建筑的节能设计

王建

摘要：建筑节能是实施能源、环境、社会可持续发展战略的重要组成部分，也是国际社会建筑走可持续发展之路的基本取向。我国已颁布的建筑节能标准及某些地区的施工图节能审查要点，针对我国不同地域的气候环境和建筑特点，重点介绍了建筑能耗的构成和节能的基本途径，提供了相关的节能设计依据、技术和方法。

关键词：建筑设计 节能 方法

Abstract: the energy conservation of the building is implementing energy, environment, and social sustainable development strategy important constituent, is also the international community building the way of sustainable development of the basic orientation. China has promulgated building energy efficiency standards and some areas of construction energy conservation review points, in view of the different regional climate environment and construction characteristics, this paper introduces the structure of the building energy consumption and energy saving of the basic way, providing relevant energy saving design basis, techniques and methods.

Keywords: architectural design energy saving method

中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：

引言

建筑作为人工自然产品，是人类自身应变自然环境气候的一种延伸手段。建筑发挥着气候“过滤器”的角色，通过利用和防御自然界各种气候因素，为人类创造出良好的室内气候条件。我国古代的传统民居，如北京的四合院、西南的吊脚楼、陕北的窑洞、闽南的土楼等，虽然建筑形式和材料各不相同，但都是长期气候选择和建筑不断应变的结果。随着现代技术水平的提高，人类有时过分地依赖人工设备技术力量，以期实现更高的室内热舒适度要求，结果导致高能耗和自然生态的破坏。我国是能源短缺的国家，但建筑能耗却是同等气候条件下发达国家的2~3倍。高能耗不利于建筑可持续性发展，需要我们重新研究节能设计策略，充分挖掘建筑节能的潜能

1、节能设计包含的几个方面

节能型住宅是指在保证住宅功能和舒适度的前提下，按既定目标减少能源消耗，并且尽可能对资源循环利用， 实现资源节约的住宅，节能住宅包含以下几个方面：

1.1建筑与环境是一个相互依赖共存的关系，一个合理的选址和适宜的外部环境对建筑的节能具有事半功倍的效果，应根据地方气候特点，因地制宜，建筑群的规划布置和建筑物的平面布置有利于自然通风，增加植被绿化可以有效地解决建筑的通风、防热等问题。建筑物单体设计应控制体形系数，研究资料表明，体形系数每增加0.01， 耗热量指标约增加2.5%，一般控制在0.30 以下，控制体形系数的方法有：减少建筑面宽，加大建筑进深；增加建筑物的层数；加大建筑物的长度或增加组合；建筑体型不易变化过多。

1.2绿化的利用。在屋顶种植植物，利用植物的光和作用， 可以大大降低屋顶的室外综合温度，资料显示，种植屋面的内表面温度比其他普通屋面低2.8℃-7.7℃，但在屋面种植植物也应考虑技术问题，包括荷载、排水、防水等，现在都已有成熟的技术和经验，屋顶绿化分为覆土栽培和无土栽培两种，覆土栽培一覆土层0.5m 厚为宜，相应增加3KN/m2-15KN/m2； 无土栽培技术，日本某公司已开发出表面生长植物的混凝土，特别适用于建筑墙壁和屋顶绿化。

1.3太阳能的利用。太阳能既环保又方便安全， 太阳能的利用有两种方式：被动式太阳能建筑和主动式太阳能建筑，被动式太阳能建筑指在向阳面采用阳光的储备热质来吸收储备热量来进行的一种方式， 此系统中需要研究光电系统，造价过高，不适于大批使用。

1.4合适的建筑材料能够提高建筑维护结构的保温隔热性能。我国在“九五”计划和2010 年发展规划中对建筑节能提出了新要求， 要求实施建筑节能65%的目标，因此良好的建筑材料是十分必要的。维护结构的材料布置分外侧和内侧，在寒冷地区的同一气候条件下，由于材料层次布置不同所取得的保温效果也不尽相同，为防止墙体内产生冷凝水，保温层设在外侧更好些，外墙外保温的优势包括： 提高主体结构的使用寿命， 减少长期的维修费用； 降低建筑造价，增加房屋使用面积；基本消除“热桥”的影响，外保温即可防止“热桥”部位产生结露，又可消除“热桥”造成的热损失，改善墙体热工性能；便于对建筑进行装修改造。建筑外维护结构主要包括屋顶、

