探讨建筑节能发展中节能设计的几点策略

　　摘要：建筑节能是一个复杂的系统工程，建筑节能研究是建筑可持续发展的重要研究课题，涉及方方面面的问题。本文探讨了在我国建筑节能发展中，建筑设计、细部构造设计等节能设计中的几点策略，以充分利用自然能，降低不可再生能源消耗，促进我国建筑可持续发展。
　　关键词：建筑设计,细部构造设计,节能设计,策略
　　
　　
　　一、我国建筑节能发展的基本途径
　　1．墙体节能。墙体是建筑外围护结构的主体，其所用材料的保温性能直接影响建筑的耗热量。我国以实心粘土砖为墙体材料，保温性能不能满足设计标准。因而在节能的前提下，应进一步推广空心砖墙及其复合墙体技术。
　　2门窗节能。外门窗是住宅能耗散失的最薄弱部位，其能耗占住宅总能耗的比例较大，其中传热损失为1／3，冷风渗透为1／3，所以在保证日照、采光、通风、观景要求的条件下，尽量减小住宅外门窗洞口的面积，提高外门窗的气密性，减少冷风渗透，提高外门窗本身的保温性能，减少外门窗本身的传热量。
　　3．屋面节能。在不断改进建筑外墙、外窗的保温性能后，还必须进一步加强屋面保温隔热的研究。屋面节能措施的要点，其一是屋面保温层不宜选用密度较大、导热系数较高的保温材料，以免屋面重量、厚度过大；其二是屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果，如选用吸水率较高的保温材料，屋面上应设置排气孔以排除保温层内不易排出的水分。现在，高效保温材料已经开始应用于屋面，一些建筑的屋面保温，采用膨胀珍珠岩保温芯板保温层代替常规的沥青珍珠岩或水泥珍珠岩做法，就克服了常规作法的诸多缺点。
　　4．利用太阳能。地球拦截的太阳辐射能相当于目前全球电力消费量的1500倍。而在现有技术、经济条件下可供开发利用的太阳能，只占理论资源量的很小一部分。据美国能源部评估，1990年美国太阳能经济可开发资源量约为22Mtce/年，仅为技术可开发量的0．6％。所以，太阳能的开发利用有巨大的潜力。如果将太阳能源充分加以利用，不仅有可能节省大量常规能源，而且有可能在某些区域完全利用太阳能采暖。
　　二、关于建筑设计节能策略的几点思考
　　1．规划与节能设计。在以往的规划设计中，设计人考虑的往往是容积率、日照间距、空间形态、以及建筑与周边环境协调等问题，而很少从节能的角度来指导设计，节能设计只有在单体方案设计阶段才有所重视，从而产生了许多单体设计难以解决的问题。所以，提倡建筑节能首先应该重视规划节能。规划节能是指在规划设计当中充分考虑建筑与外部环境的关系，以节能作为指导规划设计的主要原则，充分利用自然资源，实现从总体上为建筑节能创造先决条件的设计方法。其中，规划节能对于居住建筑尤为重要。
　　2．建筑单体的通风与节能设计。建筑市场中，住宅开发商为了达到土地最大利用率的目的，往往要求建筑师按容积率的最高值进行设计，甚至超值设计，这样导致许多新建住宅多为一梯六户、一梯八户，甚至一梯十户以上都有。这种住宅单体平面在实际使用中通风将十分不利，特别是在夏季，室内积聚的热量难以散失，必须采用人工通风或空调降温，大大增加了建筑使用的能耗。而且目前的许多住宅设计，建筑立面窗户的设计主要是从立面造型方面考虑——采光面积大，可开启窗户面积小，这样的设计不但对隔热不好，对通风就更加不利。这都是因为忽视建筑单体的通风设计所造成的。
