绿色建筑节能设计技术途径探析

张建云

（宁夏建设职业技术学院，宁夏银川750021）

1 绿色建筑节能的意义

现代社会人们对能源的消耗主要体现在交通运输、物质生产和建筑使用的过程中，建筑在形成、建造、运用中会耗费大量能源，加大了能耗的压力，而建筑耗能在总耗能中的比例，充分体现了一个国家和地区的经济发展水平以及生活质量的提升。据有关研究数据统计，主要发达国家建筑使用耗能占全社会总耗能30%～40%。据相关数据分析，建筑在建材生产、建筑施工、建筑运行的全生命周期内消耗了地球上大约50%的能源、42%的水资源、50%的材料，产生了全球24%的空气污染、50%的温室效应、40%的水源污染、20%的固体垃圾和50%的氯氟烃等。因此，发展绿色节能建筑，是化解我国日益匮乏的资源，改善人们生产、生活环境、质量，促进经济健康可持续发展的有力保障。

2 绿色建筑节能的内涵

建筑节能是指在建筑物规划、设计、新建（改建、扩建）、改造和运行过程中，依据建筑节能标准和施工执行节能标准，采用节能型技术、工艺、设备、材料和产品质量验收规程，合理设计建筑围护结构的热工性能，采用低能耗的建筑材料、设备系统，并利用可再生能源，在保证建筑物使用功能和室内热环境质量的前提下，降低建筑能耗，合理有效地利用能源。

建筑节能设计和实践证明，只要因地制宜，选择合适的节能技术，居住建筑每平米的造价提高幅度约在建造成本的5%～7%内，可以达到节约能耗50%～65%。据我国相关资料报道，建筑节能的投资回报期一般在5年左右，而建筑物的使用寿命在50～100年，两者相比较，节能建筑的经济效益是非常显著的，节能建筑前期一次性投入后，可以在较短的时期内回收成本，可在建筑使用寿命期内得到长期的受益。在我国新建建筑的节能设计和老旧建筑的节能改造中，都将为国家的经济效益和环境改善提供有利保障。

3 绿色建筑节能设计的技术途径

形成建筑能耗的原因很多，因而建筑节能是一个系统全面的工程，它涉及建筑的规划、设计、施工、运行管理诸多环节，涉及建筑、结构、建筑设备、建筑电气与智能化等专业技术。建筑节能途径主要包括：房屋各部位（屋顶绝热、墙壁绝热、地面绝热、门窗绝热）的绝热措施、采暖节能的基本途径、建筑制冷设计的节能途径和照明设计的节能途径。

3.1 合理优化和体形设计

3.1.1 建筑物的体形变化直接影响建筑节能效率，决定着建筑采暖和空调耗能的多少。从节能角度讲，单位面积对应的外表面积越小，外围护结构的热损失就越小，从降低建筑能耗的角度出发，应将建筑体形系数控制在一个较低的数据。建筑节能研究结果表明，体形系数每增大0.01，建筑能耗指标约增加2.5%。如图1和表1所示，同体积不同体形会有不同的体形系数，其中立方体的体形系数（F0/V0）比值最小。在相同体积下，由于围护结构的总面积不同耗能量也相差很多。

在建筑节能规划中应降低或控制建筑体形系数。一般建筑的体形宜控制在0.30以下，如果体形系数大于0.30，建筑屋顶和建筑外墙采取相应的保温措施，以便将建筑物耗热量指标控制在国家规定的水平，即总体上实现节能保温50%或65%的目标。

图1 同体积建筑的不同体形系数

表1 同体积建筑的不同体形系数

3.1.2 建筑朝向和间距对能耗的影响

建筑朝向设计是建筑节能设计的重要内容，古今中外都非常重视对建筑朝向的选择。从建筑节能角度考虑，建筑朝向的选择应避开冬季主导风向，同时也应考虑到夏季防止太阳辐射与暴风雨的袭击。从而针对不同朝向墙面在不同季节的日照时数进行统计，求出日照时数的平均值，作为综合分析朝向的依据。

建筑朝向经过分析并确定后，建筑规划设计时应结合日照时间、建筑节能、节地原则、地形地势等具体情况，全面综合分析各技术参数来保证建筑间距。我国地处北半球温带地区，居住及公共建筑中，在夏季应避免较强的阳光照射，冬季又需要获得充分的阳光照射，从而满足室内卫生、建筑采光及辅助得热的需要。因此，居住建筑日照标准通常是将冬至日或大寒日定为日照标准日，保证每套住宅至少应有一个居住空间能获得日照。日照间距如图2所示，日照间距D0=H0cothcosγ，当建筑物为南北朝向时D0=H0cothcosA，当建筑物为南北朝向正午时日照间距D0=H0coth。因而在施工规划阶段，应仔细考虑建筑朝向、建筑形体、建筑间距等与节约能源的联系。

