论我国建筑节能设计

刁桂真

摘 要:针对国内建筑节能设计现状,从建筑物的外壳、体形、朝向、平面布置、门窗、屋顶等方面就节能问题进行了初步探讨。

关键词: 建筑节能;建筑设计;建筑环境

中图分类号: TU201.5

在“能源危机”席卷世界的今天,能源消费正以惊人的速度增长。而我国城乡既有建筑面积达430多亿平方米,在数量如此之巨的建筑中,达到节能建筑标准的仅占5%左右;即使是新建筑,也有90%以上仍属于高能耗。而我国每平方米建筑采暖能耗约为发达国家的3倍左右据统计,1990年我国建筑耗能1.13亿t标准煤,占全国能源消费总量的11.5%,至2000年增至1.79亿t标准煤,所占比例上升至13.1%,故节约能源已成为当前的一项迫切任务。因此,重视和研究建筑物的节能设计问题已成为建筑节能的当务之急。

1 国内外现状

我国自1986年建设部颁发《建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》以来,已陆续建设了一批节能试点小区,取得了一些经验。近年来随着改革开放的不断深人,高档旅游宾馆、高级写字楼的耗能量高出普通住宅建筑的6—7倍,于是我国又相继制订了《旅游旅馆建设热工与空气调节节能设计标准》和《建筑外窗性能及检测方法标准》等。为确保有关标准的贯彻执行,北京等一些大城市纷纷出台建筑节能行政法规,开展建筑节能研究,如墙体材料革新、节能窗、太阳能建筑技术等,一些成果也已在相当范围内推广应用。但是存在的问题依然不少,其中建筑设计节能就是一个薄弱环节。

欧美发达国家在经历了石油危机后普遍都把建筑的节能管理作为国家的大政方针,从经济上加以引导、鼓励或限制,并已取得显著成效。目前国际上节能热正在升温,世界性的建筑节能新高潮正在现代新技术的基础上兴起。

2 建筑外壳的节能设计

建筑外壳由窗、墙、屋面和门等构成,是控制建筑能耗的最重要因素。建筑外壳的节能设计可从以下几方面考虑:

2.1 建筑体形

合理的建筑体形能够减少建筑物与外界的热量交换,在其他条件相同时,体型系数(建筑物外围护面积与其所包围体积之比)越大,单位面积散热量也越大,对节能不利。因此,正确处理建筑形式多样化和节能的关系,是建筑设计中应当引起重视的问题。一般讲,6层左右的建筑物对建筑节能较为有利,另外,建筑物的外形越简单,其外壳的表面积越小,热交换量亦越少。因此建筑物的造型宜简洁、完整,尽量避免复杂的轮廓线。

2.2 建筑物的朝向

建筑布局应考虑朝向与节能因素。坐北朝南的建筑物能够避免太阳的东照西晒,降低日射影响,若同时配合以遮阳隔热,效果将更加显著,如某建筑物的南立面设lm宽的阳台加深遮阳就是成功的一例。除此之外,还应考虑当地的气候条件,选取受气候变化影响最小的方向。

2.3 建筑物的平面布置

建筑平面的巧妙布局常能获得较为满意的节能效果。如将电梯、楼梯、管道井、机房等布置在建筑物的南侧或西侧,可以有效阻挡日射,利用自然通风降低温度、改善居住环境是炎热地区节约空调电耗的重要方法;恰当的平面布置有助于形成理想的通风作用,通过建筑物门窗的合理设置,形成通风口,组织并诱导自然通风,既起到了节能作用又克服了空调室内空气品质差的弱点。

2.4 建筑物的门窗

建筑物的外门和外窗是冬季冷风侵入、夏季阳光入射的主要通道。因此,将开窗率控制在适当的水平,并尽量避免在东、西向开窗,是节能设计中应遵循的原则,开窗率适当、遮阳良好的建筑堪称节能佳作,退凹式开窗设计既美观又兼具遮阳效果;设置窗帘、遮阳板等也可以提高遮阳效果;各种形式的门斗和十字转门也是隔离室内外空气环境的缓冲地带。至于外墙的大玻璃窗乃至玻璃幕墙所存在的种种问题早已引起各方面关注,节能亦为其中的一个问题。

