试论节能型建筑的设计

我国节能工作起步较晚，与发达国家相比，能源浪费又十分严重，如我国建筑采暖耗热量，外墙大体上为我们气候条件接近的发达国家的4—5倍，屋顶为2.5—5.5倍，外窗1.5—2.2倍，门窗透气性为3—6倍，总耗能是他们的3—4倍。造成这种状况的主要原因是，过去由于我们的节能意识淡薄，致使房屋设计不合理，只强调工程的初始投资，而很少考虑建成后的日常运行能耗和费用，采用传统建筑材料建造房屋时，没有重视建筑节能，建筑设计保温标准偏低，加上设备效率不高，运行管理不善等等，导致了能量的严重流失和浪费。如果听任这种高耗能建筑大行其道，建筑能耗增长的速度将远远超过我国能源生产可能增长的速度，国家的能源生产势必难以长期支撑这种浪费型需求，从而不得不组织大规模的旧房改造，这将要耗费更多的人力物力。知耻而后勇!了解我国建筑能耗的现状与发达国家的差距，就会觉得我国建筑节能工作任重而道远，把建筑节能作为我国可持续发展战略的一部分，在保证和提高建筑舒适性的前提下，有效地利用能源，尽量降低建筑物使用过程中的能耗。

1 节能型建筑的概念：

节能型建筑是指在选址、规划、设计、建造和使用过程中遵循环境设计和节能设计的基本方法，对建筑场地的日照、太阳辐射、风向等外部空间环境进行研究后，设计出的低能耗建筑。它采用节能型结构、材料和产品，部分或全部利用可再生能源，最大的特点是整个建筑全寿命过程中每一个环节都是节能的。节能型建筑全寿命过程的节能是通过控制建筑材料生产、建筑设计、建筑建造、使用过程、甚至建筑达到设计使用年限后建筑材料的回收等环节来实现的。

具体来看节能型建筑可以通过控制规划设计,建筑外围护结构的热工性能,节能型产品和设备系统的使用，新能源的开发利用，以及提高采暖、制冷、照明、通风、给排水和管道系统的运行效率等方法来实现。

2 节能型建筑规划的节能设计。

规划节能设计涉及建筑选址、外部环境设计、总平面建筑群体布局设计等内容。

建筑选址要根据当地的气候、土质、水质、地形及周围环境条件等因素的综合状况来确定。合理的选址可避免日后建筑运行过程中不必要能耗，为单体的建筑节能创造好的外部条件。以我国南方地区为例，如居住区选址于绿化情况良好、有湖泊水面且位于夏季主导风向的上风向区域，将有利于住宅自然风的引入，降低夏季住宅热辐射，提高舒适度，从而节约空调用量。外部环境与建筑功能相匹配，将大大减少日后使用过程中资源的浪费和损耗。

外部环境设计是指建筑物外部微观环境的设计。它虽然依赖于选址的外部大环境，但当外部大的自然环境条件不理想时，可以通过合理的环境设计来改善建筑周围的微观环境，使之与建筑功能紧密结合，为建筑节能创造条件。在这方面做得最好的是我国古代的园林设计。园内通过植树、挖池、堆山等环境设计手法，增加了园内绿化和水面。达到了平衡温湿度、净化空气，降低噪音，收集雨水等改善微观环境的效果。这些设计手法现在依然值得我们借鉴。

总平面建筑群体布局设计也是规划节能设计的重要组成部分，它可以为建筑节能创造有利的微观环境条件。例如我国南方地区建筑群布局可结合日照间距等因素，在夏季主导风向迎风向形成前低后高的建筑布局，并结合夏季主导风向设置入风口和出风口，使空气流通形成“风道”。这样可以充分利用夏季风，加快建筑物与空气的热交换，有效降低建筑物的表面温度。这样的布局也能阻碍冬季北面吹来的冷风与建筑热交换，减少热量流失。建筑布局设计时还应避免布置大面积的东西向建筑，尽量减少东、西两向太阳辐射对建筑的不利影响。

建筑虽然会受到社会历史文化、地形、城市规划、道路、环境等各种条件制约的，但是我们应该通过规划节能设计，为建筑单体的节能创造有利的外部环境条件。

3 建筑外围护结构的节能设计。

建筑外围护结构组成部件(屋顶、外墙、地基、隔热材料、密封材料、外门和窗、遮阳设施)直接与外环境接触，发生热辐射交换，对建筑建筑能耗、室内环境性能、热舒适环境有着根本的影响。建筑外围护结构节能设计的重点是提高外围护结构的热工性能，减少能量损失，提高围护结构的保温、隔热性能和密闭性能。

