淺談建筑節(jié)能設(shè)計(jì)-建筑設(shè)計(jì)論文

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淺談建筑節(jié)能設(shè)計(jì)

林鴻銘

摘要：建筑節(jié)能在降低能耗的同時(shí)為廣大消費(fèi)者提供更健康舒適的居住和工作環(huán)境，建筑節(jié)能是緩沖能源緊缺矛盾減輕環(huán)境污染促進(jìn)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)最直接最廉價(jià)的根本措施，也是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。
關(guān)鍵詞：建筑；節(jié)能設(shè)計(jì)；能耗

我國(guó)作為世界能耗大國(guó)，對(duì)于發(fā)展可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)建筑，減少建筑能耗更是刻不容緩。而建筑節(jié)能是解決建筑能耗的有效方法，同時(shí)也是最經(jīng)濟(jì)的方法。因此，作為建筑師，更應(yīng)從自身做起，從不同角度，依據(jù)建筑規(guī)范對(duì)節(jié)能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分利用我國(guó)現(xiàn)有的自然條件，在改善人們居住環(huán)境的同時(shí)，充分挖掘節(jié)能潛力，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源，減少能源消耗。
建筑節(jié)能是一個(gè)綜合概念，它是通過(guò)采取合理的建筑設(shè)計(jì)和選用符合節(jié)能要求的墻體材料、屋面隔熱材料、門(mén)窗、空調(diào)等措施，這樣所建造的房屋，與沒(méi)有采取節(jié)能措施的房屋相比，在保證相同的室內(nèi)熱舒適環(huán)境條件下，它可以提高能源利用效率，減少建筑能耗。建筑節(jié)能包括建筑設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中采用節(jié)能型的建筑材料、結(jié)構(gòu)、器具設(shè)備和產(chǎn)品，提高保溫隔熱性能。而建筑設(shè)計(jì)則是其中重要環(huán)節(jié)，對(duì)于建筑設(shè)計(jì)單位，建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)期。
一、建筑節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)
（一）建筑選址。主要是根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂�、土質(zhì)、水質(zhì)、地形及周?chē)h(huán)境條件等因素的綜合狀況來(lái)確定。建筑設(shè)計(jì)中，既要使建筑在其整個(gè)生命周期中保持適宜的微氣候環(huán)境，為建筑節(jié)能創(chuàng)造條件，同時(shí)又要不破壞整體生態(tài)環(huán)境的平衡。
（二）外部環(huán)境設(shè)計(jì)。在建筑位址確定之后，應(yīng)研究其微氣候特征。根據(jù)建筑功能的需求，應(yīng)通過(guò)合理的外部環(huán)境設(shè)計(jì)來(lái)改善既有的微氣候環(huán)境，創(chuàng)造建筑節(jié)能的有利環(huán)境。
（三）規(guī)劃與體型設(shè)計(jì)。合理的建筑規(guī)劃和體型設(shè)計(jì)能有效地適應(yīng)惡劣的微氣候環(huán)境。它包括對(duì)建筑整體體量、建筑體型及建筑形體組合、建筑日照及朝向等方面的確定。
（四）單體的節(jié)能設(shè)計(jì)。單體的節(jié)能設(shè)計(jì)，主要是通過(guò)對(duì)建筑各部分的節(jié)能構(gòu)造設(shè)計(jì)、建筑內(nèi)部空間的合理分隔設(shè)計(jì)，以及一些新型建筑節(jié)能材料和設(shè)備的設(shè)計(jì)與選擇等，來(lái)更好地利用既有的建筑外部氣候環(huán)境條件，以達(dá)到節(jié)能和改善室內(nèi)微氣候環(huán)境的效果。
