建筑设计及其节能

苏海利

【摘 要】 建筑能耗占我国总能耗较大比重。充分利用自然能，降低不可再生能源消耗，促进我国建筑可持续发展。论文论述节能建筑设计。

【关键词】 建筑节能；设计

引言：

随着社会经济的发展，建筑中材料发生了翻天覆地的变化.泥土砖瓦房取代了原始的树枝、茅草泥土砌成的房屋，继而现代砖石钢筋混凝土结构房屋又取代了木结构、砖石结构。这一历程中，建筑设计也随之取得了显著发展。在能源紧张的今天，更多人对节约能源有了切身体会，因此，在建筑设计中，如何更好地利用自然能源，提高建筑中的能源利用效率，是建筑师必须考虑的问题。

1.建筑设计中建筑节能的途径

1.1房屋各部位的绝热

①屋顶的绝热：一般采用屋顶外侧设保温材料的绝热方式。屋面保温层不宜选用密度较大、导热系数较高的保温材料，以免屋面重量、厚度过大；也不宜选用吸水率较大的保温材料以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果，如选用吸水率较高的保温材料，屋面上应设置排气孔以排除保温层内不易排出的水分。南方地区为了防止“烘烤”现象，可以设置架空层，设法通风换气；

②墙体的绝热：一般宜采用墙壁外侧设保温材料的绝热方式。外侧的绝热层材料首先要满足防火要求，还要有相当大的传热热阻，同时应处理好防止内部结露的问题。

③地面的绝热：地面与普通地板相比，冬季的热损失较少，这从节能的角度来看是有利的， 但考虑到南方又湿又热的气候因素，对地面进行全面绝热还是必要的。一般可采用内侧绝热的方式。同时 ，为了防止土中湿气侵入室内，可加设防潮层。

1.2采暖的节能途径

在建筑设计中，主要从以下5个方面来考虑：

①建筑设计中，充分利用各种可能条件促进辐射热进入室内。

②在建筑设计中从表面的辐射、开口部位的辐射和部位内的辐射诸方面的条件来抑制辐射热的损失。

③在建筑设计中可以分别从减小温度差、导热面积、导热系数或增加材料厚度（材质相同时）诸方面来抑制导热损失。

④在建筑设计中，可以分别从风势、开口部位和缝隙以及冷风的性状诸方面来抑制对流热损失。

⑤在建筑设计中，通过建筑造型和材料的选择达到蓄热效果的充分利用。

1.3制冷的节能途径

设计时制冷的节能途径主要从以下6个方面来考虑：

①设计时考虑障碍物的存在、太阳照射的方向性、开口部位的处理以及反射和再辐射诸因素来抑制辐射热进入室内。

②设计时要采取必要措施防止地面产生反射和二次辐射以达到抑制导热传热进入室内。

③采取措施抑制对流热进入室内。

1.4照明的节能

照明节能的要点，在于不使用照明设备，或者使用很少的能耗，得到需要的照度及其均匀的照度分布状态，总之，要求得到合理的采光和照明，其节能途径有如下几种：

①设计时提高所有建筑部位（包括开口部位在内）及室内的所有物体的光反射系数，可以有效地控制光的损失。也可以把所有扩散性的反射面都作成白色而使照度均匀分布。

②设计时，注意建筑部位的朝向，以便能够接受到日照，充分利用太阳照射和天空光。 在途中有反射时，要考虑到反射面的面积和反射系数以及反射方向等条件。 另外，利用天窗、 照亮室内顶棚、扩散照在窗上的阳光、 利用上层的光亮也是照明节能的途径。

③采用高效率光源，提高照明设备的效率。根据不同亮度的要求，可以采用整体照明和局部照明结合的方法。

2.节能再生能源

从环境控制技术入手，合理利用太阳能、地源热泵等主动式节能技术，开发运用可再生能源。

2.1太阳能技术。太阳能是我们取之不尽、用之不竭的可再生能源。我国的太阳能资源丰富，大部分地区太阳辐射量大，具有开发利用太阳能的优良条件。目前主要的太阳能利用方式有：①被动式太阳能热水系统，利用太阳能集热器或真空管吸收太阳辐射热，为用户提供生活热水。此系统结构简单、经济适用，在我国的城市与农村得到了广泛的运用。②主动式太阳能系统，在太阳能居室采暖方面具有更大的选择性，但需要外在能源启动运行，并需借助电扇或泵等装置来转换和传递太阳能，以此获得生活热水或提供居室供暖。③太阳能光伏发电系统，是利用太阳能光伏电池板吸收太阳能，并将太阳能转化为电能，提供室内设备用电或接入市政电网送电。与被动式太阳能热水系统相比，主动式太阳能系统和太阳能光伏发电系统在生态节能建筑中使用较多，但建设成本较高。

