高层办公建筑节能设计的常见问题及对策

青海瀚

（天津美新建筑设计有限公司广州分公司，广东广州 510000）

现代化工业产业的高速发展，在一定限度上造成社会中不可再生能源的使用危机，办公类建筑在市场内的占有量持续提升，建筑产业高层化成为必然趋势。与常规的建筑结构相比，高层建筑具有高能耗、结构复杂等特点，需要均衡社会资源消耗、产业持续化发展两者之间的平衡关系，确保此类建筑结构在市场内的赋存。文章在相关研究的基础上，对此类建筑在设计中存在的节能问题展开研究，制定与之匹配的建筑节能设计发展对策。

1 高层办公建筑耗能组成

与市场内低层结构建筑相比，高层办公建筑可以容纳的有效人数更多，需要同时作业的电气设备更多。为了确保建筑的正常运转，在建筑设计与开发阶段会布置大量的电气设备，电气设备是造成建筑高耗能的主要原因，本文对建筑高耗能组成与耗能分配标准进行描述。

建筑高耗能组成与耗能分配标准如图1所示。

图1 建筑高耗能组成与耗能分配标准

由图1可知，高层办公建筑结构中，耗能最高的电气设备为供电空调，通过对类似建筑的走访调查发现，大部分开发商在进行建筑设计时，没有考虑此方面问题，导致开发与设计的高层办公建筑存在高耗能现象。

2 高层办公建筑节能设计常见问题

2.1 建筑外墙保温性能低

高层办公建筑的特点是垂直地面方向上的表面积远大于与地面水平方向上的表面积，这一结构特点使外墙结构和窗户整体的保温隔热性能差。

通过对现有高层办公建筑的结构进行分析得出，外墙结构通常采用加气混凝土砌块堆叠的方式施工，缺少保温层的设置使办公建筑的供暖能耗进一步增加，不符合节能设计的实际需要。

高层办公建筑中大多数未采用科学合理的方式调节供暖空调能耗，造成能耗进一步增加。

2.2 室内通风条件差

低层或多层办公建筑设计中，通常采用板型平面结构的设计模式，通过增设廊道结构的方式实现对其他建筑单元的连接。

高层办公建筑板型结构平面如图2所示。

图2 高层办公建筑板型结构平面

使用高层办公建筑板型结构设计能够在一定限度上为建筑内部提供自然通风条件。但高层办公建筑类型的空间为大进深类型，外墙能够开启的面积有限，将这种结构应用到高层办公结构设计中，会造成室内空气的流通不顺畅，需要通过增加其他设备实现通风，在一定限度上会导致这一方面的能耗增加。

2.3 可再生能源利用率低

当前高层办公建筑中能源消耗的方式均为常规能源，未实现对可再生能源的有效利用。受到地基结构的限制，大部分高层办公建筑所采用的结构以方形、圆形或矩形为主，其长度与宽度之间相差比例较小。照度会随着距离的增加呈现出逐渐递减的趋势，这种结构的光线不足，会造成窗户的采光能力降低，无法满足大进深高层办公建筑的需要，缺少对自然光的合理利用，使可再生能源利用率进一步降低。

3 对策

3.1 建筑外墙保温材料选择与遮阳结构设计

为了解决此类建筑在开发与设计中存在的问题，对建筑外墙保温材料进行优化选择，并在此基础上进行建筑的遮阳结构设计。

大部分高层建筑的外围部分属于非承重部分，选择材料时应按照灵活性的选择方式，优先选择空心砌体砖块作为墙体导热材料，针对北方地区或季节变化较为分明的地区，尽量避免使用玻璃幕墙作为外墙保温材料。

完成对材料的选择后，根据建筑整体结构的设计要求，增设外部遮阳结构，降低空调在建筑室内调节温度时的耗能。常规的遮阳结构包括垂直结构、水平结构与综合结构，可以在建筑设计中结合工程需求进行设计。

在设计中，通过丰富与完善建筑立面进行城市景观设计的优化。

3.2 完善建筑结构设计中的通风节能条件

为了进一步实现对建筑结构中室内通风环境的优化，可参照“双层楼板”结构，进行建筑整体结构中的通风节能条件的设计。

楼板通风系统原理如图3所示。

图3 楼板通风系统原理

由图3可知，黑色区域为“双层楼板”结构，此区域可以存储夜间的凉风，该方式可以降低建筑室内环境的温度。与传统的建筑结构相对比，该设计方式可以有效存储夜间冷量。

3.3 基于可再生能源利用的建筑电气节能优化

可以使用清洁能源代替不可再生能源进行建筑发电，例如使用风能、太阳能、潮汐能、生物质能进行发电，使用蒸气、热水等物质产生的热量进行供电。可以增设建筑地源热泵，降低电气在使用中的能耗；使用新风系统进行社会自然条件的调节。

4 节能效果应用分析

针对上述高层办公建筑设计过程中常见的几点问题，提出相应的对策后，对其实际应用后的节能效果进行分析。将上述提出的对策应用到某高层办公建筑设计中，为了方便论述，选择上述常见问题中的建筑外墙保温性能低作为应用分析的重点，对引入对策后的建筑外墙保温性能进行记录，验证节能效果。

选择将建筑外墙的导热系数作为指标，导热系数数值越大，表明温度传递越快，保温性能越差，节能效果越不理想；导热系数数值越小，表明温度传递越慢，保温性能越优，节能效果越理想。记录应用策略后的导热系数。

高层办公建筑外墙导热系数记录如表1所示。

表1 高层办公建筑外墙导热系数记录

由表1中可知，应用节能设计对策，高层办公建筑的外墙导热系数均小于0.030 W/（m·K），具有良好的保温性能，满足建筑节能设计需要。

5 结语

本文以高层办公建筑为例，结合此类建筑在设计中存在的节能问题，提出三个方面的对应解决措施。完成此方面的设计与规划后，以建筑工程实例为依托，对接本文提出的节能改造设计方案，证明节能措施在建筑工程实际应用中可以起到较好的节能效果。在现代化与智能化技术高速发展的时代下，研究高层办公建筑节能设计策略，降低建筑在市场投入使用的能耗，将可持续发展理念贯穿于建筑设计的全过程中，达到节能减排的目的。