直接的想法，而朝南房間的多少也成為房產(chǎn)公司宣傳時(shí)的重點(diǎn)。正南房間相較于正東向或正西向的房間，全年綜合耗電量大約減少20%[3]。但現(xiàn)實(shí)狀況中，完全正南的房間基本很難實(shí)現(xiàn)。而且還應(yīng)和當(dāng)?shù)靥?yáng)射入角度和主導(dǎo)風(fēng)向相結(jié)合，最佳朝向并不一定是正南向。如上海地區(qū)，根據(jù)日照時(shí)間和主導(dǎo)風(fēng)向（冬季為偏北偏西風(fēng)，夏季為東南風(fēng)），建筑朝向以南偏東30°～南偏東15°為宜，其中以南偏東15°為最佳朝向。建筑朝向的原則是要能夠在冬季獲取較多日照和避免冷風(fēng)，在夏季則避免日光直射和良好的通風(fēng)，即冬暖夏涼的室內(nèi)環(huán)境。所以建筑朝向從日照和風(fēng)向兩方面來(lái)探討。

一方面，對(duì)于建筑朝向與太陽(yáng)輻射的關(guān)系，我們常常用日照時(shí)間和太陽(yáng)輻射量來(lái)代替。我國(guó)絕大部分地區(qū)處在北溫帶，但由于幅員遼闊，地勢(shì)和地形復(fù)雜多樣，使得各地的太陽(yáng)輻射量不同，根據(jù)建筑所在地的氣候特征，將我國(guó)建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)分為5個(gè)區(qū)域（表1）。本文主要以夏熱冬冷地區(qū)為代表進(jìn)行探討，設(shè)計(jì)要求必須滿足夏季防熱要求，適當(dāng)兼顧冬季保溫[4]。太陽(yáng)多從東偏南升起，從西邊落下。因此，建筑朝向向南，可以避免太陽(yáng)東、西曬。冬季，太陽(yáng)高度角較小，住宅的門、窗朝南，可使更多斜射的太陽(yáng)光線進(jìn)入室內(nèi)，從而提高室內(nèi)溫度。而在夏季，太陽(yáng)高度角增大，太陽(yáng)從門、窗射入的光線相對(duì)就少。所以南向房間有利于減少空調(diào)能耗量。由于不同季節(jié)，太陽(yáng)方位角的變化幅度較大，各個(gè)朝向的墻面所獲得的日照時(shí)間相差較大。

再以夏熱冬冷地區(qū)的上海為例，通過(guò)Autodesk Ecotect Analysis 2010的軟件分析上海虹橋地區(qū)的氣候條件，得到其最佳朝向（圖1、2），在圖2中綠色表示全年平均受太陽(yáng)輻射得熱量最多的朝向，紅色表示在夏季（過(guò)熱時(shí)期）受太陽(yáng)輻射得熱量最多的朝向，藍(lán)色表示在冬季（過(guò)冷時(shí)期）受太陽(yáng)輻射得熱量最多的朝向。而黃色箭頭即為根據(jù)本地的氣候條件綜合考慮后得出的最佳建筑朝向——南向（180°）[5]。適宜朝向區(qū)域?yàn)辄S色區(qū)域，介于南偏西30°～南偏東30°。通過(guò)以上數(shù)椐，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)了解當(dāng)?shù)厝照諚l件，設(shè)置建筑朝向接近最佳朝向，使主要房間朝向（開窗位置）避免東西不利朝向。

另一方面，從住宅小區(qū)整體所在位置來(lái)看，在嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)，應(yīng)盡量選擇避風(fēng)基地，有利于建筑物的熱損失；在夏熱冬冷地區(qū)，迎合夏季盛行風(fēng)向和減少冬季風(fēng)向影響。從有利于建筑單體通風(fēng)的角度來(lái)看，建筑的長(zhǎng)邊最好與夏季盛行風(fēng)方向垂直；但當(dāng)建筑群體都與夏季風(fēng)向垂直時(shí)，容易影響后排建筑的通風(fēng)。為了整體通風(fēng)效果，建筑與夏季盛行風(fēng)向形成一定角度，改善后排建筑的通風(fēng)效果。

