节能型建筑的探讨

贾 建 军

(山西晋设拓凡建筑设计咨询有限公司，山西 太原 030013)



节能型建筑的探讨

贾 建 军

(山西晋设拓凡建筑设计咨询有限公司，山西 太原 030013)

分析了我国建筑的能耗状况，结合建筑节能规划目标，从体型系数、窗墙面积比、外墙、屋面及外窗几个方面，探讨了节能型建筑设计方法，有利于保护环境，缓解全球能源紧缺问题。

节能型建筑，建筑能耗，围护结构,外墙，屋顶

0 引言

随着人类社会在各个领域的飞速发展，全球的能源紧缺问题就显现出来，全球的环境污染也凸显出来，雾霾天数增加，雾霾程度也越来越重。全球近30%的能源消耗主要体现在建筑上，节约能源、重复利用能源问题就成了全球性话题。尤其我国是世界第一大能源消耗国和碳排放国，能源消耗量和碳排放量分别占到世界的23%和28%。因此衍生出一系列新型的设计理念如零能耗建筑和绿色建筑等，大力研发安全、高效、新型清洁能源。应用新型节能型材料及技术来降低能耗，具有巨大的经济、社会、环境综合效益。

1 我国建筑能耗状况

我国还处于发展中国家阶段，每年建筑业房屋建筑施工面积巨大，尽管2014年固定资产投资增速放缓，但2014年全年新增房屋建筑施工面积还是高达20亿 m2，是所有发达国家一年建设量的总和。2016年全国能源消耗总量更是高达43.6亿t标准煤，伴随着全面建设小康生活步伐的不断推进，到2020年全面实现小康社会。我国处于城镇建设快速增长阶段，长期的粗放经济增长导致了能源的浪费迅速增长、能效低、环境污染等日益严重问题。我国现有绝大数建筑还远远未达到节能建筑标准，大多数都是高能耗、能效低的建筑。任由高能耗低效率建筑的肆虐发展，我国的能源生产势必难以满足能源需求，我们将陷入再无能源可用的困境，因此研发高效、安全、清洁能源建筑就摆在万事之首。

我国建筑用能占到全国能源消费总量的27.5%，并随着人民日益增长的物质文化水平的提高而逐步增加到30%以上。例如公共建筑目前我国每年公建建筑面积高达5亿 m2，公共建筑具有体型巨大，为了过分追求造型美观采用不规则造型及大量使用透明玻璃幕墙、构架等特点。在公共建筑的全年能耗中，供暖空调系统的能耗占到1/2，照明能耗占到1/3，其他能耗约占20%。其中供暖空调系统能耗中，外围护结构所导致的能源消耗约占35%，所占比例之大。综上所述，从建筑的围护结构、供暖空调、照明、给排水及可再生能源利用等方面有很大的节能空间。

2 节能发展阶段

1)根据《建筑节能“九五”计划和2010年规划》新建采暖居住建筑节能分以下几个部分：

第一阶段：1996年以前在1980年—1981年当地通用设计能耗水平基础上降低30%；

第二阶段：1996年起在第一阶段节能标准上节能30%，即节能50%标准；

第三阶段：2005年起在第二阶段节能标准上节能30%，即节能65%标准。

2)新建采暖公共建筑2000年达到节能50%标准，2010年在第一阶段节能标准上节能30%，即节能50%标准。

从节能标准的编制进程就不难看出国家在节能绿色建筑的关注力度及投入。从最初的节能35%标准到现在的节能65%标准，节能标准越来越高，提高幅度近1倍，节能要求也越来越严，隐藏背后成本的投入是成倍增加。

3 规划设计前期

规划节能设计是节能型建筑设计的重要内容之一。规划节能设计应从项目选址、建筑方位朝向、建筑体型、建筑间距，并充分考虑项目所处的气候环境(风环境、冬、夏太阳辐射强度、太阳角度、光环境、声环境、污染源等)因素，将建筑设计与建筑周围外部环境、建筑新技术和能源有效相结合。重视利用一次能源，冬季充分利用日照以获得更多热量，躲开主导风向，迎风面在满足房间使用功能的前提下尽量减少门窗洞口数量及开启面积，以减少外围护结构的热量损失；夏季和季节更替时期应最大限度减少内部得热并利用外部环境对其冷却；利用自然通风，合理确定建筑朝向、体型、位置及外门窗的开启方式、活动遮阳及通风措施，着重考虑内部穿堂风的形成。进行总平面设计时充分剖析场地现状条件，尽最大限度利用原有自然水域、湿地和植被等，通过合理优化外部环境如建筑周围布置树木、植被、水体、假山等进一步改善室内微环境。

我国地广人博，我国气候总体来说划分为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区，东西南北地域气候差异很大。建筑设计时应遵循被动节能措施优先原则，充分利用自然采光、自然通风。建筑总平面设计时综合考虑历史文脉、地域特征、城市规划及环境等因素，权衡利弊，优化建筑规划设计，选取适应当地自然环境的最佳朝向。

