现代建筑设计中节能环保理念的整合与运用

饶理

（中工武大设计集团有限公司，武汉430223）

1 引言

近年来， 为秉承节能环保理念， 实现建设环境友好的建筑，建筑领域涌现出许多新的节能技术和方法[1]，使现代建筑设计在冬冷夏热地区满足了严苛的热效能要求， 在保持室内温度恒定的同时，可以利用日照和自然通风调节室内环境，显著减少了能源消耗。 新出现的建筑材料如空气源热泵、高效绝热材料和热镜窗户，既保证了建筑的节能性，又实现了对自然环境的最小化影响。 其中，屋面节能技术、门窗节能技术和墙体绿色节能技术是最具代表性并且效果显著的3 种方法。

现代的屋面节能技术设计主要针对在高反射和高发射材料的选择、绿色屋顶，以及加厚保温层等方面，通过这些设计，不仅可以减少建筑的能源消耗，还可以提供更舒适的室内环境。

高效节能的门窗设计可以大大减少热桥效应和无谓的热损失，有效减小窗户的热透过系数，从而提高建筑的整体能效。

墙体绿色节能设计则着重于选择低导热系数的墙体材料、增加墙体的保温厚度，以及运用外墙外保温和幕墙隔热等技术。可以有效减少墙体的热损失，并且具有良好的隔音效果。

本次研究基于现代建筑设计中的节能环保理念，对屋面、门窗和墙体3 大部分的节能技术设计进行详细阐述， 并总结出现代建筑设计中节能环保理念的整合与运用策略。 旨在通过这些节能环保技术提高建筑的能效， 以期为人们创造更加舒适和健康的居住环境。

2 现代建筑设计中节能环保技术

2.1 屋面节能设计

现代建筑设计的一大重要方向是环保与节能， 是对全球进行可持续发展的重要实践。 而在合理的节能设计中，屋面的节能设计尤为重要[2]。 屋面通常选择高反射和高发射的材料，能有效减少夏季的热量吸收， 从而缩短了冷气设备的运行时间并减少了耗能。 绿色屋顶也是一个有效的屋面节能方法，可以通过提高隔热性能以及雨水径流的减少， 缓解城市热岛效应。

屋面节能设计是一个涵盖多个阶段的过程。 首先，收集并理解建筑设计的基本信息，包括建筑的类型、地点、规模和设计参数等。 其次，通过考察各种超低能耗技术，如高效隔热、太阳能利用等，遴选出适用于该建筑的技术。再基于遴选的技术，综合考虑经济性、 可行性和效率等因素， 选择优异的技术方案。 而后建立基准建筑模型用于对比评价，通过能耗模拟软件计算出基准建筑的能耗，以设计出最优的超低能耗技术方案。

2.2 门窗节能设计

随着对可持续发展和环境保护的重视的不断深入， 现代建筑设计开始越来越多地思考如何更好地整合节能环保技术。 而门窗节能设计成为一个关键环节， 门窗是建筑的 “眼睛”，是室内外环境交流的重要通道，直接影响着建筑的能源消耗和室内舒适度。 例如，低辐射玻璃可以反射部分太阳红外线，减少热量的传递，而双层或三层玻璃设计更可以形成空气层，有效降低热的传导。 这些特殊处理的玻璃，能够在夏天隔绝室外热量，在冬天保持室内温暖，对节能起到了关键作用。

门窗节能设计流程是一个多层次、多环节的过程。 首先根据建筑性质分为公共建筑和居住建筑， 对其实施不同的节能规范。 居住建筑则面临更为复杂的标准需求，需要根据民用建筑节能设计标准、 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准和夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准进行细致的设计。 旨在提高门窗施工的节能效果，降低建筑能耗，优化能源利用，实现绿色建设的目标，对实现可持续发展有重要的推动作用。

2.3 墙体绿色节能设计

在现代建筑设计中，墙体绿色节能设计是一个非常重要的环节，因为墙体是建筑中的主要部分，对建筑的能耗和舒适度有重要影响[3]。绿色墙体节能设计的首要选择是绿色建筑材料的使用，例如，采用空心砖或者保温砖，可以减轻建筑负荷，且具有良好的隔热效果。此外，一些富含有机物质的材料，如麻石灰墙体等，不但具有良好的保温隔热性能，还能吸收大量的二氧化碳，减少温室气体排放。 保温墙体是另一个重要的绿色节能技术。通过在墙体中嵌入保温层或者在墙体外部包覆保温材料，可以有效降低墙体的热传导系数，大幅减少冷暖空气交换，降低能耗。 墙体绿色节能设计施工效果如图1 所示。