　　3．建筑外遮阳的运用与节能设计。随着节能技术的推广，业界对建筑外遮阳也越来越重视。建筑外遮阳能有效地阻隔部分太阳光直接照射到建筑物的外围结构，特别是防止太阳辐射穿过窗户直接进入室内，从而有效降低室内温度，达到节能的最终目标。在实际设计中，设计师经常会为了达到造型效果而刻意增加立面上的装饰构板，这些构件由于并非从遮阳方面考虑，所以形式作用大于实际功能。这并不符合设计的经济原则和节能原则。所以笔者认为，建筑立面设计应与建筑外遮阳设计相结合，并注意三方面的问题：一是要明确各种外遮阳的适用性。建筑外遮阳的设置与太阳的位置、建筑物的朝向都有着密切的关系。在窗户遮阳方面，实践证明：水平遮阳能遮挡高度角较大、从上方入射的太阳光，适用于南向的窗户；垂直遮阳能遮挡高度角较小、从侧面斜入射的太阳光，适用于东北向、西北向和正北向的窗户；综合遮阳(或称栅格遮阳)则综合了水平与垂直遮阳的优点，适用于东南向、西南向和正南向的窗户。而对于建筑墙体和屋面的遮阳，目前较为有效的方法是通过栅格遮阳和绿化遮阳。二是要从构件的设计上合理处理好遮阳与隔热的问题。传统的实体构件——水平、垂直和综合遮阳与墙体相连，其吸收的热量会直接传递给外墙，而且容易构成半开放式空间，遮阳构件受太阳辐射后温度上升。其一部分热量通过表面传热由空气带走并向上传递，但由于其它遮阳构件的阻挡，反而容易产生积聚现象，在风的作用下通过窗户导人建筑室内，从而不利于隔热。解决的方法是——在水平遮阳构件的选择上采用通透性的构件，目前较为先进的双层玻璃幕墙系统中，为了利于热空气的上升，其两层玻璃幕墙间的空气夹层往往是一个可连续的整体．即垂直方向上的间隔均为通透的金属构件，确保热空气能上升并带走热量。三是要合理设置遮阳板，避免影响室内空气的流动速度。因为遮阳板的存在会对建筑物周围的风压产生影响，当其角度与风向不一致时，风速将会大大降低。而且，遮阳的设置方式也会对气流产生不同的影响。
　　4．热桥问题与节能设计。建筑围护结构对建筑保温起到决定性的作用，但其中的热桥问题往往是人们所最容易忽略的。当代建筑由于追求造型的变化，立面上的凹凸进退增多，突出墙体、屋面的构件也越来越多，外飘窗得到了广泛的使用，这些设计手法丰富了建筑造型，却无形中增加了热桥的产生，对建筑节能带来不利的影响。产生热桥的原因主要有两个：一是因为该部位的传热系数比相邻部位的传热系数大得多，热阻小，保温性能较差；二是因为该部位的受热面积远小于其散热面积，从而失热过多，内表面温度较低。围护结构中钢筋混凝土梁、柱、板的相互交接处，外墙与外墙、内墙、以及窗户的连接处，保温门窗中的金属门框，以及突出屋面的女儿墙、排气孔与屋面交接部位等，都是围护结构中热桥形成的主要部位。在寒冷的季节。室内的热能就会通过热桥大量地流失。不妥善处理好这个问题，对于建筑节能会造成很大的影响。因此，在需要考虑冬季保温的地区，必须要做好外墙、屋面以及门窗的保温，构件自身的物理性能应满足节能标准的要求。在防止热桥产生的构造处理方
　　法上，墙体的外保温比内保温更为有效，可避免室内外温差加大，保持较为稳定的室温和舒适度，防止保温层受潮，避免热桥的产生。实践证明，在采暖期采用相同厚度保温材料的外保温要比内保温减少约l/5的热损失，而在夏季，墙体的外保温做法还能减少太阳辐射热和室外热空气与外墙的表面换热，隔热效果也优于内保温做法。对于建筑中使用较多的铝合金门窗，解决热桥的方法是改采用新型的断热桥型铝合金门窗或铝塑复合门窗，且应同时配置中空玻璃或镀膜玻璃或Low-E中空玻璃，这样就能保证门窗达到节能65％的要求。其它的如屋面、外墙角、挑出构件与主墙体的连接位等热桥部位，应严格按照国家规范要求加强建筑局部的保温措施，防止热散失。从总体上讲，防止热桥的产生就要平衡建筑围护结构的传热，控制各组成部分的传热系数相接近。保证各部位的传热均匀。这就需要建筑师熟悉各种建筑材料的物理性能，在设计时对用材要仔细研究，合理配置，从根本上减少热桥的产生，最终达到节能的目的。