2、节能设计当中存在的问题

2.1节能设计基准概念模糊

作为节能设计标准的节能50％目标，不是对于具体的建筑的一个精确节能效果参数，而是对当前建筑平均水平的一个总体节能效果。所以在具体的建筑上提节能50％或者节能65％的提法是不科学的，而且南方也不应在个别建筑上片面地追求节能的高指标。由于当前的节能设计标准是按照节能50％的目标设定的，所以达到标准即是达到节能50％的社会平均水平，所以如果所有建筑都这么做，社会上的建筑总体上也就达到了50％的节能目标。

2.2规划和建筑方案的节能设计未受到足够的重视

近年来，国家推动建筑节能工作的力度较大，规划设计人员对建筑节能知识的接受和积累需要一定的过程。对于大多数的设计人员，基本上还处于应付节能审查的阶段，主动利用节能概念从规划和建筑方案开始进行建筑节能设计的还不多，主要表现在以下几方面：

2.2.1未能在规划中进行建筑节能的设计

建筑室外热环境和自然通风环境对建筑节能是很重要的。有了好的室外环境，建筑可以在多数时间内满足热舒适，从而不需要开空调。但是，由于目前建筑节能只是在施工图审查中才受到重视，而规划报建中并未进行建筑节能方面的审查和评审，所以，已经确定的建筑方案并未进行节能的设计。

2.2.2未能将建筑节能措施融入工程设计中

在建筑工程设计的过程中，多数建筑只重视实用面积、结构安全、美观时尚，不重视建筑的性能、品质，没有把建筑节能作为建筑的一个固有的、内在的品质进行考虑，把建筑节能的要求撇在一边，到了最后施工图送审前才根据建筑节能设计规范进行草草的计算和设计调整。此时由于建筑的方案已确定，只能在材料和设备选型等方面进行微调，效果差强人意，而且往往造价高昂，实现起来很困难。

2.2.3不重视低成本节能技术和传统措施的应用

在目前的节能设计中，传统的、有效的节能措施例如自然通风、建筑遮阳等未被广泛采用，代之的是片面强调节能的高科技，不重视低成本的节能技术应用，造成节能昂贵的印象。而且，昂贵的设计在将来的施工中很可能被改变，使得最后建筑达不到建筑节能设计标准。只要建筑设计中注意低成本节能措施的应用，在空调设备设计和电气设计方面进行精心设计，就算节能建筑稍微提高了成本，但却节约了能耗，获得了良好的舒适性，必将取得良好的经济效益和社会效果。

2.3大型公共建筑多数没有组织专门的节能论证

当前的一些大型建设项目实行国际招标，建筑方案最后往往是国外的设计方案。很多国外的设计方案片面追求新奇，提出的建筑节能设计理念并不适合夏热冬暖地区的广东，而且造价高昂。可惜的是，这些建设项目并没有进行建筑节能方面的论证，而是按照一般的建筑进行节能审查。

对于这类大型公共建筑，主要存在的问题是幕墙或者屋面的透明面积过大，空调设备系统的设计并不一定合理。

另外，据了解，多数的设计院在整个空调系统的设计中，没有严格按《公共建筑节能设计标准》（GB50189－2005）第5．1．1条的要求进行逐项、逐时的冷负荷计算，缺少相应的计算书。设备的选用很容易出现主机容量过大，导致“大马拉小车”，或主机容量过小不能满足舒适性要求的现象。而目前许多软件的计算不被设计单位所认可。

2.4居住建筑设计未能将节能与提高舒适性和健康挂钩

对于大型的住宅小区，由于空调的启停与人的活动密切相关，这点与北方有很大的差别，所以空调设备不是住宅节能的主要问题。大型小区最突出的问题是在规划阶段和初步设计阶段很少根据夏季主导风向进行小区的自然通风模拟，并根据结果进行小区的合理规划。由于布局不当而造成的部分建筑自然通风不良的并不少见。

