基于节能理念的建筑设计探讨

施晓军

摘 要： 本文依据国外专业人士的被动式设计思想理念，对建筑设计中的几方面内容进行了深入的研究，并总结出了几种减少能耗的具体方法。

关键词：建筑设计；体型系数；节能建筑

进入 20 世纪以来，全球能源消耗的速度远远高于世界人口的增长速度，减少各种再生或不可再生能源的消耗量已提上日程。入世后我国的国民生产总值一直以高速增长，给建筑业带来了难得的机遇。然而，给建筑业带来商机的同时，人们也越来越多的重视建筑消耗这一话题。

一、 建筑规划设计

节能建筑的中心是多个建筑以及单个建筑的设计，在整个的设计工作中，严格按照节能建筑的设计要求，做好足够的节能工作，在保证室内环境和满足居民需求的前提下，最大限度地节省能源。建筑的设计方案和最终建筑的节能效果有着紧密的联系。设计方案要考虑到建筑的所建地环境、气候条件以及日照情况等因素，并将其与减少能耗进行合理的结合。

1. 建筑选址

建筑物的所建地在建筑中是一个很重要的问题，是在正式的建筑设计开始之前需要解决的第一个问题。建筑物在选址时要考虑多个方面，例如周边环境、交通情况以及用水情况等方面。在设计时应考虑适合建筑的微环境，不仅不能对周围环境造成不利的影响，还不能过度使用大量的各种能源。

2. 建筑布局

一般情况下，建筑群的布局不仅要在平面上完成设计，还要完成在空间上的设计。其中，平面布局最常用的形式包括：（1）行列式；（2）错列式；（3）周边式；（4）混合式；（5）自由式。在设计时可以根据建筑物所在地的气候条件以及环境条件等灵活的选择平面布局形式来便于实现节能目标。当建筑物所处的地理位置温度很低或较低时，如果户主的需求是阳光和透风，那么就可以选择周边式。在进行空间上的设计时，首先要看高层建筑对低层建筑的作用。当一个建筑的高度很大程度的超出其余建筑时，会产生气流，并使得建筑与建筑之间生成了速度很快的风，这样一来就加快了热量的损耗。在建筑设计中将这两个方面都全面的考虑后制定合理的措施，有利于构建防护单元。

二、 建筑单体的节能设计

单个建筑的节能设计主要包括三个方面：（1）建筑的体型系数；（2）传热面积；（3）窗墙比。本文主要介绍在建筑的外部围护结构以及内部空间两方面采取节能措施。外部维护结构的节能设计一般有墙、屋顶以及门窗等组成。

1. 建筑的体型系数

建筑物的体型系数一般指建筑物和外界大气的接触表面积与它的包围总体积间的比值。其中外表面积并不是所有面的表面积，它不包括：（1）地面面积；（2）不采暖楼梯间隔墙；（3）门户的面积。通常我们将形体系数用 S 来表示，外表面积用 F 表示，建筑物包围的体积用 V 来表示，所以三者间的关系为：S=F/V。当建筑物的形体系数很大时，单位建筑体积受到外界天气情况的影响就很大，这是达不到节能目的的，当建筑物的形体系数很小时，单位建筑体积受到外界天气情况的影响就很小，有助于最终实现节能。调查资料显示，体型系数每增大1%，它所需消耗的热量就随之增加大约 2.4%，这就充分说明了体型系数越大，消耗的能量越多，越不利于进行节能。因此得出结论，建筑物的设计不仅要包括它的外在选址环境、对可再生资源的利用情况以及整体建筑布局等因素，还必须要尽可能地缩小体型系数。国外专业人士研究证明，体型系数介于 0.24～0.29 之间的建筑才可称为节能建筑。

2. 外门窗的节能设计

外门窗是建筑进行传热的主要方式，它不仅是建筑吸收热量的重要构件，同样也是其散热的重要构件。因此，在做好了其他方面的设计后，还需关注门窗适合的节能措施：

（1）控制建筑不同朝向的窗墙面积比：通常情况下，在冬天的时候为不受到季风的影响，立面最好尽可能地缩小窗的设计面积。然而在夏季的时候，应该在迎风面设计窗的具体位置，这样就可以保持室内的通风，最终达到保温、减少能量消耗的目的。在设计时需做到合理的控制开窗率，除此之外，还要尽可能地不将东或西面墙设计为开窗位置。只有同时做到了合理的开窗率和完美的这样效果，才真正达到了节能的要求。

