高层建筑设计中建筑节能设计的应用

2021-03-10刘晓琴

建材与装饰 2021年5期

刘晓琴

（国策众合（北京）建筑工程设计有限公司，山西太原 030000）

社会经济的发展，群众的生活品质有所改善，建筑节能设计也成为人们关注的焦点。当前，我国建筑行业能耗有所增加，破坏了周边的生态环境。对此，相关单位需创新传统建筑设计理念，基于建筑节能设计，有效减少资源和能源的消耗，充分利用自然资源。

1 高层建筑能耗特点

若想加强建筑节能设计，就要准确、全面地了解高层建筑能源消耗特征。高层建筑运行中，其承载量较大，务必高度重视能量的充足供应。工作人员需充分保证供水、供暖、照明、空调和电梯等设备的安全、稳定运转，而这一过程需要消耗大量能源。主要的消耗形式包括电、煤、天然气以及集中供热的蒸汽和热水等。其中供暖空调系统、照明系统、动力系统和办公设备系统是建筑能耗的四个主要系统。供暖空调系统耗电量占整个建筑能耗的50%以上；照明系统次之，大约为20%；动力系统约为10%；办公设备系统约为10%，另外，由于高层建筑的属性特征，对建筑采光及通风能力也提出了较高的要求。此时气候对高层住宅建筑产生了较大的影响。若仅从环境和建筑间的关系来解决节能问题，则无法有效保证节能设计的总体效果。对此，设计人员要分析建筑自身的条件和特点，寻求解决问题的有效方式。这也是可持续发展背景下，建筑行业得以前行的基本要求。

2 高层建筑节能设计的重要性

当前，我国经济前行速度加快，城市化水平显著提高，高层建筑数量明显增多，规模有所扩大，节能绿色环保理念也成为现代社会发展的主流趋势，此时高层建筑节能设计也受到人们的普遍关注。但我国部分高层建筑依然采取传统的能源供应方式，夏季主要以空调降低室内温度，冬季主要采用人工采暖。但传统的能源利用方式无法顺应城市发展的总体要求。如室内设计节能效果不佳，则会浪费大量资源。冬季时也无法为居民提供舒适的室内环境。而高层建筑的出现则有效解决了上述问题。

在高层建筑节能设计中，设计人员需采取有效措施及时解决日照问题，充足的光照是维持室内环境舒适性的重要因素。城市高层建筑由于密度较大，不可避免地会出现相互遮挡的情况，进而使房间无法满足标准日照时间的要求。光照在建筑设计中也发挥着十分重要的作用，有利于维护居民的身心健康。所以在高层建筑设计中，应深度考虑建筑的朝向及门窗的位置，使其满足节能建筑应用的总体要求。

另外，在设计的过程中也要合理应用可再生资源，替代原有的存在污染的资源，这不仅可以减少建筑工程对周边环境的污染，还可节约大量宝贵的资源，保障工程的综合效益。所以说，在高层建筑设计中，合理利用可再生资源尤为关键。

3 节能设计在高层建筑设计中的应用策略

高层建筑设计阶段，节能设计应用于多个领域，该项设计的应用显著提高了高层建筑设计水平，降低了建筑能耗。节能设计应用于高层建筑设计中具有十分积极的现实意义。

3.1 场地节能设计的应用

高层建筑节能设计中，务必高度重视建筑的朝向问题，设计中顺应高温季节的主导风向，按照工程所在地的实际情况，保证建筑物间进出风口设计的科学性与合理性。建筑排列时，需以南北朝向为首选，以避免阳光辐射过于充足给人带来不适感，减少空调运行中产生的消耗。不仅如此，在建筑间距规划设计的过程中，还要基于标准距离作适度调整，以改善自然通风的效果。同时，与外界空气进行热交换，有效减少能源消耗。