图1 墙体绿色节能设计施工效果

墙体绿色节能设计是一个全面而严谨的过程。 绿色、环保的墙体材料，如新型瓷砖、保温砂浆、生态石等，具有良好的保温隔热性能，同时可以降低建筑对环境的影响。 在具体的墙体绿色节能设计中，首先，应满足节能建筑的标准，以达到减少热能传递及提高能效的作用。其次，选择合适的材料，如使用具有良好绝热性能的新型环保材料，以减少对环境的负面影响。再次，运用自然采光和通风策略，针对墙体的朝向进行设计。 最后，引入智能信息技术，以实现人们对墙体保温和透气性的动态调节。 通过以上设计环节，提高人们居住空间的舒适度，并且降低建筑的整体能耗，对推进建筑业的发展具有重要作用。

3 现代建筑设计中节能环保理念的应用分析

3.1 节能技术的结合设计应用分析

在现代建筑设计中， 节能环保理念已成为重要的设计思维。 以下主要探讨3 种主要的节能技术：屋面节能技术、门窗节能技术以及墙体绿色节能技术， 并分析这3 种技术在实践中相互融合，共同推进建筑节能目标的实现。

屋面节能技术是现代建筑设计的重要组成部分， 其可以有效降低建筑热量的流失，从而减少能源消耗。 门窗节能技术关注的是门窗的材料选择、设计和安装方式，可以显著提高建筑的保温性能，减少能源消耗。 墙体绿色节能技术则主要集中在墙体材料的选择和应用上，可以提高建筑的隔热性能，同时减少建筑材料的使用量。3 种节能技术的结合设计不仅可以提高建筑的节能性能，还可以为设计者提供更多的设计选择。 例如，屋面绿化可以与墙体绿色节能技术相结合，实现整个建筑的绿色化；而门窗的设计也可以与屋面的设计相结合，实现最佳的保温效果。 其节能施工技术的应用分析结果对比如图2所示。

图2 节能设计的应用结果对比

图2 中， 不同节能设计策略对建筑能源消耗的影响具有明显差异。 其中，在屋面施工设计下，5:00～24:00 的能源消耗量从3.89 kJ 增长至53.61 kJ， 表明屋面施工设计能有效降低建筑内部因外部温度变化导致的能量交换。 而在门窗节能设计策略下，4:00～23:00 时段内， 能源消耗量从5.77 kJ 增加至68.53 kJ。墙体绿色节能设计策略下，2:00～21:00 时段内的能源消耗量从19.97 kJ 增长至55.76 kJ，该策略有效提高了墙体的保温性能，减少了室内外热量交换，对于整体建筑物能效的提升起到了重要作用。 将屋面、门窗及墙体节能设计结合，在3:00～22:00 时段内，总体能源消耗量从20.08 kJ 增至28.15 kJ。可见，综合节能设计在能源消耗中具有协同作用，实现能源消耗的全面降低。 多元化的节能设计策略，通过各个设计要素相互配合，达到了优于单一设计策略的节能效果，为建筑能效优化提供了有效途径。 验证了通过精细化的设计和材料选择，可以大幅度提高建筑的能源使用效率，实现节能降耗的目标。 研究所提方法可以更有效地平衡和控制全天的能耗量， 为建筑设计者提供了一种有效的方法，以实现更高效和稳定地节能。

3.2 挑战分析与解决策略

冬冷夏热地区， 现代建筑设计要求在冬季需要具备优秀的保温性，以减少取暖所需的能源消耗；夏季则需要有良好的散热效果，以降低对空调的依赖。 这种双重要求使建筑设计在材料选择、建筑形态和空间布局等方面，都必须经过精心规划和设计。 近年来，一些新的解决策略和材料相继出现，为此类问题的解决提供了新的解决方案。 例如，被动式设计通过利用自然光和通风以及建筑物的热容量， 优化了室内温度的调节方式。 其中，新型材料，如空气源热泵和高效绝热材料可以有效提高能源利用率，减少建筑对环境的影响。 同时，夏季遮阳和通风设计以及屋顶绿化等策略，也有助于降低室内温度，提高居住舒适度。 这些新的技术和材料的应用，不仅解决了冬冷夏热地区的特殊挑战， 也为全球各地的节能环保建筑设计提供了宝贵的经验和启示。 通过持续地创新和实践，现代建筑设计将更好地实现节能环保理念的整合与运用。

4 结语

现代建筑设计实践中，屋面节能设计、门窗节能设计和墙体绿色节能技术的融合构建了一套全面的节能环保策略，科技和材料的创新应用奠定了其节能性能，推动了绿色环保理念的落实，为可持续发展提供了保障。 屋面节能设计通过隔热、绿色屋面和光伏等手段，实现了环境热能源的高效利用与转换。 门窗节能设计则通过选用高性能材料和智能控制系统，在确保充足采光的同时，减少了热量交换，降低了空调和暖气耗能。 墙体绿色节能设计采用绿色建材、保温技术、墙面绿化及一体化光伏系统，形成节能“屏障”。 这3 项技术的有机设计融合，推动着建筑行业和社会向绿色、节能、可持续的未来前行。