浅谈建筑节能设计的影响因素和应对措施

2023-07-30董琭

建材发展导向 2023年11期

董琭

(太原理工大学建筑设计研究院有限公司，山西太原 030024)

作为建筑业的重要组成部分，建筑设计质量对建筑工程的整体性能有着直接的影响。由于近些年我国环境保护意识不断增强，和绿色环保理念的逐步深入人心，建筑节能设计日益引起关注。建筑节能作为一种新型的建筑设计方式，能够有效降低能耗并减少环境污染。在目前的时代，建设节能设计是要努力发展一个资源节省型的社会，实现经济和社会可持续发展的一个主要体现，因此，在建设单位中，对建筑节能的研究也逐渐受到了重视，但从实践角度来看，在节能设计方面还存在着较多地问题，受到诸多因素的制约，致使建筑节能设计还停留在一个比较低水平。

1 建筑节能设计

在可持续发展观的指导下，将建筑节能设计作为节能减排的重要手段，对节约能源、改善人类生存环境有着重要的作用，这是很明显的，因此，在未来，能源节约，将会成为建设行业发展的趋势。目前，资源的消耗和环境的污染已经引起了全社会的高度重视，因此，对建筑的能源利用和环境的污染问题进行了深入的探讨。众所周知，我国作为世界上人口最多的国家，其经济水平和人民生活水平都有了很大提高，但同时也带来了严重的能源问题，尤其是建筑领域。根据当局调查结果，在全社会能耗中，建筑能源消耗占到了1/3，并呈逐年增长的态势[1]。由此可见，建筑节能是一项刻不容缓的任务。随着人们生活水平的提高和环境保护意识的增强，建筑节能技术得到了越来越多的关注。建筑的节能设计关系到建筑工程进行中的各个环节，从建筑工程选址，规划设计、在工程选材，施工工艺等具体步骤中，无不涉及节能方面的设计问题。同时还需要考虑建筑设计与施工以及建筑材料使用等多方面因素的影响，从而保证建筑整体质量达到要求。建筑节能设计运用科学方法，多方位开展建筑节能设计工作。

2 建筑节能设计的设计原则

2.1 遵循因地制宜设计原则

建筑物应以当地自然条件为基础，特别在气候条件下。在实际工作中，我们必须要结合本地的环境来考虑建筑设计。建筑物节能设计必须与当地气候特征相适应，唯有如此，才能真正实现节能减排的目标，增加建筑物使用年限[2]。

2.2 实行超前性设计原则

相对于发达国家而言，我国目前地建筑节能设计的水平还比较低，离真正节能设计还有一段距离。目前国内对建筑能耗问题的重视程度不够，在节能设计阶段也缺乏科学有效的措施和方法。为更好落实节能设计这一思想，应借鉴，参考国外领先的建筑设计经验，根据我国建筑现状，分阶段进行了调整与修正，逐步建立各种节能设计规范。

2.3 彰显社会责任感

建筑节能设计中，每一位设计人员应发挥自己的作用，肩负起与生俱来的社会责任感与使命感。在整个建筑工程中，建筑节能设计占有非常重要的地位。建筑节能设计项目规模巨大，每一个设计人员在设计之初至设计完成前，必须承担自己的职责。所以说，在建筑设计中一定要重视建筑节能设计工作。众所周知，建筑节能设计关系着可持续发展战略，这意味着，节能建筑设计人员更应该承担更多社会责任。

3 建筑节能设计的影响因素

目前，在建设项目中，只是一个刚起步的项目，对于可持续发展的建筑，人们对可持续发展的能源意识还很薄弱，尚未真正理解到可持续发展的问题。在所有的建设项目中，建筑物的能源利用是一个十分关键的问题。目前，我国的国家和相关建筑产业尚未构建完善的建筑节能的相关法律和规定，已经应用到建筑项目中的节能设计只是表面上的，没有形成一个完整的、高效的建筑节能设计计划，而且已经使用的节能建筑节能效果不理想，实效性不高，不能体现出建筑节能的最好效果[3]。另外，当前我国的建筑节能设计标准还不够健全，存在着很多不合理之处，使得节能建筑设计难以发挥其应有的作用。