（五）建筑各部位的節(jié)能構(gòu)造設(shè)計(jì)。建筑各部位的節(jié)能構(gòu)造設(shè)計(jì)，主要是在滿(mǎn)足其作為建筑的基本組成部分的要求之外，通過(guò)各部位（屋頂、樓板、墻體、門(mén)窗等）的造型、結(jié)構(gòu)、材料等方面加以進(jìn)一步設(shè)計(jì)，充分利用建筑外部氣候環(huán)境條件，達(dá)到節(jié)能和改善室內(nèi)微氣候環(huán)境的效果。
（六）合理選用建筑節(jié)能材料也是全面建筑節(jié)能的一個(gè)重要方面。建筑材料的選擇應(yīng)遵循健康、高效、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的原則。一方面，隨著科技的發(fā)展，大量的新型高效材料不斷被研制并應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)中去，更好地起到節(jié)能效果。如新型保溫材料、防水材料在墻體屋頂中應(yīng)用，達(dá)到了更好的保溫防潮效果；新型透光隔熱玻璃在門(mén)窗中的應(yīng)用，起到了更好的透光隔熱效果；采用可調(diào)節(jié)的鋁材遮陽(yáng)板，以達(dá)到遮陽(yáng)的目的。另一方面，要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，發(fā)掘出一些地方節(jié)能材料，更好地應(yīng)用到建筑節(jié)能中去。
二、節(jié)能建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)
科學(xué)合理地確定建筑選址、建筑布局、建筑體型、間距、朝向、季風(fēng)風(fēng)向、水面和綠化配置等因素對(duì)建筑節(jié)能的影響，改善熱環(huán)境，是建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)的重要階段。
（一）建筑選址、布局節(jié)能設(shè)計(jì)
建筑物盡量布置在向陽(yáng)和避風(fēng)的地方，向陽(yáng)有利于建筑物充分利用太陽(yáng)能，避風(fēng)可盡量減少建筑物的熱損失。建筑布局時(shí)，一方面要控制城市規(guī)模，并在規(guī)劃設(shè)計(jì)中，注意避免人口密度與建筑密度較高的功能區(qū)連片布置，控制區(qū)域密度。另一方面，在北方寒冷地區(qū)，盡可能使道路走向平行于當(dāng)?shù)囟局鲗?dǎo)風(fēng)向，這樣可以避免積雪；在南方炎熱地區(qū)，要考慮一定數(shù)量的街道與當(dāng)?shù)叵募局鲗?dǎo)風(fēng)向基本一致，這樣可以加強(qiáng)市區(qū)和郊區(qū)之間的熱交換，促使城市中心區(qū)多余的熱量迅速轉(zhuǎn)移到郊外。
（二）建筑體型、朝向、間距節(jié)能設(shè)計(jì)
1、建筑體型與建筑節(jié)能：在建筑設(shè)計(jì)中，要適當(dāng)控制建筑體型系數(shù)。有研究表明，體型系數(shù)每增大0.01，耗熱量指標(biāo)約增2.5%。建筑體型系數(shù)一般宜控制在0.30以?xún)?nèi)。一般來(lái)說(shuō)，控制或降低體型系數(shù)的方法有：減少建筑面寬，加大進(jìn)深或增加組合體，增加建筑物的層數(shù)，選用長(zhǎng)條型建筑外形等，而形體復(fù)雜、凹凸面過(guò)多的塔式建筑對(duì)節(jié)能不利。建筑體型系數(shù)還與建筑物的體型是否規(guī)整及建筑的體量大小有關(guān)。在建筑設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意最低能耗體型選擇，即建筑的各方面尺寸與其有效傳熱系數(shù)不同時(shí)，傳熱系數(shù)相對(duì)較小的面具有相應(yīng)較大面積的體型是最佳體型；而當(dāng)各面的平均傳熱系數(shù)相同時(shí)，體型系數(shù)最小的體型是最佳體型。
2、建筑朝向與節(jié)能：建筑物的朝向?qū)τ诮ㄖ?jié)能有很大的影響。當(dāng)建筑物為南北朝向時(shí)，耗能較少。近年來(lái)，設(shè)計(jì)實(shí)踐中的一種現(xiàn)象是：越來(lái)越多地出現(xiàn)地出現(xiàn)偏軸方位的建筑朝向，這種做法，可在活躍建筑群體、節(jié)約用地、處理建筑外形的等方面帶來(lái)一些益處，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，我們還是要強(qiáng)調(diào)正南朝向（包括南偏東、偏西15°以?xún)?nèi)朝向）的節(jié)能意義。因此，從節(jié)能的角度出發(fā)，如總平面布置允許自由考慮建筑物的形狀和朝向，則應(yīng)首先選長(zhǎng)方形體型，朝向盡可能大體朝向，避免東西向。在確定朝向時(shí)，另一個(gè)必須注意的問(wèn)題是要處理好建筑朝向與季風(fēng)風(fēng)向的關(guān)系。在北方寒冷地區(qū)，主要使用房間的朝向應(yīng)盡可能避免對(duì)著冬季主導(dǎo)風(fēng)向，在南方炎熱地區(qū)，建筑的朝向宜與夏季主導(dǎo)風(fēng)向入射角保持在30-60°范圍內(nèi)。
