房屋建筑结构设计中节能及环保体现策略探讨

2020-02-16

四川水泥 2020年10期

（黄石兴泰置业有限公司，湖北黄石 435002）

0 引言

住房条件的优劣一直以来都是评判一个国家经济发展水平高低的重要因素。而我国更是由于人口众多，资源分布不均，导致住房方面存在着一定的问题。近年来，在国家可持续发展战略的影响下，房屋建筑结构设计中的节能和环保意识得到了加强，基于此，为了更好地贯彻国家的发展战略，需要提高对节能环保意识的认识，将其贯彻在房屋建筑结构的设计过程中，提高房屋建筑的质量，这还需加强应用策略的研究。

1 中国房屋建筑节能与环保设计的现状

近年来，随着中国经济的快速发展和城市化水平的不断提高，城市人口呈现出急剧增多的状态，住房需求量迅速攀升，吸引了巨量资本注入房地产行业，在住房的总面积上更是达到了500 亿平方米。然而，由于我国人口基数庞大，人均住房面积指标与英美等发达资本主义国家相比存在着明显的差距。同时，国际发达国家的城镇化率达到了90%以上，而我国目前城镇化率仅仅完成了60%，由此可见，我国在住房需求方面的发展，还有非常大的上升空间。根据调查研究发现，许多西方国家在进行房屋建筑设计时，会采用一些新型的建筑材料，以求达到节能环保的效果，这些建筑材料大都能够回收再利用。而在我国的房屋建筑中，很多投资人甚至设计人环保节能意识不强，仍然是采用以往的建筑结构方式，即钢筋混凝土建筑结构。这种结构方式需要消耗大量的混凝土，开山采石破坏环境、挖堤抽砂危害河道，而且由于混凝土生产存在高耗能、回收性差的特点，对环境产生了一定的负面影响。房屋是有合理使用年限的，不具备安全使用功能时应该拆除，在拆除过程中，由于混凝土回收再利用效果较差，导致大量的建筑材料浪费，并且在拆除的过程中也会造成一定的粉尘污染和建筑垃圾的产生。很明显的是，这与我国的远期发展战略是不相符合的。由于我国人口基数大，土地资源有限，随着城镇化进程的稳步推进，这一矛盾将进一步凸显出来。

在我国的建筑史中，中国式的建筑具有悠久的历史，并且其结构完整、外形美观，而一直被沿用至今，而一些老一辈的传承的建筑结构仍然被我们现代人所使用。但是随着时代的发展，这些建筑在设计过程中有一些问题难以达到现在的要求，所以进行建筑结构设计的改革是一种大势所趋，也是响应国家号召的实践行动。

单纯鼓励“利废”的政策已经不能适应新形势下的发展，建筑设计要向“无废”发展。所谓“无废建筑”是指建筑设计和建造要保证建筑物最终拆除时能让“建材绿色再生”，即标准化构件能够拆卸和重复利用，非标准混凝土构件和不能重复利用的混凝土构件能够高品质回收利用。因此，他提出“建材绿色再生”理念，要求建筑材料要全面践行绿色发展、循环经济的理念，在建筑全生命周期中，不仅包括设计、材料生产、建造、运维，还要包括拆除环节，将建材再生利用率最大化，同时要考虑拆除和再生的能耗和环境成本，不能带来二次污染。目前绿色发展和高质量发展已经成为国家发展的战略导向，促进资源节约集约和循环利用，推广绿色建筑是国家重点工作。2019年7月1 号实施的《国家绿色建筑评价标准》明确了“绿色建材”概念，即在全生命周期内可减少对资源的消耗和减轻对生态环境的影响，具有节能、减排、安全、便利和可循环特征的建材产品。选材原则要符合资源节约，节能排水，质量安全，耐久性经济型等多项政策要求，特别提出采用耐久性好的建筑材料，其中对于混凝土结构，要采用高强高耐久性混凝土。因此在绿色建筑的理念中，不仅要有绿色设计、绿色施工、绿色建材、绿色运维的理念，还必须有建材绿色再生的理念。

2 房屋建筑结构设计中节能环保的问题

2.1 传统建筑措施的运用不科学

在对房屋建筑结构设计中节能环保存在的问题研究中发现：许多已经采用节能环保措施的项目，由于过分的重视对绿色节能环保理念的运用，却忽视了传统建筑措施的运用，这种弊端在一定程度上影响了对绿色节能环保效果的运用。在实际的施工过程中，虽然绿色节能环保相关的技术被重视，却又不可避免的忽视了对低成本的绿色节能环保技术的运用。这导致了工程造价成本的上升。由此可见：绿色节能环保并未取得应有的效果。

2.2 绿色节能环保的意识和技术不足

绿色节能环保的意识是房屋建筑结构绿色节能环保措施应用的前提和基础，唯有相关的工作人员对此观念有了正确的认识和足够的认识，才能够在施工过程中将此观念有效运用。但在研究中发现：许多工作人员对此观念缺乏足够的认识。在建筑的设计过程中，设计师不能够将施工设计和绿色环保的理念融合，就不能够达到绿色节能环保的效果，也就在一定程度上影响着房屋建筑结构设计中节能环保效果的体现。