　　三、建筑节能设计的应变策略
　　建筑节能设计就是从分析地区的气候条件出发，将建筑设计与建筑微气候。建筑技术和能源的有效利用相结合的一种建筑设计方法，也就是说在冬季最大限度地利用自然能来取暖，多获得热量和减少热损失；夏季最大限度地减少得热和利用自然能来降温冷却。
　　1．从建筑设计入手，综合分析地区气候特征，充分利用有利的气候条件和防御不利气候因素影响。(1)合理群体规划布局。设计中要充分考虑夏季有利的主导风向(通风致凉)和避免冬季不利的主导风向(避风保暖)，综合考虑采光、通风、保温和防晒等因素，合理安排群体布局和建筑朝向。(2)合理控制体形系数。体形系数就是指建筑物与室外大气接触的外表面积F0(m2)和其所包围的体积V0(m3)之比值。也就是说，单位建筑空间的外表面积越大，体形系数越大，能耗就越高，反之亦然。因此，在考虑节能设计时，建筑平面外形不宜凹凸太多，力求完整，避免因凹凸太多增大而提高体形系数。(3)合理控制窗墙比。窗墙比就是建筑外窗总面积与外围护墙体总面积之比值。由于外围护墙体的热工性能比玻璃窗户要好。尽管外窗面积比外墙面积要小得多，但通过外窗得失热量却占外围护结构得失热量的40％左右，因此需根据不同地区气候特征合理控制窗墙比。
　　2．从细部构造设计入手，有效利用隔热保温、遮阳和自然通风等被动式节能技术，改善建筑室内微环境。(1)外墙体的隔热保温与遮阳。目前，我国正提倡新型复合墙体自保温系统和外隔热保温技术，外保温的优点：建筑室内温度受室外温度波动影响小，有利于主体结构保护和避免热(冷)桥的产生。(2)玻璃门窗的隔热保温与遮阳。外墙玻璃门窗是阻挡夏季太阳辐射热进入室内和冬季室内热量散失的最薄弱环节，其能耗是同面积墙体的4倍，屋顶的5倍，对建筑能耗影响较大。除控制窗墙比外，需增加玻璃门窗的热工性能：一是设计选用单层或多层中空或低辐射玻璃(如Low—E镀膜玻璃)和经热断桥处理的门窗型材，同时加强窗墙间、框扇间的接缝气密性设计。二是增加外墙玻璃门窗遮阳设计，防止夏季太阳辐射热透过玻璃门窗直接进入室内而耗能。(3)屋面隔热保温与遮阳。在夏季，屋面日照时间长，太阳辐射强度大，屋顶外表面温度最高达到60～80℃，顶层室内温度受其影响会提高2～4℃。在冬季，屋顶对外散失热量，又增加了室内的空调热负荷。屋面隔热保温除采用倒置式设计外，蓄水屋面和种植屋面越来越引起人们的重视。(4)自然通风。风压与热压是实现自然通风的两种手段，二者互为补充、密不可分。风压通风是利用建筑的迎风面与具有良好外部风环境的地区，选择有利通风的建筑朝向、控制建筑进深、“引导”自然通风等，可实现良好的风压通风效果。
　　参考文献：
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　　2．崔希骏，廖建峰．节能65％后建筑外窗的配置建议Ⅱ】l建筑节能，2006(45)
　　3．房志勇．建筑节能技术．中国建材工业出版社，1998