3、建筑間距與節(jié)能：較大的建筑間距可以使建筑物有充分的日照時(shí)間和良好的日照質(zhì)量，對(duì)建筑節(jié)能非常有利。但因城市用地緊張，從節(jié)約土地的角度出發(fā)，又希望建筑間距越小越好。在建筑設(shè)計(jì)中，要合理解決這一矛盾。在總平面設(shè)計(jì)時(shí)，合理布置建筑物，使其達(dá)到有良好日照和較小間距的最優(yōu)組合。在建筑單體設(shè)計(jì)中，可以采用退層處理、降低層高等方法。
三、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)
建筑結(jié)構(gòu)主要由墻、屋頂和門(mén)窗構(gòu)成。建筑物的能耗主要取決于結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)和冷風(fēng)滲透，住宅結(jié)構(gòu)的散熱量要占采暖熱耗的1/3以上。顯然，如果建筑結(jié)構(gòu)具有良好的保溫隔熱性能，便可減少室內(nèi)、室外的熱量交換，從而減少所需提供的采暖和制冷能量。
（一）墻體節(jié)能設(shè)計(jì)
外墻在整個(gè)建筑外包面積中所占的比例最大，對(duì)建筑能耗的影響也最大，因此，墻體的保溫隔熱是建筑節(jié)能的一個(gè)重要部分。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)控制墻體的傳熱系數(shù)，采用多層復(fù)合墻體。保溫層砌體如加氣混凝土自保溫砌體，也可采用多層復(fù)合墻體。根據(jù)保溫層位置的不同，復(fù)合墻體可分為外保溫、內(nèi)保溫及夾心保溫墻體，每種保溫形式有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。外墻內(nèi)保溫和自保溫由于結(jié)構(gòu)的原因很難消除熱橋，而采用外保溫則由于保溫層橋頭在整個(gè)外側(cè)面而有利于眾熱橋的產(chǎn)生，內(nèi)保溫還會(huì)受二次裝修的影響，并占使用空間，國(guó)家已開(kāi)始限制在居住建筑內(nèi)使用它，但對(duì)于間隙使用的房間內(nèi)保溫是合理的。夾心保溫是兩側(cè)為墻體材料，中間為保溫材料，這種材料有利于其內(nèi)外裝修的優(yōu)點(diǎn)。另一方面，外保溫體系可以保護(hù)主體結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)建筑壽命。也可以方便地對(duì)舊有建筑物進(jìn)行節(jié)能。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，外保溫的優(yōu)越性明顯高于其他形式，因此外墻最好采用外保溫來(lái)達(dá)到節(jié)能目的。
（二）窗節(jié)能設(shè)計(jì)
窗在建筑中的主要作用是采光、通風(fēng)，同時(shí)也起圍護(hù)作用。設(shè)法減少窗耗熱和提高窗得熱是建筑節(jié)能的重點(diǎn)工作之一。
1、適當(dāng)控制窗墻比。在窗墻比的選擇上，應(yīng)區(qū)別不同的朝向。對(duì)南向窗，在選擇合適層數(shù)及采取有效措施減少熱耗的前提下可適當(dāng)增加窗面積，有利吸收太陽(yáng)輻射熱。而對(duì)其他朝向的窗，應(yīng)在滿(mǎn)足居室采光環(huán)境質(zhì)量要求的條件下適當(dāng)減少開(kāi)窗面積以降低熱耗。
2、提高窗材料熱阻。（1）對(duì)金屬窗框進(jìn)行斷熱處理，用高效保溫材料鑲嵌于金屬窗框之間，加大窗框熱阻，或利用空腹鋼窗內(nèi)的空氣間層達(dá)到增加窗框熱阻的目的。同時(shí)，選用導(dǎo)熱系數(shù)較小的塑料窗框以減少通過(guò)窗框部分的熱耗。（2）選用合適的玻璃品種，適當(dāng)選擇吸熱玻璃、熱反射玻璃、低輻射玻璃或中空玻璃，節(jié)能效果就會(huì)更加明顯。（3）加強(qiáng)窗的氣密性，采用氣密條，提高外窗氣密水平，提高窗用型材的規(guī)格尺寸、準(zhǔn)確度、尺寸穩(wěn)定性和組裝的精確度以增加開(kāi)啟縫隙部位的搭接量，減少開(kāi)啟縫的寬度達(dá)到減少空氣滲透的目的。