所以在設(shè)計(jì)建筑朝向時(shí)，根據(jù)日照條件對(duì)房屋形成基本朝向后，還應(yīng)使整體小區(qū)的通風(fēng)角度進(jìn)行一定的偏移。

通過(guò)上面兩個(gè)方面的討論，綜合研究結(jié)果，總結(jié)了建筑物在不同熱工分區(qū)中的最好的朝向和適宜的朝向，這些朝向均有利于節(jié)能的最終目的（表2）。

圖1　上海地區(qū)全年日軌圖

圖2　上海地區(qū)最佳朝向分析圖

表1　建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)及設(shè)計(jì)要求[4]

表2　不同建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)的最佳朝向和適宜朝向

2.2建筑間距

住宅小區(qū)作為一個(gè)建筑群體，建筑單體之間必然需要合理的間距。在人居環(huán)境中，自然光環(huán)境是非常重要的一個(gè)部分，和人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)。不僅有利于生活環(huán)境，還有利于人的心理健康。特別是夏熱冬冷地區(qū)，在冬季陰冷潮濕又沒(méi)有大規(guī)模供暖設(shè)備，導(dǎo)致人們對(duì)住宅的日照要求尤為突出。正是這些日照要求決定了建筑的最小間距，以保證陽(yáng)光不受遮擋，使每套住宅有較多的居室能滿足日照要求。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50096—2011）的相關(guān)規(guī)定：每套住宅應(yīng)至少有一個(gè)居住空間能獲得冬季日照。而且在住宅設(shè)計(jì)過(guò)程中，國(guó)家還強(qiáng)制要求必須有符合相關(guān)規(guī)定的日照分析報(bào)告書。這些規(guī)范的強(qiáng)制要求都反映出日照要求的重要性。影響建筑物日照間距的因素有很多，如日照標(biāo)準(zhǔn)、地理緯度、建筑朝向、建筑物的高度和長(zhǎng)度以及建筑用地地形等。目前，對(duì)日照要求一般在城市規(guī)劃管理技術(shù)規(guī)定中有明確和詳細(xì)的規(guī)定，并通過(guò)專業(yè)的分析軟件對(duì)每個(gè)住宅建筑項(xiàng)目進(jìn)行日照分析。

建筑間距不僅需要滿足日照要求，還應(yīng)考慮建筑間通風(fēng)問(wèn)題。假設(shè)建筑物的長(zhǎng)邊與夏季盛行風(fēng)方向垂直，氣流遇到建筑物后發(fā)生繞流，并在各自的迎風(fēng)側(cè)和背風(fēng)側(cè)產(chǎn)生渦旋，建筑間距不一樣，產(chǎn)生的流場(chǎng)也不一樣：建筑間距較小時(shí)，兩個(gè)建筑物之間產(chǎn)生共同的渦旋，作用增強(qiáng)，距離建筑物也越近，空氣污染物隨著渦旋增強(qiáng)，產(chǎn)生濃度集中現(xiàn)象；建筑間距較大時(shí)，建筑物間不額外產(chǎn)生共同的渦旋，渦旋作用較小，空氣污染物濃度也減少[6]。由上可知，合理的建筑間距不僅有利于避免局部疾風(fēng)，還有利于空氣質(zhì)量的提高。合理的建筑間距為居住空間提供了良好的自然通風(fēng)條件，為建立被動(dòng)式住宅提供了可行性。

