建筑节能设计的应用

陈文涛

摘要：建筑节能问题是当前建筑业发展面临的一个重大的挑战和机遇。建筑节能的实现需要对建筑设计的观念和设计方法进行变革，从建筑功能和价值形成的初期保证建筑节能目标实现。本文通过对建筑节能设计、建筑围护结构节能设计两方面进行研究，提出了可再生资源节能设计的方案。

关键词：建筑节能；设计；可再生资源

1建筑节能设计

1.1建筑选址、建筑布局与节能设计

建筑基地不适宜选择在山谷、洼地及凹地等处，因冬季冷气流在凹地里易形成对于建筑物的“霜洞”效应，位于凹地的底层或半地下层建筑为保持所需的室内温度所消耗的能量就会相应增加。建筑物要尽量布置在向阳和避风的地方，向阳有利于建筑物充分利用太阳能，避风可尽量减少建筑物的热损失。在进行建筑布局时，要控制城市规模，并在规划设计中，注意避免人口密度与建筑密度较高的功能区连片布置，控制区域密度。

1.2建筑体形设计与节能

节能建筑的形态不仅要求体形系数（外表面积/体积）小，同时需要夏季日辐射得热少，冬季还需要对避寒风有利。有研究表明，体形系数每增大0.01，耗热量指标约增加2.5%，建筑体形系数宜控制在0.30以下。一般来说，控制或降低体形系数的方法有：减少建筑面宽、加大进深或增加组合体、增加建筑物的层数、选用长条形建筑外形等，而形体复杂、凹凸面过多的塔式建筑对节能不利。建筑体形系数还与建筑物的体形是否规整及建筑的体量大小有关。在建筑设计中，应注意最低耗能体形的选择，即建筑的各方面尺寸与其有效传热系数相对应的最佳节能体形。一般来讲，当各面的平均有效传热系数不同时，传热系数相对较小的面具有相应较大面积的体形是最佳体形；而当各面的平均传热系数相同时，体形系数最小的体形是最佳体形。

1.3建筑间距设计与节能

日照间距是影响生活质量的重要因素，制定日照间距的最终目的是确保居民生活的日照时间。阳光对于个人不仅有卫生学的意义，同时对人的心理及精神也具有一定的影响。较大的建筑间距可以使建筑物有充分的日照时间和良好的日照质量，对建筑节能非常有利。但因城市用地非常紧张，从节约土地的角度出发，又希望建筑间距越小越好。在建筑设计中，要合理解决这一矛盾。在进行总平面设计时，合理布置建筑物，使其达到有良好日照和较小间距的最优组合。在建筑单体设计中，可以采用退层处理、降低层高等方法。

2建筑节能设计应用

2.1墙体节能设计

建筑节能设计的主要手段是外围护的选材和构造。墙体作为外围护结构的主体，外墙体的保温设计相当重要，必须改变以往的外墙设计，采用新的节能墙体材料。在禁止使用黏土砖以后，应该把外墙的节能构造列为重要课题。墙体节能是采用高效保温隔热材料附着或填入墙体内，以提高墙体的热阻。复合墙体越来越成为当代节能墙体的主流，其一般做法是用砖或钢筋混凝土做承重墙并与绝热材料复合，某些单一材料墙体也可以起到减少能耗的作用。墙体改革推动了新型墙体材料的发展，多种节能型墙体应运而生，主要有以下几种：内保温复合墙体、外保温复合墙体、夹芯复合墙体等。随着建筑节能技术的不断完善和发展，外墙外保温技术逐渐成为建筑保温节能形式的主流。从科学合理的角度而言，外墙外保温形式是一种先进的、有着广泛应用前景的保温节能技术，目前主要有聚苯板薄抹灰外墙保温、聚苯板现浇混凝土外墙保温、泡沫玻璃保温板外墙保温等几种墙体外保温技术。

2.2窗节能

在保证日照、采光、通风、观景等要求的条件下，尽量减小建筑物外门窗洞口的面积是节能设计中应遵循的原则。影响窗的热损失因素有以下几种：

（1）窗户面积与空调负荷大小有一定关系。窗墙比宜进行适当控制，在窗墙比的选择上应区别不同的朝向。对于南向窗在选择合适的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使用，是冬季减少热耗的一个有效措施。要适当减少开窗面积以降低热耗。