3、設(shè)置遮陽(yáng)設(shè)施。設(shè)置可調(diào)節(jié)的活動(dòng)遮陽(yáng)，如遮陽(yáng)板、窗蓋板、窗簾、百頁(yè)、熱反射簾或自動(dòng)卷簾等，以便夏季減少太陽(yáng)輻射得熱，冬季又得到日照，特別對(duì)西向、南向窗要更加重視。
（三）屋頂節(jié)能設(shè)計(jì)
屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中亦占有相當(dāng)比重，除必須考慮屋面隔熱保溫措施以外，還應(yīng)從建筑節(jié)能的角度采取以下措施：①屋頂外表面采用淺色飾面材料，可在夏季能反射較多的太陽(yáng)輻射熱，從而能降低室內(nèi)的太陽(yáng)輻射的熱量和維護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度；②屋頂內(nèi)設(shè)置貼鋁箔的封閉空氣間層，能提高熱阻3.6倍，節(jié)能效果顯著，是最有效的節(jié)能措施之一，但需注意的是，當(dāng)采用單面鋁箔空氣間層時(shí)，鋁箔應(yīng)設(shè)置在室外側(cè)的一面；③在冬暖夏熱區(qū)具有多雨氣候特點(diǎn)的地區(qū)采用蓄水屋面節(jié)能措施，依靠水分的蒸發(fā)消耗屋頂接收到的太陽(yáng)輻射能量；④利用屋面作為活動(dòng)空間并設(shè)置遮陽(yáng)裝置（如百頁(yè)遮陽(yáng)棚和爬藤植物遮陽(yáng)棚等）。這些措施經(jīng)過(guò)建筑手法的處理，不僅對(duì)建筑節(jié)能起到重要作用，也豐富了屋頂?shù)钠矫�、立面設(shè)計(jì)。
四、建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的前景
建筑節(jié)能對(duì)建筑業(yè)有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，面對(duì)全球能源的日益緊張，世界各國(guó)特別是歐美發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)節(jié)能技術(shù)給予了充分的重視。而我國(guó)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)工作從20世紀(jì)90年代初才剛剛啟動(dòng)。因此，我們應(yīng)做到：①在設(shè)計(jì)技術(shù)節(jié)能方面，積極采用節(jié)能建材、新型節(jié)能墻體、屋面的保溫隔熱技術(shù)、節(jié)能門(mén)窗的保溫隔熱和密閉技術(shù)，加大新能源和可再生能源如太陽(yáng)能和低熱能在建筑中的應(yīng)用，并進(jìn)一步推廣不同能源的熱泵技術(shù)以及回收、余熱技術(shù)；②在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)管理方面，加強(qiáng)建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)化工作，嚴(yán)格實(shí)行建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)，要把建筑節(jié)能設(shè)計(jì)作為建筑設(shè)計(jì)是否達(dá)標(biāo)的重要考核項(xiàng)目；③在建筑設(shè)備產(chǎn)品的使用方面，應(yīng)采用節(jié)能型供熱、空調(diào)設(shè)備，并提高設(shè)備運(yùn)行時(shí)的能源利用率，以達(dá)到更好節(jié)能的目的。
總之，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工程，涉及到諸多環(huán)節(jié)，需要各方面的大力配合。節(jié)能是國(guó)內(nèi)住宅建設(shè)的重中之重，建筑節(jié)能是國(guó)家發(fā)展的基本國(guó)策之一，因此，抓好建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)，合理地使用和有效地利用能源，提高能源的有效利用率，必將帶動(dòng)國(guó)家和地方的建筑節(jié)能事業(yè)，促進(jìn)全社會(huì)建筑節(jié)能技術(shù)的進(jìn)步。