浅谈高层建筑节能设计措施

【摘要】当前，全球都进行快速发展阶段，其中建筑行业能耗之大已经成为发达国家所担心的主要问题，资料显示，近些年我国建筑能源消耗也正在不断提升，其能耗占我国能耗的32%，比例之大已经让社会各届不断关注并呼吁建筑节能的全面推进。而相关数据也显示，建筑节能有很多具体的方法与技巧，在部分发达城市实施中也取得了很好的效果。2016年1月，《墙材革新与建筑节能》刊发一篇名为《上海超额完成“十二五”建筑节能和绿色建筑目标任务》的文章，其中谈到2015年上海建筑节能取得的新成就，建筑节能可以使能耗降低25%左右，可见建筑行业节能还有很大发展空间，需要我们进一步探索。

【关键词】高层建筑；节能；设计；绿色

1.理论基础分析

高层建筑节能设计是在设计满足需要的高层建筑时本着节能的基本原则，充分考虑地区特点，利用气候优势，在建筑规划分区、群体和单体、建筑朝向、间距、太阳辐射、风向以及外部空间环境等方面进行充分研究后，给出的低能耗建筑方案。

2.我国高层建筑节能设计现状分析

当前，全球都进行快速发展阶段，其中建筑行业能耗之大已经成为发达国家所担心的主要问题，资料显示，近些年我国建筑能源消耗也正在不断提升，其能耗占我国能耗的32%，加上每年房屋建筑材料生产能耗约13%，建筑总能耗已达全国能源总消耗量的45%。庞大的建筑能耗，已经成为国民经济的巨大负担。我国现有建筑面积为600多亿m2，绝大部分为高能耗建筑，且每年新建建筑近30亿m2，其中90%以上仍为高能耗建筑。比例之大已经让社会各届不断关注并呼吁建筑节能的全面推进。而相关数据也显示，建筑节能有很多具体的方法与技巧，在部分发达城市实施中也取得了很好的效果。2016年1月，《墙材革新与建筑节能》刊发一篇名为《上海超额完成“十二五”建筑节能和绿色建筑目标任务》的文章，其中谈到2015年，上海市获得绿色建筑标识建筑98个，总建筑面积952万平方米（二、三星高星级绿色建筑所占比例超过75%）；累计263个，2356万平方米；2015年通过绿色设计项目603个，建筑面积3174万平方米。完成既有公共建筑节能改造508万平方米（400万平方米的既有公建节能改造单位面积降耗达到25%以上）；实现可再生能源建筑应用423万平方米。落实预制装配式建筑600多万平方米，预制构件生产能力达到130万立方米。可见建筑行业节能还有很大发展空间，需要我们进一步探索。

3.高层建筑节能关键技术

3.1建筑群设计

（1）通风与采光设计

建筑群的整体设计应该考虑到夏季通风与冬季采光的重要性，为了更有效的通风，建筑群在整体布局上要考虑到每一栋建筑的位置、朝向，使大数建筑内房间能够在夏季有自然风进入，达到防热的目的；冬季有充足的阳光进入达到采暖的目的。设计中可以考虑“高低错落”、“前低后高”的方式，也称错列式；也可以采用斜列式等其它模式，以保证建筑群整体的通風与采光。

（2）体形设计

建筑体形系数是指建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值。住宅建筑耗热量指标随体型系数增长而增加，从有利节能出发，体型系数应尽可能小。《民用建筑节能设计标准》规定“建筑物体型系数宜控制在0.30及0.30以下；若体型系数大于0.30，则屋顶和外墙应加强保温。”

可从以下几个方面入手：合理扩大进深尺寸，合理利用住宅类型特征（小天井、内廊式），平面空间组合集中紧凑，尽量减少凹凸变化，合理提高层数，加大体积，加大建筑物体量，（应避免作2000m2以下的小体量，以3000～4000m2为宜），缩小建筑物长、宽、高边长比率，减少体形系数。

3.2户型设计

（1）户型格局设计

在保证了建筑群整体的通风与采光后，针对每一户型，可充分考虑到通风与采光设计。设计中尽量保证更多户型可以通风、采光。同时，在建筑材料选择上，一定要选择节能环保的保温材料。另外，还要充分考虑到空调、采暖设备的合理应用。