（2）窗型的设计：窗型的结构在通风面积以及通风情况两方面中发挥着重要的作用。例如，当窗户的面积大小一样时，平开窗的建筑的最大通风面积就比推拉窗的通风面积大，两者间的差距约为一倍。上悬窗和开平窗的通风面积比较起来相差不大，然而两者的开启方式有所差异，所以两者为所属建筑形成的空气流通以及通风效果就产生了差异。如果户主的需求是最大限度地利用风能，那么在设计时应选择通风面积稍大的窗型。

（3）门窗外遮阳的设计

外遮阳对建筑节能有着深远的影响。选择的遮阳方式应符合建筑的整体风格，不能将两者结合起来后给人的感官是格格不入。除此之外，外遮陽还应与建筑的立面设计建立起联系，这一点是很重要的。科学技术在不断地进步，遮阳技术也随之发展起来。根据人们的不同需要，现今已经设计制造出了多种新型窗帘，例如热反射窗帘等。现今高技术的智能建筑在设计外遮阳时一般都采用电脑控制建筑内的紫外线辐射、通风等情况的方式。这种方式的技术含量高，但它对天气的适应能力很高。

4. 屋顶的节能设计

屋顶是整个建筑中直接接受太阳照射时间最长的构件，同时还扮演着与大气大面积接触的角色。一般情况下，它消耗的能量与维护总结构消耗的能量的比值可达到 7.8%～9.7%之间。通常该部件采取的节能措施包括以下几方面。（1）屋顶保温层的材料一般选择憎水性或者吸水率不高、密度不大以及绝热性能较好的。这样就可以有效的减少屋顶的质量与厚度，同时也降低了建筑物的承载压力。除此之外，它的憎水性能够降低屋顶对睡得吸收能力，从而不会很大程度的破坏屋顶保温材料的性能。（2）按照户主的不同需求选用现代保温隔热屋面，例如蓄水屋面等。（3）结合建筑的立面，可以设计浅色坡屋顶，也可以在其上添加合适的遮阳部件，这样不仅能够使整体建筑在视觉上美观，还能达到节能的目的。

5. 建筑内部使用空间的节能设计

建筑内部使用空间的节能设计是整个建筑设计总过程的非常重要的一部分，影响着整个建筑的设计效果。该部分节能设计结合了平面布局和空间布局，准确地测量了内部的各参数值，以期完善建筑的功能同时实现节能。

（1）常用方法：①将电梯、楼梯等设计规划在建筑的南或北方向，就能避免太阳的直射，便于住户上下楼梯；②挑空中庭形成二次隔热区域，这是一种较为普遍、高效的节能措施，一般的建筑都有采取这种方法；③在我国的大部分高温地区，一般都利用自然通风来降低温度和更换室内空气，从而减少相应的降温能源损耗。合理的平面设计可以产生很好的通风效果，门窗进行合理的估量计算后，形成一定的位置关系，用以形成天然的通风口。这样就达到了节能的目的，并解决了室内环境质量差的现象。

（2）空间设计上应考虑两个问题：①进出风口的高度在室内空气流动方向上发挥着很重要作用，也对住户的整体感觉产生着重要作用。所以，通常情况下根据住户对房间的需求来决定进出风口的高度。如果要在办公的地方设置通风口，那么设计者应将高度设计到人在坐着的状态下的头部偏高一点的位置处。如果要在居住地设置通风口，那么客厅、餐厅等房间可以根据人的坐姿状态进行设置；厨房需根据人的站姿状态进行设置。根据不同的功能对房间进行设计可以达到良好的通风效果。②文丘里管原理。根据该原理，在平面面积很大的建筑物解剖面的靠上位置来设计通风口，能够使该建筑物的通风效果达到最佳。