2.5 建筑物的屋顶

受阳光照射的建筑物屋顶,表面温度比其他围护结构高得多,如:在夏季,长江南地区用沥青材料的平屋顶表面温度可达60—70℃左右,对室内温度影响很大,顶层住房冬冷夏热现象十分明显。对此,除必须考虑屋面隔热保温措施以外,还可从建筑设计角度考虑在顶屋设置通风隔热层或将顶层做为设备间等,形成2次隔热,降低屋面温度在炎热地区的屋面可通过蓄水(如屋顶游泳池)和屋面定时喷水系统使屋面显著降温。

3 绿化与节能

近年来由于城市绿地不断减少,加之空调的大量使用,导致“热岛效应”,空气环境日益恶化,给建筑节能带来负效应。1块草地和1块沥青地面的表面温度差可达14℃以上。绿地每天蒸发大量水份,带走大量热量,为建筑物创造了十分有利的周围环境条件,同时美化了城市,改善了空气品质。不同的地表状况会对建筑物周围的微气候产生很大的影响。实测表明:绿化草坪、水泥地面、裸地面在夏季下,由于太阳辐射的作用,表面温度差异较大。这种差异的存在会影响到建筑物所处微气候、建筑物的热工状况、建筑物室内环境等,进而影响到建筑物的能耗。影响建筑物能耗的绿化可以细分成两种——环境绿化和建筑物绿化。

绿色植物在光合作用过程中吸收利用大量的太阳辐射能,直接减少地面对太阳辐射的吸收,与此同时还通过蒸腾作用吸收周围空气中的能量,有效降低该区域的空气温度、增加空气湿度。与环境绿化相比,建筑物绿化对建筑节能的作用更直接。主要表现在:夏季,通过植物冠盖、叶片的遮阳作用减少建筑物对太阳辐射热的吸收,通过蒸腾作用吸收建筑物维护结构的热量,释放水蒸汽,改善建筑物外表的热、湿环境,降低建筑空调负荷,实现节能;冬季,绿化主要起屏蔽作用,减小风压对建筑物的作用,从而减小冷风渗透和外表面对流换热损失,降低供热负荷,达到节能目的。

统计数据表明,中国建筑能耗的总量逐年上升,在能源消费总量中所占的比例已从上世纪70年代末的10%,上升到近年的27.8%。而建筑最大的耗能点是采暖和空调,据悉,我国在采暖和空调上的能耗占建筑总能耗的55%。

在建筑节能领域,我国与发达国家差距较大,根据我国现阶段的国情和综合国力,研究开发对建筑节能影响较大,节能投资较少的关键性技术应成为攻关的重点。要加强组织科研机构、建筑设计、环境保护、新建材开发的专家和生产厂家积极开展对建筑节能的研究、设计、攻关工作。开展标准化、多样化与工业化相结合的设计,为实现住宅建筑节能的通用化、配套化、系统化提供技术支持; 在建筑体系上,要加快以承重结构为主线,包括围护结构、隔断、厨卫、门窗、管线等形成标准化、系列化,符合产业现代化发展方向的完整建筑节能体系; 使用建筑节能部品体系,包括外围护、内围护、厨卫、设备、智能化、小区配套等六大部品体系,要形成通用部品、系列开发、规模生产,不断研究、设计、生产出新颖、环保、防污、隔音、保温、隔热的建筑节能材料;加速建设科技成果的转化及应用,使用智能遮阳及门窗自控系统,门窗应向节能、高档、新型、多功能、多品种的方向发展,减少使用能源,卫生间上下水管设计和使用 U 型管,避免外溢返臭和冬天防寒;在住宅中设计储放再生水的固定容器,充分利用再生水,要使建筑成为节能建筑和绿色环保建筑。

在建筑设计实践中常会遇到建筑节能与建筑设计中各项因素与城市规划要求、使用功能、建筑造型等方面要求的矛盾,因此在强化建筑师节能意识的同时,还必须大力宣传普及我国的节能政策、法规,充分坚持政府引导、市场主导的方针,努力使建筑节能设计应用于实际,将成果转化为生产力。

作为能源稀缺国家,节能降耗是我国的一项战略决策,而建筑能耗则是人们通常被忽视的重大问题。大力实施建筑节能降耗,将会成为我国住宅建设发展的一个方向,对实现人口、资源、环境健康协调可持续发展,具有重要的理论和现实意义。