浅谈建筑节能设计-建筑设计论文

浅谈建筑节能设计

林鸿铭

摘要：建筑节能在降低能耗的同时为广大消费者提供更健康舒适的居住和工作环境，建筑节能是缓冲能源紧缺矛盾减轻环境污染促进经济持续发展的一项最直接最廉价的根本措施，也是我国可持续发展战略的重要组成，是一项复杂的系统工程。
关键词：建筑；节能设计；能耗

我国作为世界能耗大国，对于发展可持续发展的生态建筑，减少建筑能耗更是刻不容缓。而建筑节能是解决建筑能耗的有效方法，同时也是最经济的方法。因此，作为建筑师，更应从自身做起，从不同角度，依据建筑规范对节能进行优化设计，充分利用我国现有的自然条件，在改善人们居住环境的同时，充分挖掘节能潜力，从而实现节约能源，减少能源消耗。
建筑节能是一个综合概念，它是通过采取合理的建筑设计和选用符合节能要求的墙体材料、屋面隔热材料、门窗、空调等措施，这样所建造的房屋，与没有采取节能措施的房屋相比，在保证相同的室内热舒适环境条件下，它可以提高能源利用效率，减少建筑能耗。建筑节能包括建筑设计和建造过程中采用节能型的建筑材料、结构、器具设备和产品，提高保温隔热性能。而建筑设计则是其中重要环节，对于建筑设计单位，建筑的节能设计已经进入了一个全新的时期。
一、建筑节能设计要点
（一）建筑选址。主要是根据当地的气候、土质、水质、地形及周围环境条件等因素的综合状况来确定。建筑设计中，既要使建筑在其整个生命周期中保持适宜的微气候环境，为建筑节能创造条件，同时又要不破坏整体生态环境的平衡。
（二）外部环境设计。在建筑位址确定之后，应研究其微气候特征。根据建筑功能的需求，应通过合理的外部环境设计来改善既有的微气候环境，创造建筑节能的有利环境。
（三）规划与体型设计。合理的建筑规划和体型设计能有效地适应恶劣的微气候环境。它包括对建筑整体体量、建筑体型及建筑形体组合、建筑日照及朝向等方面的确定。
（四）单体的节能设计。单体的节能设计，主要是通过对建筑各部分的节能构造设计、建筑内部空间的合理分隔设计，以及一些新型建筑节能材料和设备的设计与选择等，来更好地利用既有的建筑外部气候环境条件，以达到节能和改善室内微气候环境的效果。
（五）建筑各部位的节能构造设计。建筑各部位的节能构造设计，主要是在满足其作为建筑的基本组成部分的要求之外，通过各部位（屋顶、楼板、墙体、门窗等）的造型、结构、材料等方面加以进一步设计，充分利用建筑外部气候环境条件，达到节能和改善室内微气候环境的效果。
（六）合理选用建筑节能材料也是全面建筑节能的一个重要方面。建筑材料的选择应遵循健康、高效、经济、节能的原则。一方面，随着科技的发展，大量的新型高效材料不断被研制并应用到建筑设计中去，更好地起到节能效果。如新型保温材料、防水材料在墙体屋顶中应用，达到了更好的保温防潮效果；新型透光隔热玻璃在门窗中的应用，起到了更好的透光隔热效果；采用可调节的铝材遮阳板，以达到遮阳的目的。另一方面，要结合当地的实际情况，发掘出一些地方节能材料，更好地应用到建筑节能中去。
二、节能建筑规划设计
科学合理地确定建筑选址、建筑布局、建筑体型、间距、朝向、季风风向、水面和绿化配置等因素对建筑节能的影响，改善热环境，是建筑规划设计的重要阶段。
（一）建筑选址、布局节能设计