（2）窗材料热阻方面：a窗框：选用金属材料窗型与隔热保温材料窗型的窗框材料进行复合，加大窗框的热阻，或利用空腹钢窗内的空气间层达到增加窗框热阻的目的。同时，选用导热系数较小的塑料窗框以减少通过窗框部分的热耗。

b玻璃：吸热玻璃是在玻璃本体内掺入金属离子，使其对太阳能有选择地吸收，同时呈现不同的颜色。吸热玻璃也可用镀膜方法生产。吸热玻璃的节能是通过太阳光透过玻璃时将30%～40%的光能转化为热能而被玻璃吸收，热能以对流和辐射的形式散发出去，从而减少太阳能进入室内。

c加强窗的气密性，采用气密条提高外窗气密水平，提高窗用型材的规格尺寸、准确度、尺寸稳定性和组装的精确度以增加开启缝隙部位的搭接量，减少开启缝的宽度，达到减少空气渗透的目的。近年来涌现的节能门窗的保温性和气密性都较好，而加强窗户的气密性是节能的关键措施。但是，加强窗户的气密性以减少空气渗透耗热量是以保证室内最低限度的换气次数为限度的，窗户过于密闭，室内空气质量达不到基本的卫生要求，也会使窗户造价提高，因此窗户的气密性达到4级和6级即可。

（3）安排好门窗的相对位置及开启方式，组织穿堂风通过。应设置可调节的活动遮阳设施，如遮阳棚、窗盖板、窗帘、百叶、热反射帘或自动卷帘等，以便夏季减少太阳辐射得热，冬季又得到日照，特别对西向、南向窗要更加重视。

2.3屋顶节能

除了考虑采用高效保温材料作为屋面的保温层措施外，还可从建筑设计角度考虑，在顶层设置通风隔热层或将顶层作为设备间等，形成二次隔热，减少屋面温度的影响；可设倒置式屋面；采用种植隔热屋顶，改善生态环境；可采用坡屋顶，利用閣楼通风散热。

（1）隔热屋顶：屋顶构造中设置的隔热层阻挡了屋面吸收的太阳辐射热向室内传导，迫使屋面温度升高以增大屋面与环境和空气的温差，使其有利于屋面将吸收的太阳辐射热向环境和空气散发。高效保温材料的应用，提高了屋顶的隔热性能。

（2）倒置式屋顶：采用倒铺法，保温材料设在防水层以上，使防水层不直接接受日光曝晒，保护防水层以延缓其老化，使之耐久。

（3）架空型保温屋顶：屋顶最外层是遮阳板，下带通风空气层，遮阳板拦截了直接照射到屋顶的太阳辐射热，并通过遮阳板与空气接触的上下两个表面把所吸收的太阳辐射热转移到空气中随风带走，风速越大带走的热量越多，隔热效果也越好。

（4）种植隔热屋顶：在屋顶上种一些植物，遮挡太阳辐射热的同时还吸收这些热量用于植物的光合作用、蒸腾作用和呼吸作用，把照射到屋顶的太阳辐射热转化为植物的生物能量和空气的有益成分，实现太阳辐射热的资源性转化，因此屋面温度变化比较小。种植隔热屋顶的植土不能太厚，植物扎根远不如地面，因此只适用于弱风环境而不适用于强风环境。

3利用可再生能源的节能设计

我们人类目前消费的能源包括建筑使用消费的能源，主要是煤炭、石油和天然气等化石能源。化石能源的枯竭是不可避免的，大部分化石能源本世纪将被开采殆尽。太阳能作为可再生能源，它资源丰富，既可免费使用又无须运输，对环境又无任何污染。

太陽能与建筑结合为我们有效利用可再生能源提供了一个理想途径。建筑物利用太阳能的方式有被动式和主动式两种。被动式利用太阳能是指建筑物直接利用太阳辐射的能量使其室内冬季最低温度升高、夏季最高温度降低。主动式利用太阳能是指通过一定的装置将太阳能转化为人们日常生活所需的热能和电能。

其中热利用的太阳能热水器技术已趋成熟。我国目前是世界上太阳能热水器的最大生产国和使用国，但综合利用的技术水平低。为了更好地利用太阳能，必须综合考虑太阳能技术和经济、环境、人文等因素之间的合理关系，将太阳能设计成一个子系统融合在建筑当中，即实现太阳能与建筑的一体化是今后建筑设计的一个方向。

（2）太阳能电池发电系统是利用光伏效应原理将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统。西方发达国家在这方面的应用已有比较成功的经验。由于成本高，在国内的大面积推广应用还需要时间，可以优先考虑在公共建筑和较高档的住宅区中试用，以积累设计和使用经验。预计21世纪中叶太阳能光伏发电将发展为重要的发电方式，在世界可持续发展的能源结构中占有一定的比例。太阳能在建筑上的应用不仅可以节省能源，更重要的是有利于保护环境。利用太阳能供电、供热、供冷、照明，最终实现绿色能源的建筑是世界上许多发达国家的热门研究课题，也是21世纪一个应用面很广、需求量很大的多学科交叉的综合性课题。这是太阳能利用的一个引人注目的发展趋势。

4结束语

要想建筑节能设计真正做到节能，关键要明确建筑节能设计的目的，端正心态，多学习节能方面的系统知识。从建筑能耗构成中的最大部分着手制定出切实有效并可行的节能措施，达到建筑节能效果，以保证尽可能地为人们提供健康、舒适、安全的居住、工作、学习和活动的绿色建筑。