2.2地源热泵技术设计。利用地下水、深层土壤和水库、湖泊等深水层受自然季节气候影响小、温度相对保持稳定的特点，通过水作为媒介，与地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热交换提供热泵的冷热源。冬季地能作为“热源”，从地下或水中“取”出来，供给室内采暖。夏季作为“冷源”，供室内致冷，同时将室内热量释放到地下水、土壤或地表水中，贮存起来作为冬天采暖的“热源”。地源热泵系统根据换热方式的不同分为：土壤源热泵系统、地下水热泵系统、地表水热泵系统等。因不同工程的地质条件、地表环境、地表土壤、场地状况等有所不同，需因地制宜地选择设计不同的换热方式。如南京工程学院新建的图书馆，就利用基地200m处天印湖这个有利条件作为冷热源，设计地表水热泵系统为图书馆提拱制冷和采暖所需的能量，具有良好的生态节能效果。

在生态建筑和低能耗建筑中，太阳能技术和地源热泵技术往往采用联合运行的方式，可以克服自身技术存在的局限性，提高资源利用效率。

3.建筑节能设计

3.1优化维护结构的墙体设计

推广建筑节能， 主要是要提高建筑围护结构（包括墙、门窗、屋顶等）的保温性能。

在满足作为建筑的基本组成部分的要求之外，通过对屋顶、楼板、墙体、门窗等进一步的设计，以满足建筑在创造舒适的室内环境的同时符合建筑的节能要求。例如屋顶中庭的采光顶中，采用双层玻璃形成“呼吸外壁”，使之既能采光，又能导入自然风，降低环境因素的影响；在建筑外墙设计中可采用蓄热墙、夹心墙、捕风墙、光电复合墙等设计，减少耗能，利用环境；在楼板层的设计中，可利用楼板的结构 空问和吊顶空间将循环水管布置其中，夏天可用冷水降低室温， 冬天可用热水取暖 ；还可将吊顶设计成折线形，可利用其反光的原理充分利用太阳光。

3.2减少窗墙比

窗大小与空调负荷关系甚大 ，窗墙比宜适当控制。在窗墙比的选择上 ，应区别不同的朝向。对南向窗 ，在选择合适玻璃层数及采取有效措施减少热耗的前提下可适当增加窗面积 ，充分利用太阳辐射热；而对其他朝向的窗，应在满足居室采光环境质量要求的条件下适当减少开窗面积以降低热耗。

3.3屋顶节能

由于太阳辐射强烈引起顶层房间过热 ，是一个十分普遍的问题 ，必须认真对待。应加强隔热层 ，可以设架空通风层 ，还可设倒置式屋面；采用种植隔热屋顶 ，改善生态环境；另外还可采用坡屋顶 ，利用阁楼通风散热。

3.4 建筑朝向

朝向對能耗的影响也是较大的，正东向或正西向的房屋同正南的房屋相比，全年综合耗电量大约增加20%。在住宅设计中，坐北朝南似乎已成为一种定律，户户朝南又是房产商的招牌售房口号，但这种做法不一定与当地的太阳入射角和主导风向存在因果关系，理想的日照方向有时恰恰是最不利的通风方向。

朝向选择需要考虑的因素有：（1）冬季能有适量并具有一定质量的阳光射入室内，炎热季节尽量减少太阳直射室内和外墙面；（2）夏季有良好的通风，冬季避免冷风吹袭。由于冬夏季太阳入射角的差别和朝夕日照阴影的变化，我们应利用合理的朝向，使建筑在夏季尽量避开南向烈日的炙烤，而冬季争取尽可能多的温暖阳光，使建筑获得冬暖夏凉的宜人室内环境。

4.结语

建筑节能研究是建筑可持续发展的重要研究课题。在我国现阶段，主要提倡运用与经济发展水平相适应的简单节能技术为主，切不可为片面追求低能耗目标而不顾经济成本，大量使用节能新技术。同时注重太阳能、风能、地能等可再生自然能技术的研究和开发，降低可再生能源的利用成本，逐步从大城市与经济比较发达地区向全国推广运用，实现我国建筑节能既定目标。

参考文献：

[1] 宋德萱.节能建筑设计与技术.上海.同济大学出版社.

[2] 中华人民共和国建设部建筑节能办公室.夏热冬冷地区建筑节能技术.北京.中国建筑工业出版社.