关于建筑节能的设计体会

关于建筑节能的设计体会
李伟钰李征王金玲
摘要：中国迎来一个经济、信息、科技、文化高度发展的兴旺时期，社会的物质和精神生活都会提到一个新高度，相应地人们对自身所处的生活、生产活动环境的质量，也必将在安全、节能、舒适、美观等方面提出更高的要求。因此，提出绿色建筑的新概念，注重绿色建筑的能源观、设计观和技术观，将是我们建筑设计师的任务。
　　关键词：节能住宅设计；绿色建筑；环境设计
　　中央提出要大力发展节能省地型住宅，全面推广和普及节能技术，制定并强制推行更严格的节能节材节水标准。大力抓好能源、资源节约，加快发展循环经济。今年政府工作报告在此基础上提出发展“节能省地型”住宅和公共建筑，要求充分认识节约能源、资源的重要性和紧迫性。因此，我们在起草《发展“节能省地型”住宅和公共建筑的工作意见》的同时，对比研究了世界上主要国家在这个领域的研究成果。
　　建筑是用能大户，建筑节能是发展建筑业的需要。在发达国家，适宜的室温已经成为一种基本的需要。我国是发展中国家，根据国家的经济实力，过去国家规定长江以南地区为非采暖区，而长江以南的许多地方冬季潮湿寒冷，夏天闷热，寒冷和酷暑使人很不舒适。随着国家建设和经济的发展，人们生活质量不断提高，人们对改善大气环境和对建筑热环境的要求也不断提高。长江以南的许多地区，用上了空调。公共建筑有了中央空调，与人生活关系最密切的，占城市建设总量50%～70%的居民住宅则也安装了各式各样的空调，住宅建筑耗能迅速增长，其增长速度大大地高于能源生产的增长速度。住宅节能的重要意义已逐步受到建筑师重视。如何在住宅建筑设计中，更好地利用自然能源，提高住宅建筑中能源利用效率，则是建筑师需要探讨的课题。
　　我国地域辽阔，南北东西各地气候差异悬殊。我国第I建筑气候区的东北地区和第VI建筑气候区的青藏高原及第ⅶ建筑气候区的我国西北部地区，冬季严寒漫长，第II 建筑气候区的华北地区，冬季气候寒冷且持续期长，夏季湿润炎热。第III建筑气候区的长江中下游及以南的大部分地区，冬季湿冷，夏季闷热，总之除南方少数地区外，我国绝大部分地区冬季寒冷，夏季炎热。因此，住宅建筑设计中，主要空间朝向南，或向南偏东，或向南偏西，历来被认为是合理的设计，这是最基本的节能意识在住宅建筑设计中的应用。在我国的大部分冬冷夏热地区住宅的总体规划和单体设计中，为住宅的主要空间争取良好朝向，满足冬季的日照要求，充分利用天然能源，无疑是最基本的改善住宅室内热环境的设计，是最基本的节能措施。因此，我国现行国家标准《住宅设计规范（GB50096-1999）》中规定“每套住宅至少应有一个居住空间能获得日照，当一套住宅中，居住空间总数超过四个时，其中宜有两个获得日照。”在现行国家标准《城市居住区规划设计规范（GB50180-93）》中，规定了住宅的日照标准的最低时限。
我们从基本国情考虑，从人与自然和谐发展，节约能源，有效利用资源和保护环境角度，提出“节能省地型住宅和公共建筑”这一概念，主要内容是节能、节地、节水、节材与环境保护，注重以人为本，强调可持续发展。国内学者运用可持续发展理念进行设计的建筑物进行分析，分析结果表明，其核心内容主要也是节能、节地、节水、节材与环境保护等方面。从这个意义上讲，节能省地型住宅和公共建筑与绿色建筑、生态建筑、可持续建筑的基本内涵是相通的，具有某种一致性，是具有中国特色的可持续建筑理念。
节约能源是我国的基本国策，建筑节能是国家节能工作的重要组成部分。目前，我国建筑耗能量占全国能源总消耗量的约27.47％。随着我国经济社会发展，人民生活的不断改善，不仅城市建筑耗能而且广大农村建筑耗能必将大幅度增加，全国建筑耗能量比例还将继续呈稳步上升的势头。因此，建筑节能问题已引起人们的极大关注。积极推进建筑节能，对于促进能源资源节约和合理使用，缓解我国能源资源供应与经济社会发展的矛盾，加快发展循环经济，实现我国经济社会可持续发展，有着举足轻重的作用；也是保障国家能源安全，减少温室气体排放、减轻对大气环境污染、保护环境，改善和提高人民生活与工作环境质量，贯彻落实党中央提出的科学发展观的一项重要的举措。