建筑物尽量布置在向阳和避风的地方，向阳有利于建筑物充分利用太阳能，避风可尽量减少建筑物的热损失。建筑布局时，一方面要控制城市规模，并在规划设计中，注意避免人口密度与建筑密度较高的功能区连片布置，控制区域密度。另一方面，在北方寒冷地区，尽可能使道路走向平行于当地冬季主导风向，这样可以避免积雪；在南方炎热地区，要考虑一定数量的街道与当地夏季主导风向基本一致，这样可以加强市区和郊区之间的热交换，促使城市中心区多余的热量迅速转移到郊外。
（二）建筑体型、朝向、间距节能设计
1、建筑体型与建筑节能：在建筑设计中，要适当控制建筑体型系数。有研究表明，体型系数每增大0.01，耗热量指标约增2.5%。建筑体型系数一般宜控制在0.30以内。一般来说，控制或降低体型系数的方法有：减少建筑面宽，加大进深或增加组合体，增加建筑物的层数，选用长条型建筑外形等，而形体复杂、凹凸面过多的塔式建筑对节能不利。建筑体型系数还与建筑物的体型是否规整及建筑的体量大小有关。在建筑设计中，应注意最低能耗体型选择，即建筑的各方面尺寸与其有效传热系数不同时，传热系数相对较小的面具有相应较大面积的体型是最佳体型；而当各面的平均传热系数相同时，体型系数最小的体型是最佳体型。
2、建筑朝向与节能：建筑物的朝向对于建筑节能有很大的影响。当建筑物为南北朝向时，耗能较少。近年来，设计实践中的一种现象是：越来越多地出现地出现偏轴方位的建筑朝向，这种做法，可在活跃建筑群体、节约用地、处理建筑外形的等方面带来一些益处，但从长远角度看，我们还是要强调正南朝向（包括南偏东、偏西15°以内朝向）的节能意义。因此，从节能的角度出发，如总平面布置允许自由考虑建筑物的形状和朝向，则应首先选长方形体型，朝向尽可能大体朝向，避免东西向。在确定朝向时，另一个必须注意的问题是要处理好建筑朝向与季风风向的关系。在北方寒冷地区，主要使用房间的朝向应尽可能避免对着冬季主导风向，在南方炎热地区，建筑的朝向宜与夏季主导风向入射角保持在30-60°范围内。
3、建筑间距与节能：较大的建筑间距可以使建筑物有充分的日照时间和良好的日照质量，对建筑节能非常有利。但因城市用地紧张，从节约土地的角度出发，又希望建筑间距越小越好。在建筑设计中，要合理解决这一矛盾。在总平面设计时，合理布置建筑物，使其达到有良好日照和较小间距的最优组合。在建筑单体设计中，可以采用退层处理、降低层高等方法。
三、建筑围护结构的节能设计
建筑结构主要由墙、屋顶和门窗构成。建筑物的能耗主要取决于结构的热传导和冷风渗透，住宅结构的散热量要占采暖热耗的1/3以上。显然，如果建筑结构具有良好的保温隔热性能，便可减少室内、室外的热量交换，从而减少所需提供的采暖和制冷能量。
（一）墙体节能设计
外墙在整个建筑外包面积中所占的比例最大，对建筑能耗的影响也最大，因此，墙体的保温隔热是建筑节能的一个重要部分。在设计时应控制墙体的传热系数，采用多层复合墙体。保温层砌体如加气混凝土自保温砌体，也可采用多层复合墙体。根据保温层位置的不同，复合墙体可分为外保温、内保温及夹心保温墙体，每种保温形式有各自的优缺点。外墙内保温和自保温由于结构的原因很难消除热桥，而采用外保温则由于保温层桥头在整个外侧面而有利于众热桥的产生，内保温还会受二次装修的影响，并占使用空间，国家已开始限制在居住建筑内使用它，但对于间隙使用的房间内保温是合理的。夹心保温是两侧为墙体材料，中间为保温材料，这种材料有利于其内外装修的优点。另一方面，外保温体系可以保护主体结构，延长建筑寿命。也可以方便地对旧有建筑物进行节能。从长远来看，外保温的优越性明显高于其他形式，因此外墙最好采用外保温来达到节能目的。