3 制约房屋节能环保设计的主要因素

3.1 传统建筑材料

首先，建筑材料是建筑的核心要素，在房屋建筑与结构设计阶段，首先要严格把控建筑材料，根据节能环保的主要特点，需要尽可能采用可回收型建筑材料，我国自进入新时代以来，在建筑行业中，应用最为广泛的就是混凝土材料。这种材料在应用中面临的最突出的问题就是回收再利用的问题，混凝土的拆除回收再利用问题，我国目前也在加大研发力度，虽说制定了相应的引导性政策，但是收效甚微。很明显混凝土材料并未能达到节能环保要求，这就与现代房屋节能与环保的设计理念相违背。

其次就是保温困难的问题，这在我国的北方表现得尤为明显，因为北方的建筑会长期的暴露在寒冷的环境中，所以保暖的工作显得很重要，而混凝土在低温的状况下，通过其热传导性能会散失许多热量，这很明显并未能够达到北方的房屋建筑的要求，在供暖方面也会增加困难。我国为了推行节能型建筑，要求在房屋外墙设置保温建筑材料，降低室内外温差导致的能源消耗。设置保温层这一举措在很大程度上增加了建筑材料的损耗，也增加了成本，也是源于混凝土的保温性能差的原因。

再次是裂缝的问题，混凝土施工环境多为室外，如果遇到恶劣天气，比如夏季的高温，混凝土凝结过程中，由于水泥与水作用会产生放热化学反应，内部会产生大量的热量，也就是水化热，热量的散失过程也会蒸发掉一些水分，同时在太阳的强烈照射下，也会蒸发混凝土内部的水分，从而生成很多小气孔，在混凝土内部高温的影响下，混凝土表面的拉应力会增大，从而形成裂缝。除此之外，其他的恶劣天气像：暴雨、大风、低温等都会对工程建设造成一定的影响，导致裂缝的产生。

3.2 高层建筑特点

我国经济的迅速发展，带动了人口结构的变化，越来越多的人涌向了城市，然而城市的建设用地面积是有限的，所以就需要建设多个高层建筑从而满足社会需求。在城乡中为了更好地节省用地面积，许多村民也会选择修建高层房屋的方式，从而充分利用空间。

人口基数大，作为中国人口的最主要特征，在房屋建筑方面也得到了一定的呈现，因此，合理化的房屋建筑设计就显得很重要，通过合理的设计，能够合理有效地利用资源，增加社会产值。根据调查发现，我国现阶段的高层建筑中多以长方形或者正方形为主，为了增加房屋的采光面积，过度增大房屋开窗面积，导致窗墙比超标，从物理学的角度来看，这也会导致内部能量的流失，很明显，这是不满足节能环保设计的要求的。

4 房屋建筑结构节能及环保设计的有效策略

4.1 可再生能源的设计

可再生能源的设计是环保理念的重要体现，在房屋设计时，首先要将这种理念贯穿到设计的过程当中去。可以根据我国不同地域城市的特点和当地气候特点，设计风力发电或者太阳能发电设备。利用自然的风力或者太阳能进行发电，既能够满足房屋的用电需求，又贯彻了环保的理念。譬如在北方的冬季，从内蒙古吹来大量的西伯利亚冷空气会经过东北地区，这种强劲的风力能够转化为电力，降低发电用煤炭消耗量。

在太阳照射条件良好的区域，采用光电转换或光热转换方式充分利用太阳能，在每栋楼顶及阳台外墙安装太阳能电池板，利用太阳能进行发电或供热水，这种发电主要应用于电梯楼道的照明等一些公共区域的用电需求，单户有效日照面积较大的房屋，发电量较大时，可以通过双向电能计量表与电力系统并网，采用光电转换发电富裕的电能逆向并入电力系统，等于按同等用电价格获益。风能和太阳能的利用一方面进行了合理的能源开发，另一方面，又贯彻了国家的发展战略，减轻了社会的物业负担。

4.2 采用环保材料

在做好前期的设计和准备工作后，要做好环保材料的筛选工作。根据国家发布的有关文件的要求，严格地进行环保材料的筛选。例如：可以选择工业废渣再生材料代替传统的混凝土材料达到环保的效果。但这类混凝土强度不如传统混凝土，可用于非承重结构部位，如垫层、找坡层等。

4.3 保温设计理念

在房屋建筑设计过程中，既要考虑到因为窗墙比过大而造成的能量损失问题，又考虑到房屋建筑的通风问题。笔者在研究过程中发现，北方寒冷地区许多建筑的东西侧墙和南北阳台采用了弧形和半圆形的造型，这种建筑特点主要是为了应对北方冬季强烈的寒风，因此这就对房屋的外墙的保温性能提出了更高的要求。在房屋建设的过程中，要选择保温性能较高的材料，增强保温节能效果。另外还可以采取外圈高层包围多层建筑的坐落层次，这样的坐落层次和以往的坐落层次是不相同的，能够在很大程度上避免因寒风而导致的温度损耗，从而在一定程度上达到保温的效能。建筑群采用外圈高层包围多层建筑的坐落层次，可以适当扩大房屋间距，确保内外墙房屋的日照指标。。

4.4 节能环保设施

节能环保设施的运用是贯彻国家可持续发展理念的重要体现，在房屋设计时，可以在公共区域和住房区域都安装一定的节能设施。比如在公共区域的电梯设计中，可以采用变频电机，减轻对电力系统的压力；在楼道的灯具设计方面，要采取节能灯具，降低电力的消耗，在小区内部的公共设施建设方面，要选择绿色环保，无公害的建筑材料，避免因材料的过度使用而造成的能源的消耗。