3.1 人们对建筑节能的认知不足

在中国，由于近年来的高速发展，导致了巨大的能耗，人们逐渐觉醒了节能的观念，而在这些观念之中，对建筑的节能设计的重视程度也日益提高。然而，当前，由于整体上，我们对于建筑的节能和环境保护的观念还不够深刻，导致我们的建筑没有相应的节能措施，而且其能源消耗远高于国外先进水平。我国几家知名的建筑工程设计企业已经意识到了建筑节能的重要性，纷纷开展了一批建设工程，对我国的城市建设起到了积极的推动作用。同时，这几家施工企业也在国内大力推行了建筑节能设计理念，通过宣传提高了对建筑节能的认知，但是从调查的结果可以看出，这种示范和宣传所能产生的效果是非常有限的。老百姓买房子时，最关心的是地段与价钱，而对建筑的能源与环境问题却没有给予足够的关注。尽管在公共建筑的设计思想中存在着对建筑节能的关注，但是，这并不是有关的设计者所关注的重点，他们更多的关注的是建筑的功能性和外观[4]。可见，在我国，要想在建筑上唤起人们的节能意识，任重而道远。

3.2 尚未建立完善的建筑节能法律法规

建筑物的使用年限一般都很久，而建筑物的节能设计作为一种降低建筑物能量消耗的机理，其节能设备的运行应当贯穿于建筑物的使用年限，因此，要使建筑物的节能设计达到最大限度地降低能源消耗，就需要完善的法律、规章，并对其进行规范监督，目前，在全国范围内，我国的建筑节能设计发展落后，对其进行了深入的了解，尤其是相关的法律、法规，不能对建筑行业的节能设计进行有效的管理和监督[5]。目前，在我国的建设领域内，尚没有统一的节能设计标准，这就造成了建设成本的不合理，这就导致了建筑物的节能设计并没有得到很好的应用。另外，在建筑行业中，由于缺乏对节能设计的有效监管，开发商们只想着节约资金，只想着最大化的利润，这就造成了节能设计的科学性和实用性较差，采用的是质量较差的节能环保材料，建筑节能设施的建造技术也比较粗糙，这都会造成建筑的节能效率低下，造成了巨大的社会资源的浪费。

3.3 缺乏建筑节能设计方案

在中国，建筑节能设计在建筑施工中的运用还处于初级阶段，在所有的建筑项目中的运用还很少，推广力度还不够大，这主要是由于国内大部分的建筑公司都缺少一种科学的建筑节能设计概念，相关的节能设计工作人员尚未形成一整套的科学的节能设计理论与技术，也未充分认识到建筑节能设计在整个建设工程中的作用，对其重视度与应用水平都不高。许多的工程设计人员，仅仅是因为要通过相关部门对建筑节能设计的审查，而采用的是低水平、不完善的建筑节能设计，缺乏进行改良和创新的节能方案的积极性，这就造成了大部分的建筑公司不愿在建筑节能设计方案的研究和创新上进行大量的投资，这就给建筑节能设计的发展带来了很大的障碍。

3.4 建筑节能设计的实效性不高

随着经济发展水平的不断提高以及科学技术的不断进步，人们越来越重视建筑能耗的控制与管理，并逐渐开始注重节能技术的研究和开发，希望能够通过各种方式来实现对能源的合理利用。但是当前部分施工企业由于资质不到位，未能有效节能、环境保护设计等，造成大量建材资源浪费等，并且降低设计的效率，既不符合人民群众建筑节能要求，又使人民群众蒙受重大经济损失。所以我们必须要提高建筑施工技术，改进现有的建筑节能设计理念，加强对绿色环保材料的应用与研究，从而促进我国建筑节能事业的发展。由此可见，建筑节能设计的传统方法已无法适应现代建筑要求。

3.5 节能建筑销售难

在我国，由于商品价格的不断上涨，以及住房体制的不断完善，目前，我国大部分的住宅都是靠着开发商的投入来建造的。我们都知道，怎样的住宅能够在市场上占据一席之地，已经成了建设者们最关心的问题。节能住宅的造价比一般住宅要高，这是因为它采用了节能措施，使用了新型的节能建材，安装了节能设施，所以它的售价也要比一般住宅高。因此，在激烈的市场竞争下，有没有节能建筑市场，其主要问题就是其具有多大的优势，可以回收多少的投资，可以节约多少的日常运营费用，以及怎样让业主真心地购买节能住宅。这一切都对能源节约型建筑的市场推广造成了一定的制约。

3.6 建筑架构体系的影响

建筑的构造形式不仅与建筑的成本、施工的可行性有关，还与建筑的能耗及建材的运输有关。比如，在煤矿多的地区，因为有大量的煤矸石，所以，在多层建筑中，通常可以选择煤矸石多孔砖作为外部隔热材料。这种体系承载能力强，施工方便，环保，是节约能源的有效途径。房屋的构造多为剪力墙或钢筋混凝土框架，所以，在墙体内部填充时，可以选择具有较好性能的加气混凝土块材，以及外部使用的泡沫聚氨酯；这样就可以节约很多能源。需要说明的是，在实际施工中，因填充墙与框架之间的隔热层厚度相差很大，很难掌握，给施工带来很大的难度。