图2 建筑日照间距示意图

3.2 建筑屋面设计

建筑屋面作为建筑物顶层的覆盖层主要起承重、围护、保温、隔热、防水等作用。建筑屋面随着季节寒暑变化，夏季高温气候阳光暴晒、冬季寒冷空气侵袭，使建筑顶层室内能耗明显大于任何一面外墙和地面的耗热量。在建筑围护结构中，屋面的能耗约占建筑总能耗的5%～10%，占顶层楼能耗的40%以上。因而，屋面的保温隔热功能是降低建筑物能源消耗的有效途径，是改善顶层室内环境、减少空调使用时间、节约控制能耗浪费的有力措施。

屋面保温效果是通过在屋面系统中设置保温材料层、增加屋面系统的热阻来达到的；保温材料的选用，应考虑使用热导率小、轻质高效、表观密度小、吸水率低、有一定抗压强度、可长期发挥作用、性能稳定可靠的无机或有机保温材料作为保温、隔热层。绝大多数的建筑屋顶保温设计是在结构层上防水层下铺设轻质保温材料，如膨胀珍珠岩、玻璃棉等，适用于正置式屋面铺装法。其中挤塑聚苯乙烯泡沫板、硬泡聚氨酯等几种材料性能最优，适用于倒置式屋面铺装法。屋面节能的设计构造有保温屋面（用高效保温隔热材料做外保温或内保温）、加贴绝热反射膜屋面、架空通风屋面、蓄水屋面、绿化屋面和坡屋面等不同方法满足屋顶节能的要求。图3为代表性的屋顶保温隔热节能系统构造做法。

图3 屋面保温隔热系统构造层次

3.3 建筑外墙节能设计

在建筑总耗能中，建筑外墙传热耗热量约占25%，楼梯间隔墙的传热耗热量约占25%。由此可见，提高墙体保温隔热措施将降低墙体的耗热量，起到节约能源的效果。墙体保温常用的做法是增加保温材料的复合墙体，由于使用了新型高效保温材料，从而突显了建筑优良的热工性能，建筑结构层和保温层都可充分展现各自材料的优势和特点，既不增加墙体的厚度，又能保温、隔热节能，也可满足抗震、承重及耐久性等诸多施工技术要求。

在墙体设计中常用聚合物发泡型保温材料，包括聚氨酯泡沫塑料（PU）和聚苯乙烯泡沫塑料（EPS/XPS）、矿棉及玻璃棉制品、聚苯颗粒保温浆料、新型绝热板材等绝热材料。目前，外墙外保温常用材料为隔热性能好、价格低廉、施工方便的聚苯乙烯泡沫板并广泛应用于建筑建设的各个方面。外墙外保温隔热设计，在一定时间内，墙体将直接暴露在阳光下，因此，外墙外保温可以避免产生热桥效应，利于保障室内的热稳定、利于提高建筑结构的耐久性、利于既有建筑的节能改造。

外墙保温工程施工既可在室内，亦可在室外，技术参数比较好的做法为外墙外保温，因其构造能够满足水密性、抗风压性以及温湿度变化的要求，不会产生裂缝，并能抵抗外界可能产生的碰撞作用，还能使相邻构造之间、构造与构造间、构造与饰面材料间都能得到有效处理。不同外墙（现浇混凝土墙、砌体墙）保温材料的选择、基本构造、施工工艺均有不同之处。