（2）门窗设计

其中涉及到房间的门窗位置、开口方向、开口面积、开口尺度等。在设计时尽量在保证开口面积的同时设计合理的开口位置，以室内空气能有效流通、采光良好为标准。

通风口位置的设计应进量符合成年人上身为标准。而出风口位置的设置可以偏低，以增大风速，开口宽度尽量为开间宽度的三分之一到三分之二，开口大小应为地面面积的15%至25%，这样可以有良好的通风。

门窗的体型在设计时也要充分考虑，门的形状大至相同，但是当前很多高层建筑在窗的设计上为了追求视觉效果，五花八门。在设计上我们在追求外观漂亮的同时，一定要从建筑节能的角度思考。由于窗户采用的是玻璃隔断，因此不及导速度比墙体要快很多，因此开窗面积不宜过大，否则在能源上势必造成浪费。体形和面积越小，对于保暖越有效果。但体形系数过小，会造成平面布局困难，可能严重影响建筑功能。因此，在设计上要合理兼顾二者。另外，建筑设计师一定要充分考虑到地域差别，对于北方更倾向于采暖需求，而对于南方更倾向于夏季避暑需求。要提高窗户的气密性，减少冷风渗透；提高窗户本身的保温性能，减少窗户本身传热量均是窗户节能设计的重要方面。住宅节能设计标准规定北向窗墙面积比≤0.25，东西向≤0.30，南向≤0.35。

设计中应执行标准规定，若采用新型节能窗，其窗面积可以适当增大。关于外窗，单层透明玻璃和中空玻璃很难满足遮阳系数的要求，常用单层热反射玻璃，单层Low-E中空玻璃、Low-E中空玻璃。根据窗墙比选择，在施工图中写明窗玻璃的传热系数K与遮阳系数Sw的要求。在外窗开启方面，居住建筑外窗开启面积占所在房问面积的10%，1～6层气密性3级，7～7 层以上气密性4级（强条）。

4.高层建筑节能设计注意事项

4.1地域针对性分析与设计不充分

所谓的建筑节能一定要地域特点。首先是要符合自然条件，因此对于地域的充分分析是十分必要的。地域的优势要充分的利用，劣势一定要在设计中给予弥补方案这才是建筑节能设计的核心所在。而部分建筑设计在设计中却不能投入精力充分分析地域特点，设计了所谓的“节能建筑”。自然条件包括地域结构、风向、风力、温度、适度、温度变化区间、季节变化、降雨量、降雪量、日照时间等。

而除了自然条件以外，还要充分考虑人的因素。比如地域的生活方式、生活习惯、经济发达情况、审美观点、传统观念、文化传统以及宗教习俗等。这些都是需要充分考虑到建筑节能当中的重要因素。

如果忽略了这些因素，就会造成节能设计的失败，乃至建筑设计的失败。例如，我国北方地区，以北应该为例，其夏季高温多雨，冬季寒冷干燥、日照较少，因此，冬季日照是十分重要的生活需求，也是节能的最好方法。在高层建筑群设计时，应尽量使空间开阔，以获取充分的阳光照射。

因此，节能设计应与地域性相结合，“ 因地制宜” 才能让建筑在消耗最少能源、释放最少碳排放、对环境损害最小、经济效益最高的情况下为人们创造舒適的建筑环境，建设具有地域特征的节能建筑，进而实现环境与社会经济共同可持续发展。

4.2过度依赖节能材料造成的高成本

很多建筑设计师在设计节能建筑时，不在通风、采光等建筑设计本身上下功能，反而把目光集中在大量高品质节能材料当中。北京某如锋尚国际公寓，在设计时利用了当前流行的八大节能技术手段。其中包括采用外墙子系统、健康新风子系统等。通过这些系统的应用可以实现高层住宅的节能目标。但是，由于节能材料应用较多，造成了造筑本身的高成本，因此楼房在销售时价格较同地段其它楼盘的价楼高出一倍，也因此，销售业绩不佳，遭受冷门。分析其节能方案就是过度应用节能技术，从而导致成本过高。而这些高成本的投入所带来的节能效益已经在生产成本中浪费掉了。

小结：

另外，在建筑设计时，一定要充分考虑到节能材料的应用。例如，采用节能环保且保温性能强的墙体材料；选择密闭好、隔热性强的窗体材料；选用绿色节能的灯源等。另外，尽量应用建筑物自身可获取的太阳能，也可以大大降低建筑物节能。还有，绿色植被的有效运用等方法，未来都可以在高层节能建设中运用。

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作者简介：

丁启明（1771.1-）男，吉林长春人，本科，技术职称：高级工程师，研究方向：工民建。