首先要对建筑外围护结构各组成部件整体的热工性能进行设计计算，使之达到国家建筑节能设计标准的规定性指标。这样才能在夏季减少室外热量传入室内，在冬季可减少室内热量的流失，使建筑热环境得以改善，从而减少建筑冷、热消耗。提高外围护结构的热工性能，要求相关部位尽可能采用热工性能好的节能型建筑材料进行建造。目前建材市场上有许多新型的节能材料，它们有优异的节能性。比如大面积玻璃幕墙外围护结构，选用节能效果优异的新型低辐射镀膜玻璃(Low-E 玻璃)可以使将近70%的太阳能可见光和近红外光透过，有利于自然光采光，节省照明费用。同时来自室内、室外的高温物体的热辐射很难通过玻璃辐射过去，可以阻断室内的热量辐射交换，具有良好的保温性能。虽然建筑的外围护结构应优先选用新型的节能材料进行建造，但是建筑外围护结构是一个综合体，并不是所有构件都必须采用具有最佳热工性能的材料。最终的外围护结构方案是一个整体热工性能达到国家节能标准要求的，技术可行、经济合理的优化组合方案。

其次必须对建筑外围护结构进行合理的构造设计，提高围护结构的隔热性能和密闭性能，避免或减小建筑热桥对节能的影响。建筑围护结构中的一些部位，在室内外温差的作用下，形成热流相对密集、内表面温度较低的区域。这些部位成为传热较多的桥梁，故称为热桥。热桥对建筑保温节能带来了不利的影响。建筑中容易产生热桥的部位有砌在砖墙或加气混凝土墙内的金属，混凝土或钢筋混凝土的梁、柱、板和肋，预制保温中的肋条，夹心保温墙中为拉结内外两片墙体设置的金属联结件，外保温墙体中为固定保温板加设的金属锚固件，内保温层中设置的龙骨，挑出的阳台板与主体结构的连接部位，保温门窗中的门窗框特别是金属门窗框等等。对墙体热桥，可采用墙体外保温的方法来解决，对于铝合金门窗框，解决热桥的方法是采用新型的断热桥型铝合金门窗或铝塑复合门窗。

此外建筑外围护结构的节能设计还应重视建筑外遮阳的作用。建筑采用外遮阳措施可以阻隔太阳光对建筑物外围护结构直接照射，避免阳光透过玻璃直接照射室内，有效的减少了太阳光与建筑外围护结构和室内的热传递，降低了建筑外表和室内温度，从而达到降低能耗节能的效果。

4 新型节能产品和设备系统的应用

随着科学技术的发展，出现了许多新型的节能产品和设备系统。例如先进的中央空调系统，采用中央空调智能节电系统，采用计算机智能控制方式，运用计算机技术和变频技术，根据中央空调主机和辅机系统运行工况和末端负荷的变化，采集多种变化参数，然后通过负荷随动计算，自动对冷冻(温)水泵、冷却水泵、冷却塔风机等设备进行实时优化控制，并使中央空调主机运行环境得以优化，使得主机工质和辅机系统各种流体流量跟随末端负荷变化而同步变化，确保中央空调系统在满足舒适的前提下大幅度降低系统能源消耗。又如雨水收集系统，在雨天可以通过收集系统将降落在屋顶的雨水收集到雨水储存方块中，晴天供绿化喷灌使用，可节约大量的水资源。节能型建筑应尽量多设计和应用此类先进节能的产品和设备系统，以降低建筑使用过程中的运行成本，达到节约能源，降低能耗的目的。

5 新能源的开发利用

节能型建筑应利用先进的科学技术手段对新能源进行开发利用。开发出来的能源可提供给建筑本身使用，从而达到节能的目的。如在建筑上利用太阳能采暖，利用太阳能热水器将太阳能转化为热能。现已有少部分智能建筑通过现代科技手段将光电产品与建筑构件合为一体，如光电屋面板、光电外墙板、光电玻璃幕墙等，将太阳能转化为电能供建筑使用。应用这样高新技术手段对新能源进行开发利用，使建筑在耗能的同时也可以产能，也可实现建筑节能。

6 结语

节能型建筑的设计是一个复杂的系统工程，它涉及诸多方面的问题。对建筑师而言，要有可持续发展的观念，在工作中多研究、多思考、多尝试，结合建筑功能、形态在建筑全寿命过程中每一个环节都进行节能设计，努力创造出低能耗、高效的节能型建筑。