　绿色建筑是一个能积极地与环境相互作用的、智能的、可调节系统。因此，它要求建筑外层的材料和结构，一方面作为能源转换的界面，需要收集、转换自然能源，并且防止能源的流失；另一方面，外层必须具备调节气候的能力，以消除、减缓、甚至改变气候的波动，使室内气候趋于稳定，而实现这一理想，在很大程度上必须有赖于未来高技术在建筑中的广泛运用。首先，环保节能型材料是绿色建筑所必须的，必须对现有建材和技术进行环保、节能评估，提出技术改良、更新措施，使之符合环保、节能的要求。随着信息技术、自动化技术、新能源技术、新材料技术日益走向成熟，在绿色建筑中这些高技术将得到广泛的运用：如建筑结构有可能引入有机体的原理，在混凝土中埋设光导纤维，可以经常地监视构件在荷载作用下的受力状况，自我修复混凝土可得到实际应用。建筑物表面材料，通过多功能的组织进行呼吸，可净化建筑物内部的空气，并降低温度，形状记忆合金材料可用于百页窗的调整或空调系统风口的开闭，自动调节太阳光亮，建筑物表面的太阳能电池，可提供采暖和照明所需要的能源,无论使用何种技术，绿色建筑总是立足于对资源的节约、再利用、循环生产等几个方面。其次，绿色建筑的形式必须利于能源的收集，建筑的外层将不再是“内部”与“外部”的分界线，而将逐步成为一种具有多种功能的界面。
绿色建筑创造的居住环境，既包括人工环境，也包括自然环境。在进行绿色环境规划时，不仅重视创造景观，同时重视环境融和生态做到整体绿化。即以整体的观点考虑持续化、自然化。可持续的应用，除了建筑本身外还包括所需的周围自然环境，生活用水的有效利用，废水处理及还原，所在地的气候条件。绿色建筑要考虑如何与所在地的气候特征、经济条件、文化传统观念互相配合，从而成为周围社区不可分离的整体部份。绿色建筑作为一个次级系统依存于一定的地域范围内的自然环境，与绿色房地产都不能脱离生物环境的地域性而独立存在。绿色建筑的实现与每一个地域的独特气候条件、自然资源、现存人类建筑、社会水平及文化环境有关。自然通风即利用自然能源或者不依靠传统空调设备系统而仍然能维持适宜的室内环境的方式。自然通风最容易满足建筑绿化的要求，它一般都不用外来不可再生资源，而且常常能节省可观量的全年空调负荷而达到节能以及绿化的目的。但要充分利用自然通风必须考虑建筑朝向，间距和布局。例如南向是冬季太阳辐射量最多而夏季日照减少的方向，并且我国大部分地区夏季主导风向为东南向，所以从改善夏季自然通风房间热环境和减少冬季的房间采暖空调负荷来讲，南向是建筑物最好的选择。另外，建筑高度对自然通风也有很大的影响，一般高层建筑对其自身的室内自然通风有利。而在不同高度的房屋组合时，高低建筑错列布置有利于低层建筑的通风，处于高层建筑风景区内的低矮建筑受到高层背风区回旋涡流的作用，室内通风良好。自然通风而且是环境绿化的重要手段，是引进比室温低的室外空气而给人凉爽感觉的一种节能的简易型空调。绿色环境常用的送风方式是地板送风暖通空调方式。
　　屋面空间绿化指利用绿色植物具有的光合作用能力，在不同的地区，针对太阳辐射的差异，选择不同品种的植物进行屋面种植。绿色植物的种植不仅可以避免太阳光直接照射屋面，而且由于植物本身对太阳光的吸收利用、转化和蒸腾作用，大大降低了屋顶的室外综合温度。同时利用植物培植基质材料的热阻与热惰性，可以降低内表面温度，从而减轻了对顶楼的热传导。有资料显示，种植屋面的内表面温度比其他屋面低2.8℃-7.7℃ 。在炎热的夏季，从屋面进入室内的热量占总围护结构的热量的70％以上，实施绿化的屋面外表面最高温度可以比不绿化的屋面外表面最高温度低20℃ 以上。同时，屋面绿化若在城市中大量应用，可以使整个城市成为高低错落的大花园，降低噪声，提高节能率，改善生态环境。