對(duì)于建筑間距的規(guī)定，一般在各個(gè)城市出臺(tái)的規(guī)劃管理技術(shù)規(guī)定中有明確的規(guī)定，根據(jù)各個(gè)地方的綜合情況制定了合適的建筑間距系數(shù)。但目前，很多地方出臺(tái)的對(duì)于建筑間距的規(guī)定往往小于按規(guī)范要求計(jì)算出的理論間距。假設(shè)不考慮地形坡度的變化（平地），所建住宅的長(zhǎng)邊朝向正南向平行布置，取冬至日正午（12月22日上午11時(shí)30分或下午12時(shí)30分）以南側(cè)建筑物的建筑高度為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，根據(jù)以上計(jì)算條件所得各地的理論間距系數(shù)[7]與各地規(guī)范相比較，如表3所示，可以看到當(dāng)前規(guī)劃要求系數(shù)都小于理論系數(shù)，雖然理論數(shù)據(jù)更為理想化且規(guī)劃數(shù)據(jù)需綜合整體情況（包括城市空間景觀、日照、消防、采光、通風(fēng)、視覺(jué)衛(wèi)生等）來(lái)制定，存在差距無(wú)可厚非，但我們應(yīng)意識(shí)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的降低已經(jīng)不利于人們對(duì)日照的需求，再加上設(shè)計(jì)過(guò)程中往往按最低標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行以及施工存在的誤差，都將不利于住宅的節(jié)能設(shè)計(jì)。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，分區(qū)域合理地增加建筑間距，以保證建筑物有較多的日照和良好的自然通風(fēng)條件。

表3　夏熱冬冷地區(qū)主要城市正南向多層住宅建筑間距比較

2.3建筑布局

住宅小區(qū)在確定建造地址后，首先對(duì)周邊環(huán)境和所在地的氣候環(huán)境進(jìn)行研究，并對(duì)小區(qū)有個(gè)整體的規(guī)劃布局。在建筑布局中，從節(jié)能角度出發(fā)，充分利用日照和自然通風(fēng)以達(dá)到減少建筑能耗的目的，實(shí)現(xiàn)建筑與場(chǎng)所的和諧共生。合理的建筑朝向、建筑間距、道路和建筑的關(guān)系、綠化布置均對(duì)建筑群熱環(huán)境有較大的影響。不同的建筑布局能導(dǎo)致不同的熱環(huán)境，利用建筑布局，使住宅小區(qū)形成一個(gè)小型自然環(huán)境，產(chǎn)生良好的日照通風(fēng)環(huán)境，有利于節(jié)能效果。

以上海地區(qū)為例，假設(shè)3種建筑布局方式，以簡(jiǎn)單的長(zhǎng)方形（30m×15m）表示建筑單體，將單體以南北向30m，東西向20m的間距布置3排，分別以行列式、斜列式、錯(cuò)列式3種布局（圖3～5）進(jìn)行模擬分析。通過(guò)Ecotect模型，計(jì)算出在冬至日的平均輻射溫度。從圖中可以看出，斜列式和錯(cuò)列式的平均輻射溫度高的范圍明顯高于行列式，且受輻射的范圍也更多。布局的變化對(duì)建筑日照有明顯的影響。并且斜列式更容易使后排建筑采用自然通風(fēng)，減少了建筑能耗[8]。

圖3　行列式平均輻射溫度

根據(jù)前面朝向和間距的分析，兩者都對(duì)日照和通風(fēng)有影響。所以，在建筑布局方面，應(yīng)盡量增大南向得熱面積，有利于夏熱冬冷地區(qū)的冬季采暖。并盡量采取南低北高的建筑高度，不僅有利于太陽(yáng)輻射，還有利于夏季季風(fēng)入口，形成有組織的有效進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，降低室內(nèi)熱環(huán)境。在整體布局中，如夏季盛行風(fēng)方向?yàn)闁|南向，則不宜在東南向設(shè)置過(guò)長(zhǎng)的條式高層，或采用周邊式布局也不利于進(jìn)風(fēng)。同時(shí)，在西北向設(shè)置高層或條式建筑則有利于對(duì)冬季寒風(fēng)的阻擋，同時(shí)不影響日照效果，也提高了容積率。