3.7 围护结构的影响

在建筑围护结构的设计中，有许多因素会对隔热设计产生影响，其中最重要的原因有：设计者不了解保温材料的特点，不了解保温材料的施工工艺及使用环境，导致项目无法进行，并且项目完成后的效果难以保证。比如，在城镇居住区的设计中，开发商非常注重建筑的节能，在建设过程中，严格按照建设方案，在建设过程中，还进行了屋顶保温的建设；开发商用一种新的泡沫混凝土替代了原有的聚苯板，这就需要设计师对其厚度进行估算，而实测值只有1.5倍。因此，其固结时间延长，致密度增加，对保温效果有较大影响。外墙是建筑整体热能的主要来源，其中20%～30%是由门窗的缝隙引起的。为了达到节能的目的，应从降低换热系数、降低透气率、降低太阳辐射量三个角度进行努力。利用减少传热，减少室内外温度的变化，可以使用节能型窗框，节能玻璃，比如铝合金框，塑料框，热反射玻璃，中空玻璃等。减少窗户透气是通过使用隔热材料来减少室内外热交换，从而改善窗户的气密性。

4 建筑节能设计的优化措施

4.1 加大建筑节能宣传力度

目前，国内大多数民众和建设工程设计人员都存在着建筑节能设计意识不强的问题，因此，政府有关部门应该加大对节能建筑的宣传力度，提高人们对建筑节能环保的认识。比如，政府部门和施工单位可以通过网络、电视、广播等多种媒介来推广节能建筑，提高公众对建筑节能的认识；还可以在国内组织节能产品的展览展销会，加大对建筑节能新材料、新技术、新产品和新装备的推广力度，向公众讲解新的建筑节能设计对公众的益处，使公众对建筑节能的认识更加深入。同时，相关的建设设计单位要大力推广和推广建筑节能设计的理念，对建设企业的管理人员、工程设计人员、现场建设人员进行复能训练，普及建设能源节约的相关理论，提高建设能源节约的认识，促进建设能源节约的发展。

4.2 建立健全建筑节能制度体系

首先，在建筑节能的各个环节，包括建筑节能设计、建筑材料、建筑节能施工、建筑节能效果评估等，都需要建立相关的规范标准，并建立相关的监测体系。用法律法规来对其进行限制，防止一些不法分子利用法律上的漏洞，利用建筑节能的名义来获得不正当的利益，从而给消费者带来严重的经济损失。其次，以法规制度为基础，对有关建筑企业进行规范与监管，促使建筑企业遵守相关的法规，严格按节能设计要求，进行科学的建设，以保障项目建设的能源效益。最后，政府部门和相关建筑项目企业要及时制定建筑能耗的时间指标，并根据建筑的节能效应，建立一种完善的能级评估体系，从而建立一种科学高效的建筑能耗体系，为发展节约型建筑奠定坚实的基础。

4.3 加强建筑节能设计

1)屋顶节能设计，从整个工程建筑物的结构系统来分析，屋面作为周边结构中的一个关键部分，对住宅的人居环境有很大的作用。因此，在此背景下，对城市居民住房进行改善，提升住房品质，提升住房的增值能力，让居民获得更多的经济利益，是一个非常关键的问题。普通的房屋屋面的能源利用可以分为两类：绝热型和绝热型。在这些方法中，对屋顶进行隔热处理是应用最广泛、也是最经济、最高效的方法。屋面的隔热设计都采取了增加外部隔热构造，并充分发挥相应隔热材质的热阻大的特性，使室内的气温得到了全方位的维持。另外，屋面保温的目的是降低屋面的气温，可采用装饰保温、通风保温、绿化保温等措施。因此，必须对屋面结构进行适当的设计，以确保屋面结构的耐久性。使用浅色的装潢来吸收较小的阳光，从而提升了房间里的气温，并在结构的设计中，使用了风压力来将建筑的表层热量带走，与此同时，还可以让屋顶上种植的绿色植被能够发挥出一定的保温、隔热效果，还可以提升建筑的美感。