（二）窗节能设计
窗在建筑中的主要作用是采光、通风，同时也起围护作用。设法减少窗耗热和提高窗得热是建筑节能的重点工作之一。
1、适当控制窗墙比。在窗墙比的选择上，应区别不同的朝向。对南向窗，在选择合适层数及采取有效措施减少热耗的前提下可适当增加窗面积，有利吸收太阳辐射热。而对其他朝向的窗，应在满足居室采光环境质量要求的条件下适当减少开窗面积以降低热耗。
2、提高窗材料热阻。（1）对金属窗框进行断热处理，用高效保温材料镶嵌于金属窗框之间，加大窗框热阻，或利用空腹钢窗内的空气间层达到增加窗框热阻的目的。同时，选用导热系数较小的塑料窗框以减少通过窗框部分的热耗。（2）选用合适的玻璃品种，适当选择吸热玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃或中空玻璃，节能效果就会更加明显。（3）加强窗的气密性，采用气密条，提高外窗气密水平，提高窗用型材的规格尺寸、准确度、尺寸稳定性和组装的精确度以增加开启缝隙部位的搭接量，减少开启缝的宽度达到减少空气渗透的目的。
3、设置遮阳设施。设置可调节的活动遮阳，如遮阳板、窗盖板、窗帘、百页、热反射帘或自动卷帘等，以便夏季减少太阳辐射得热，冬季又得到日照，特别对西向、南向窗要更加重视。
（三）屋顶节能设计
屋顶的设计在建筑节能设计中亦占有相当比重，除必须考虑屋面隔热保温措施以外，还应从建筑节能的角度采取以下措施：①屋顶外表面采用浅色饰面材料，可在夏季能反射较多的太阳辐射热，从而能降低室内的太阳辐射的热量和维护结构内表面温度；②屋顶内设置贴铝箔的封闭空气间层，能提高热阻3.6倍，节能效果显著，是最有效的节能措施之一，但需注意的是，当采用单面铝箔空气间层时，铝箔应设置在室外侧的一面；③在冬暖夏热区具有多雨气候特点的地区采用蓄水屋面节能措施，依靠水分的蒸发消耗屋顶接收到的太阳辐射能量；④利用屋面作为活动空间并设置遮阳装置（如百页遮阳棚和爬藤植物遮阳棚等）。这些措施经过建筑手法的处理，不仅对建筑节能起到重要作用，也丰富了屋顶的平面、立面设计。
四、建筑节能设计的前景
建筑节能对建筑业有巨大的经济和社会效益，面对全球能源的日益紧张，世界各国特别是欧美发达国家对节能技术给予了充分的重视。而我国的建筑节能设计工作从20世纪90年代初才刚刚启动。因此，我们应做到：①在设计技术节能方面，积极采用节能建材、新型节能墙体、屋面的保温隔热技术、节能门窗的保温隔热和密闭技术，加大新能源和可再生能源如太阳能和低热能在建筑中的应用，并进一步推广不同能源的热泵技术以及回收、余热技术；②在建筑节能设计管理方面，加强建筑节能标准化工作，严格实行建筑的节能设计，要把建筑节能设计作为建筑设计是否达标的重要考核项目；③在建筑设备产品的使用方面，应采用节能型供热、空调设备，并提高设备运行时的能源利用率，以达到更好节能的目的。
总之，建筑节能设计是一项系统性的工程，涉及到诸多环节，需要各方面的大力配合。节能是国内住宅建设的重中之重，建筑节能是国家发展的基本国策之一，因此，抓好建筑的节能设计，合理地使用和有效地利用能源，提高能源的有效利用率，必将带动国家和地方的建筑节能事业，促进全社会建筑节能技术的进步。