4 围护结构设计

1)建筑的体型奇异复杂，过多的凸凹对建筑的能耗影响很大。体型系数越小，单位建筑面积对应的外表面面积越小，外围护结构能耗损失就越小。以严寒地区为例，在体型系数0.3的基础上每增加0.01，能耗约增加2.4%～2.8%，每减少0.01，能耗约减少2.3%～3%。可见把体型控制在一个较小的水平对降低建筑能耗很关键。但是过分追求小体型系数又制约着建筑的外观，使建筑外观显得呆板，甚至损害建筑功能。因此应权衡利弊，兼顾建筑美观的同时，尽量减少外表面面积。通常控制体型系数大小可采用以下方法：

a.合理控制建筑面宽，采用适当的面宽和进深的比例。

b.在符合规划的前提下增加建筑层数以减少平面展开。

c.合理控制建筑体型及立面变化。

2)外围护结构热量损失主要由外墙(包括非透明玻璃幕墙)、屋面、立面外窗三部分造成。一般增加围护结构的费用仅占总投资4%～5%，而节能效果却显著提高达30%～40%。因此通过改善建筑物围护结构的热工性能，夏季可减少室外热量的传入，冬季可减少室内热量的损失，从而使建筑内部热环境得以改善，减少建筑的冷、热消耗。

a.外墙节能措施。外墙外表面面积占总外表面面积高达50%以上，有些项目所占比例更大，因此外墙热量损失所占外围护结构热量损失比重也相应很大，从外墙方面进行节能优化设计潜能很大。首先，外墙基层墙体材料选取适合当地地域环境，可就地取材，导热系数小、可循环利用率高、耐久性、耐候性好的轻质高强材料。保温材料选用导热系数小且与基层墙体紧密粘结的新型材料。针对这几年外墙外保温保温层空鼓、开裂、脱落等质量通病，近期国家出台了外墙高效保温与结构一体化设计的一系列规定，保温材料当做基层墙体模板整体浇筑，节省工期也节约成本被广泛推广。其次，外墙设计应尽量减少采用玻璃幕墙。现在设计师一味追求造型美观，大量采用玻璃幕墙，玻璃幕墙不仅造价高、后期维护成本高且还会造成二次光污染，无形中增加项目的投资成本，能耗加大。

b.外窗节能措施。窗墙面积比的确定应综合考虑众多因素，最主要的是不同地域的光环境、风环境、室内外温差、室内采光系数及建筑能耗因素。窗户的保温性能较墙体保温性能差很多，外墙开设窗数量越多，面积越大，供暖和空调能耗越大。因此在满足室内采光系数及通风条件下尽量减少外墙开窗数量及面积，尽量减少同一个房间在两个及两个以上不同朝向开设窗洞口。

窗及透明玻璃幕墙对建筑能耗的影响主要有以下两个方面：一方面是其热工性能的影响所引起的室内外温差传热；另一方面是其受太阳辐射影响造成的室内得热。冬季太阳辐射热通过窗及透光幕墙有利于室内热环境，而夏季则增加室内空调冷负荷。因此减少窗和透光幕墙的传热系数成为减少太阳辐射热通过窗及透光幕墙的热量传热主要途径。窗和透光幕墙的传热系数的控制通过选择低辐射隔热玻璃、断桥隔热型材窗、双层中空窗等等节能窗来实现。增设活动外部遮阳设施可以改善太阳辐射热对室内温度的影响。遮阳设施有外遮阳、内遮阳、中间遮阳三种形式。外遮阳直接暴露室外，遮阳效果好但是对材料及构造的耐久、耐候性要求高且操作维修不安全；内遮阳将入射室内的直射光漫反射，但遮阳效果不明显；中间遮阳位于玻璃系统的内部或两层门窗、透光幕墙之间，便于调节，不易污染，但造价高。因此设置遮阳设施时综合考虑各种因素，进行遮阳一体化设计。

另外外窗应具有良好的气密性，以防止夏季和冬季室外空气向室内的渗透。外窗与墙体的缝隙可用高效节能材料填堵。

c.屋顶节能措施。屋顶兼顾着结构、防水、防火、保温隔热功能。屋顶设置保温层在寒冷地区可以阻挡室内热量的损失；炎热地区可阻止太阳的辐射热传到室内；冬冷夏热地区则要兼顾冬、夏季。屋顶保温层应选用耐候性、阻燃性、导热系数小的轻质材料。屋顶还可以通过设置蓄水屋面、种植屋面、通风屋面、太阳能设施等来降低能源消耗。蓄水屋面通过水来减弱太阳辐射的屋面的热传递；通风屋面通过设置屋面通风空气间层，利用空气的流通降低屋面的表面温度；种植屋面通过在屋顶设置适宜当地环境的植被可以改善城市环境气候，调节城市的温湿度的效果很明显，屋顶植被可以有效的降低屋顶结构表面温度，降低室内空调能耗，改善室内热环境。以上措施需处理好构造措施以防造成结构层的破坏。

通过以上几点措施，可以有效地控制建筑能源消耗，这对于我国建筑行业的发展以及能源节约有着十分重要的意义。

On energy-saving buildings

Jia Jianjun

(Shanxi Jinshetuofan Architectural Design Consultant Co., Ltd, Taiyuan 030013, China)

The paper analyzes the architectural energy consumption in China, and explores the design methods for the energy-saving buildings from the style coefficient, coverage ratio of windows and doors, external walls, roof and its external windows by combining with energy-saving planning, so as to protect the environment and relieve the global energy shortage.

energy-saving building, architectural energy consumption, enclosure structure, external wall, roof

1009-6825(2017)08-0190-03

2017-01-05

贾建军(1980- )，男，工程师

TU201.5

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