眾所周知，植物的種植有利于減少地表的蒸散作用，可以有良好的水土保持功能，根據(jù)實(shí)測(cè)，同一環(huán)境下，夏季草地的平均溫度比水泥路面低5℃，比瀝青道路低7℃。而高大的喬木起到了遮擋作用，夏天站在樹蔭下，體感溫度明顯低于露天路面。在景觀設(shè)計(jì)中，住宅小區(qū)的綠化采用形式多種多樣，其中改善空氣質(zhì)量和調(diào)節(jié)溫度方面，喬木的效果最好，所以在滿足規(guī)劃條件綠地率的情況下，應(yīng)多種植喬木和灌木群，特別在建筑的東、西面種植喬木，有利于在夏季起到遮陽(yáng)降溫的作用，在冬季落葉后又不影響建筑的采暖效果。綠化環(huán)境不應(yīng)局限于地面綠化，立體綠化也應(yīng)適當(dāng)運(yùn)用，能豐富小區(qū)綠化的空間結(jié)構(gòu)層次，減少噪音、有害氣體和熱島現(xiàn)象，營(yíng)造和改善小區(qū)的生態(tài)環(huán)境和氣候環(huán)境。其中屋面綠化是立體綠化在現(xiàn)實(shí)運(yùn)用中較為容易實(shí)現(xiàn)的一種，這種綠化增加了屋面的保溫隔熱層，從單體建筑上就解決了屋面保溫的構(gòu)造問(wèn)題。在住宅小區(qū)設(shè)計(jì)中，陽(yáng)臺(tái)是每個(gè)戶型必備的要求，現(xiàn)在新型的小區(qū)設(shè)計(jì)中，陽(yáng)臺(tái)并不局限于南向陽(yáng)臺(tái)，出現(xiàn)了北、東、西向多個(gè)陽(yáng)臺(tái)，這些陽(yáng)臺(tái)的設(shè)置不僅僅局限于晾曬功能，可以通過(guò)攀緣植物或盆栽植物起到綠化功能。在夏熱冬冷地區(qū)應(yīng)盡量多地建造水系環(huán)境，如景觀水池、溝渠、透水性硬化路面，使水面的蒸發(fā)來(lái)改善居住區(qū)的熱環(huán)境。

圖4　斜列式平均輻射溫度

圖5　錯(cuò)列式平均輻射溫度

3　結(jié)語(yǔ)

住宅的節(jié)能工作應(yīng)從規(guī)劃設(shè)計(jì)開始，從建筑朝向、間距和布局3方面綜合研究出發(fā)，再結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況才能更好地完成節(jié)能設(shè)計(jì)，需做到以下幾點(diǎn)：①建筑物在不同熱工分區(qū)中最好的朝向和適宜的朝向各有不同，但基本在南偏東30°和南偏西30°之間，在總體布局時(shí)應(yīng)盡可能參照該方向設(shè)計(jì)；②根據(jù)當(dāng)?shù)厝照战嵌群拖募撅L(fēng)向布置建筑之間的間距，提前使用日照分析的專用軟件分析建筑間距，盡可能增加建筑物的間距和阻擋不利風(fēng)向；③建筑布局體現(xiàn)了建筑單體互相之間的關(guān)系，體現(xiàn)了建筑群體與周邊環(huán)境的關(guān)系，是一個(gè)整體概念。應(yīng)多方面綜合考慮，在單體建筑布置上綜合利用斜列式和錯(cuò)列式等多種排列方式。在滿足規(guī)劃條件的基礎(chǔ)上，盡量加大房屋建筑間距，合理布置綠化景觀。

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Brief Discussion on Energy Saving Methods in Planning and Design of Residential Community

Li Xiaolu

【Abstract】With constant development of economy and society and requirement to energy saving and emission reduction, the energy saving design of residential community is paid attention by the society. However, the sense of energy saving is weak and it lacks of reasonable design methods in early planning and design. This paper elaborates energy saving method in the planning stage from building orientation, spacing and layout for providing reference for application of energy saving in planning and design of residential community.

【Keywords】residential community, energy saving, planning and design

收稿日期：（2015-10-09）