2)建筑外墙设计。建筑物的外墙是其最重要的外部结构，其良好的热工特性在一定程度上对建筑的节能效果起到了影响。要想确保人们的生活品质和身体健康，就一定要做好建筑工程屋顶的节能设计工作。目前，在建筑外墙保温的设计中，普遍采用了采用高效率的复合保温材料，从而形成了高效率的保温墙体。通过对外墙保温层进行结构设计，除了加强墙体保温隔热外，同时又具有一定美观，装饰作用。

4.4 充分利用可再生能源

为降低建筑物的建造及运行所需的能量，必须在建筑物的节能设计中充分利用可再生能源。在建筑物中，利用太阳能是最多的一种可再生能源。1)就是太阳暖气。在建筑物外布置一个外置的聚光器，对太阳能进行了有效的转换，并将其转换成热能，再经管线输送到建筑物内；2)太阳能和太阳能电池与建筑物的整合。将建筑的外部构件与太阳能光伏发电模块结合在一起，例如光伏幕墙、光伏屋面、光伏砖墙等，通过光电转换为建筑提供一定的能量供给；3)太阳能加热装置，利用太阳能，可大幅度降低常规供热系统的运行负载，降低能耗；4)导光管。光导管技术指的是一种直接使用太阳光的方法，它可以通过光导管改变太阳光的照射路径，经过一系列的反射，将建筑外面的太阳光直射到建筑里面，这样就可以对其进行补充，从而降低室内照明系统的运行负荷。

4.5 优化建筑围护结构节能设计

围护结构作为建筑物外，内传热的主要媒介，它直接关系到建筑物热稳定性及隔热保温效果，是建筑节能设计的焦点问题。因此，对建筑外墙进行合理设计，能够保证其具有较好的保温性和热工稳定性能。优化建筑围护结构的节能设计，主要是从建筑墙体方面进行、门窗和屋顶，3个方面优化节能设计。建筑墙体的节能设计有内墙保温与外墙保温两种，因外墙面积较大，外墙保温效果更为显著。在我国北方地区冬季寒冷地区，夏季炎热潮湿的气候特点使得外墙保温技术得到广泛应用。所以在高层建筑节能设计中应该对外墙保温进行合理的设计。对于高层建筑而言，其能耗较大，所以要做好高层建筑围护结构设计工作，以降低能耗。与此同时外墙保温材料的选择也是至关重要的。在选择外墙保温方式时，要考虑其适用性、经济性、施工便利性及安全性，并根据实际情况确定是否需要外保温或不需要外装饰。当前建筑外墙保温材料通常为岩棉板、挤塑和聚合聚苯板，在新型环保材料不断涌现的今天，某些新型节能材料可用于建筑外墙，增强外墙保温效果。此外，还要注意对建筑用能的有效控制。就建筑门窗的节能设计而言，建筑中门窗比例要合理。窗密度对建筑能耗有一定影响。窗墙比，即窗户洞口面积和立面面积之比，高层建筑的窗墙比要达到观景和通风的要求、在满足建筑节能规范的前提下，采光等方面的需求。由于不同朝向房间之间存在着一定的温差，所以要根据建筑物实际情况选择合适的窗墙体厚。以降低太阳辐射，南窗墙比一般不超过35%，东不超过30%，北不超过20%。为提高室内热舒适，可适当加大窗的数量和宽度，以达到理想效果。另外设计人员还应该考虑门窗遮阳系数、传热系数和气密性。另外，窗间距也影响着室内热环境。就建筑屋顶的节能设计而言，屋顶可使用高效的保温隔热材料，在建设中可采用架空屋面，也可采用浅色屋面，以降低阳光辐射。同时也可利用植被覆盖屋面进行遮阳，起隔热作用。另外，屋顶绿化也是一种很好的建筑节能措施。屋顶上的植物不但可以达到环保的效果，又能美化屋面环境。

4.6 应用环保节能材料

建筑节能设计要兼顾使用环保节能材料，有效改善了建筑围护结构保温隔热效果。在对建筑设计进行评价时需要考虑围护系统的性能，因此有必要对围护系统的能耗特性及其相关参数进行分析。建筑通常为钢筋混凝土框架-剪力墙结构，以减轻荷载，在考虑环境保护的前提下、节能减排的需求，外墙通常由轻质高效保温材料制成。因此，在建筑施工中，要根据建筑物使用功能及用途合理地确定墙体材料，尽量降低对环境产生影响的因素，使建筑工程达到绿色环保目的。在砌体材料的选用上，多用新型节能砖，以提高节能效果，例如加气混凝土砌块、混凝土空心砌块等等。另外在进行建筑照明节能设计时，可采用光控、本实用新型采用声控灯式照明，降低了不必要照明能耗，以及选择环保材料及节能灯具，降低建筑能耗。