建筑单体的自然通风也未受到普遍的重视。杨仕超说，许多建筑设计大面积的窗户，而开启部分的面积却很小。由于缺乏自然通风，空气流通不畅，很多时间需要开空调，室内空气质量差，不仅增大能耗，而且对健康不利。

自然通风优良的住宅，开空调的时间可以大大减少，空调的能耗也会大大降低。由于可以少关闭窗户，居室内的空气质量自然也就好了。所以，小区的规划和建筑自然通风的设计，是与室内热环境和人们的健康有密切的关系的。

2.5建筑节能设计审查没有严格把关

建筑施工图的节能设计审查是节能设计审查的最重要环节，但许多施工图设计审查单位自身就不具备节能审查的能力，不懂得如何进行节能设计把关，致使很多建筑节能设计审查只是走过场，并没有真正把关。

对于公共建筑，照明设计由于与装修有关，所以往往在建筑设计施工图审查时并没有审查。空调系统设计也是如此，即使有空调设计，也不将空调设计施工图与建筑图一起送审。

3、节能设计方法

建筑节能设计就是从分析地区的气候条件出发，将建筑设计与建筑微气候，建筑技术和能源的有效利用相结合的一种建筑设计方法，也就是说在冬季最大限度地利用自然能来取暖，多获得热量和减少热损失；夏季最大限度地减少得热和利用自然能来降温冷却。

3.1从建筑设计入手，综合分析地区气候特征，充分利用有利的气候条件和防御不利气候因素影响。

地区气候特征包括太阳能辐射强度、最热（冷）月平均气温及空气湿度、夏（冬）季主导风与平均风压、雨雪量等要素。这些要素是我们节能设计需要注意的“气候条件”。此外，还需注意区域的“微环境”，如地形条件、地表环境、地表土壤和环境植被等。只有这样，才能权衡利弊、趋利避害，统筹运用气候因素。

3.1.1合理群体规划布局。设计中要充分考虑夏季有利的主导风向（通风致凉）和避免冬季不利的主导风向（避风保暖），综合考虑采光、通风、保温和防晒等因素，合理安排群体布局和建筑朝向。如南京属典型的夏热冬冷地区，又具有大陆性气候特征，夏季炎热多东南风、冬季寒冷多西北风，在进行小区群体布局时，一般将小体量的低层、独立式住宅放在南面，大体量的高层住宅放在最北面，可以最大限度地满足夏季自然通风和冬季阻挡不利的西北风的需要。

3.1.2合理控制体形系数。体形系数就是指建筑物与室外大气接触的外表面积和其所包围的体积之比值。也就是说，单位建筑空间的外表面积越大，体形系数越大，能耗就越高，反之亦然。因此，在考虑节能设计时，建筑平面外形不宜凹凸太多，力求完整，避免因凹凸太多增大而提高体形系数。在所有几何形体中，球面体体形系数最小，同等条件下能耗最低。如合肥大剧院就采用近似球面体外形，体形系数小而相对节能。

结束语

通过以上的综述， 总结出在设计中应从规划、设计、构造、园林绿化等方面充分合理的利用当地的气候资源， 寻求人、建筑、环境与经济、节能之间的最佳结合，提高建筑的整体效益。我国建筑节能有着巨大的潜力， 只要认真扎实地做好节能设计工作，就可以有效地降低建筑能耗，一方面，我们需要政府的重视、政策的引导、法规的制定和全社会的支持；另一方面，我们要提高节能的自觉性。建筑师作为节能工作的具体实施者， 要在实践中努力贯彻节能措施，积极探索研究节能技术。

参考译文

[1] 吕爱民.应变建筑——大陆性气候的生态策略[M].上海：同济大学出版社，2003.121－126.

[2] 刘念雄，秦佑国.建筑热环境[M].北京：清华大学出版社，2005.172－176.

[3] 株式会社建筑画报社编，韩兰灵等译.日本绿色校园建筑[M].大连：大连理工大学出版社，2005.72－77.

[4] 沈致和.住宅节能原理与设计[M].合肥：安徽科学技术出版社，2006.65－70.

[5] 李德英.建筑技能技术[M].北京：机械工业出版社，2006.55－60.