3.4 建筑外门窗节能设计

建筑外门窗是组成建筑物围护结构的一部分，首先应满足基本的使用功能，同时应有采光、通风、防风雨、保温隔热、防盗、防火、美观、装饰等功能。建筑外门窗的热耗能的损失非常大，据相关数据显示，传统建筑通过门窗损失的耗能约占建筑总耗能的50%，而通过门窗缝隙损失的耗能约占门窗总能耗的30%～50%。由此可见，加强建筑外门窗节能设计是改善建筑室内外热环境交换程度、提高节能效果的主要环节。衡量建筑门窗性能的指标主要有阳光得热性能、采光性能、空气渗透防护性能、保温隔热性能等。门窗的节能技术体现在提高门窗的性能指标，在冬季增加阳光利用的有效性，增加室内房间的得热率和采光性，通过降低门窗导热和空气渗透，提高保温性能。在夏季采用隔热及遮阳措施，减少由于门窗透过的热辐射和室内空气渗透过大导致空调增加负荷和耗能。因此，建筑门窗节能设计采取的主要措施：一是满足建筑采光与通风标准后，应严格控制建筑各朝向的窗墙面积比，并与外立面有效结合，在达到使用功能和美观要求的基础上尽量减少窗户的面积。二是选用门窗材料时，应结合工程实际情况，尽量选用新的环保材料，以提高材料的保温性能，提高门窗的气密性、水密性和抗风压性能。建筑外门窗节能工程包括金属门窗、塑料门窗、木质门窗、各种复合门窗、特种门窗、天窗及门窗玻璃安装等节能工程。双保温隔声效果优于单门窗材料。金属保温门窗（断桥铝合金门窗、涂色钢板门窗、铝塑门窗）既能起到一定的装饰效果，也应有足够强度和耐老化性能，同时具有良好的保温、隔声性能，当室外温度降到-40℃时，室内玻璃仍不结霜。玻璃有普通玻璃、中空玻璃、空心覆膜玻璃等，在隔声、保温、节能、美观适用、降低室内温差、改善照明性能方面，中空玻璃效果很好。随着节能要求的不断提高，节能门窗从结构上不断改进，出现了三玻窗及多层窗，使保温节能更趋于理想效果。

3.5 建筑楼、地面节能设计

建筑楼底层包括楼板层与地坪层，地坪层是建筑物底层房间与下部土层直接接触的部分。如果底层地面热阻过小，就会使首层室内耗热量增加，甚至会出现温度过低导致房间结霜和冻脚现象。因此，为了提高室内温度，增加人体的热舒适性，降低楼地面耗热量的散失，按区域、按房间功能对底层地面采用节能标准设计。

楼、地面节能设计包括：不采暖地下室顶板作为首层的保温隔热节能工程；楼板底面下方接触室外空气、土壤、和毗邻不采暖空间的地面节能工程；也包括分户采暖和计量收费的建筑，楼层与楼层之间的楼地面要求保温隔热节能工程。楼、地面的保温隔热节能技术一般有两种：一是普通的楼地面在楼板的下方粘贴膨胀聚苯板和其他高效保温材料后吊顶；二是采用地板辐射采暖的楼、地面，在楼、地面基层施工完成后，在该基层上先铺保温材料，再将交联聚乙烯、聚丁烯、无规共聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯、耐热聚乙烯或铝塑复合等材料制成的管道，根据得热量确定管道间距，以双向循环的盘曲方式固定在保温材料上，在管道上覆盖豆石混凝土，经整平振实，最后在其上铺设地面材料。

3.6 建筑遮阳设计

为了实现节能设计，我们还可以根据不同的日照时间和不同区域的建筑功能来设计建筑遮阳。采用对太阳光线中的热辐射有遮蔽作用的建筑构件或遮阳设施，空调用电可以节约25%左右，采用优质建筑遮阳措施，能够使外窗保温性能提升约一倍，节约建筑采暖用能约10%左右。因此，应选用合适的遮阳设施。遮阳的布局一般是根据太阳高度角的变化来确定，有水平式遮阳、垂直式遮阳、综合式遮阳和挡板式遮阳。不同的遮阳形式可以满足不同地区、不同功能建筑的需要。

3.7 建筑节能体制的建设

政府应建立和完善建筑节能设计的法规和强制执行标准，进一步加强绿色建筑技术的研究、开发、示范、推广和宣传，促进绿色建筑技术进步与创新。建设单位应按照规范将绿色建筑标准纳入工程竣工验收，不符合绿色建筑标准的，不得通过竣工验收，不符合建筑节能要求的企业也要加以限制和禁止。同时，国家应完善对建筑节能设计的监督控制，构建相应的评价体系，鼓励采用建筑环保理念的企业，严格执行建筑节能强制性规范标准，扎实推进现有建筑节能改造，提高能源资源利用率，提高建筑的安全、舒适和健康性，从而实现建筑节能设计的科学性、有效性和综合性。

综上所述，建筑节能是促进绿色建筑发展、提升人们生活工作条件、减轻环境污染、促进人与自然和谐发展、经济可持续发展最直接的措施，同时，建筑节能发展应坚持因地制宜、被动优先、主动优化的技术路线，推广应用自然采光、自然通风、保温遮阳、余热利用、雨水利用以及太阳能、浅层地温能、空气源热能、污水源热能等可再生新能源利用技术。提倡节能理念，实现建筑业绿色和可持续发展。