　　屋面绿化最主要的技术问题是荷载、防水、透气等，应根据屋顶的不同荷重以及植物配置要求制定出种植植物种类及配套设施。针对屋面绿化荷重较地面绿化小的特点，宜采用轻质材料作为种植土，目前一般采用草炭腐殖土、珍珠岩、蛭石等。覆土层厚度必须严格按照设计执行，种植层容器材料也可采用竹、木、工程塑料、PVC等以减轻荷重，防止覆土荷重超过允许值使屋面钢筋混凝土板产生塑性变形裂缝，从而造成渗漏。由于屋面绿化的特殊性，种植层的厚度受到限制，植物的配植要求以耐热、抗风、耐旱、耐贫瘠且浅根系的多年生草本、匍匐类、矮生灌木植物为宜，如彩叶草、三色堇、假连翘、鸭跖草、麦冬草等。还要注意保护屋面防水层，一是选择根系不发达的植物；二是选择耐根系穿刺的防水层，如铝合金卷材高密度聚乙烯土工膜等。同时防水层应上翻超过土层15 cm以上，且屋面应形成适当的坡度，以利于及时排除积水。高大的树木和水池等集中荷载应放在柱子或承重墙的位置上，有利于荷载的直接传递。有人认为屋面绿化会对抗渗防漏不利，实际上这种看法有失偏颇。因为土壤在吸水饱和后会自然形成一层憎水膜，可起到滞阻水的作用；同时，覆土种植后，屋面可以免受夏季阳光的暴晒从而显著降低屋面温度，避免和减缓刚性防水层干缩开裂、柔性防水层和涂膜防水层老化。因此，只要处理得当，屋面绿化不仅不会对屋面的抗渗防漏造成不利，反而会承担起保护屋面防水层、延长其使用寿命和增强屋面防水性能的作用。
　　建筑外维护结构的保温隔热性能直接关系到室内环境的热稳定性和舒适性，对降低建筑能耗起着至关重要的作用。国内目前通行的做法是在外维护结构完成后再在上面附加保温层，以改善热工性能。这种方法虽然可以达到一定的效果，但各种高效保温材料价格不菲，而且其生产加工过程也会大量消耗各种能源。因此，建筑节能不应当只着眼于建筑建成后在使用过程中的能耗，还应当从整体系统的观念出发，关注建筑全寿命周期的能源消耗。从这个角度出发，建筑材料就不但要有出色的保温隔热性能，其加工生产过程也应当简单易行，节省能源。
　　太阳能作为一种天然的洁净能源，也是居住建筑设计上广泛推广的节能设计之一。从近年来的能源使用和发展情况来看，煤、电、油的供应紧张已经不容忽视，太阳能应该由“补充能源”向“替代能源”发展。特别是太阳能热水器经过20年的发展，产品的生产研发技术日臻成熟，越来越受到消费者的青睐。另外，从使用效果和居卫的淋浴费用和投资回收周期来看，太阳能热水器也具有较大的成本优势。然而由于各方面原因，目前太阳能热水器仍以一家一户的零散安装使用方法为主，存在破坏建筑结构、热水温度不稳定等因素。要解决这些问题就必须将太阳能利用装置纳入到建筑设计规范当中，在设计时将太阳能热水器设备纳入到建筑设计之中预留太阳能设置位置，特别是在厨房卫生间内。如果太阳能热水器能够充分加以推广应用，就可以大大节省常规能源，也是建筑节能的发展方向。
　　当今在世界建筑作为一个完整的系统，如何实现高效率地利用资源，最低限度造成对环境的影响是节约能源的重要环节。总之，只要按照节能新标准严格把好节能设计关，监督好施工节能用材关，就能有效提高居住建筑节能效率，降低建筑能源耗费，节约居家生活成本，为住户打造真正的环保节能、舒适、健康、方便的高品质住宅，为国民经济可持续发展做出贡献。将建筑热工技术与恰当应用新材料、新构造相结合，搞好节能建筑设计和施工，促进建筑节能和利用自然能的进一步发展和建筑热功能的进一步改善，是我国建筑工作者进人21世纪的重要任务。
参考文献：
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