除此之外，在平面设计中，还要求设计人员全面改善垂直墙面窗户的通风效果。利用双层玻璃加强室内温度的舒适性。最后，全方位考量高层建筑布局的科学性与合理性。在考虑周边环境和建筑成本的同时，也需完善建筑采光和通风设计，并采取科学有效的遮阳措施，以此有效降低空调运行中产生的能耗。

3.2 空间节能设计的应用

高层住宅建筑空间设计中，设计人员需高度关注平面和立面的设计工作，注重建筑物通风和采光的效果，使其满足建筑设计标准的总体要求。首先，在立面设计中，在建筑物中心位置设置能够连接上下部分的垂直空间，并设置通风口，通风口的高度不得小于住宅屋面。其次，进出口高度需满足建筑物环境要求，防止其对空间流动产生不必要的影响。最后，在平面设计的过程中，重视门窗的位置，尤其是窗户的朝向设计，使其在满足标准要求的同时，合理创新，扩大进出风口接触面积，以优化建筑物内部空气流通的整体效果。

3.3 围护结构节能设计的应用

3.3.1 屋顶节能设计

屋面材料应选择节能性较好的屋面材料。在建筑屋面设计中主要采用正铺法，这一技术是在防水层和屋面板中间设置保温材料。而倒铺法是颠倒保温层及防水层的位置。保温层主要选用吸水率较低、质量较轻且强度较大的材料，该方式可有效保护保温层，防止防水层受室外环境变化及人为因素的影响，延长防水材料的使用寿命。再者，浅色坡屋面节能也尤为重要，设计中选择非金属浅色屋面能够充分展现其隔热保温的性能，也可减少屋面渗漏引发的各类问题。浅色屋面能够反射近7 成的日照，可有效减少2~3 成的能耗。

3.3.2 外墙节能设计

外墙在维护结构中扮演着重要角色，是构成外墙结构的主体。高层建筑主体结构中，主要采用钢筋混凝土框架或剪力墙结构承受重量。维护结构是十分重要的填充材料，为有效控制负荷，高度满足建筑的保温、隔热的基本要求，可采用轻质高效的保温材料。高层建筑节能主要利用建筑节能改造的手段，使用性能优良的建筑绝热材料和复合墙体，在墙体中加入岩棉、聚乙烯塑料、聚氨酯泡沫塑料、玻璃棉等多种新型的保温隔热材料，严格把控材料的传热系数。

3.3.3 门窗节能设计

首先，增强门窗的密封性，有效减少冷风渗透。为减少室内的冷空气，设计人员可以采取有效措施，不断加强外门窗结构的气密性，如采用平开门窗和大块玻璃窗扇，有效控制扇与框、扇和玻璃间的缝隙，或者也可在缝隙中加入密封胶条。在门窗和墙体间的缝隙中，以保温砂浆或泡沫塑料做好密封工作，有效减少从门窗内渗入的冷空气，保障建筑结构的气密性。

其次，优化门窗的保温性能。外窗由玻璃和窗户等多种型材构成，外窗设计中，应利用双层玻璃、三层玻璃或装有惰性气体腔的双层和多层玻璃。选择窗户型材的过程中，要以铝塑复合型材及断热桥铝合金材料为首选，如图1 所示，该类材料具有阻隔传热的作用，并优先选择多腔型。

3.4 合理应用可再生能源

高层建筑节能设计主要是在建筑设计中，将太阳能和风能等清洁、可再生能源作为建筑的主要能源。在我国日常资源相对丰富的区域，可将太阳能作为高层建筑的主要能源，合理利用太阳能吸收储存装置。在建筑设计的过程中，可以将太阳能开发利用作为重点研究技术，在高层建筑房顶设置太阳能热水器，如图2所示，和一级太阳能蓄电池，这样一方面可有效减少高层建筑运行中的能源消耗，另一方面也可增强居民的环保节能意识，节约不可再生能源。高层建筑设计阶段，也要合理利用水资源，实现雨水的资源收集、存储、处理及二次利用，进而达到我国高层建筑节能设计的总体目标，最大限度缓解我国淡水资源相对匮乏的现状。