建筑节能设计应用

刍议建筑节能设计的应用

摘要：本文作者主要对建筑节能设计应注意的问题进行了阐述，同时就当前建筑节能中太阳能的应用做了介绍。 关键词：建筑节能；节能设计；注意的问题 1、引言

建筑作为人类栖身的重要场所，是人类赖以抵御自然界各种气候因素的工具。随着自然生态破坏、全球气候变暖及能源的短缺，节省能源，降低建筑能耗，建筑节能设计不可忽视，只有节能型的建筑才有利于城市建筑的可持续发展。进行建筑节能设计，必须在规划阶段就进行考虑，这样才能在后续的设计阶段中更好地发挥节能设计的作用，并在方案设计，直至施工图设计阶段，始终贯彻节能设计的思想，从建筑构造，建筑材料及建筑设备的选择等各方面综合考虑，实现建筑节能既定目标。 2、设计理念

建筑节能是一门综合性学科,它涉及到建筑、施工、采暖、通风、照明、建材、热工、环境、检测、计算机应用等许多专业内容，这就决定了建筑的节能设计是长期、持续和发展的过程。针对我国建筑节能工作发展的状况, 就现阶段的建筑节能设计提出以下设计理念:

(一)建筑的规划设计是建筑节能设计的重要内容，它是建筑节能设计的开始，对整体节能设计具有指导意义；

(二)新型低能耗的围护结构（包括墙体、门窗、屋面）体系是

满足建筑节能技术指标的关键；

(三)建筑的细部及构造是建筑节能设计的重要一环。 3、建筑节能设计应注意的问题 3.1.建筑节能规划设计 3.1.1、选址

节能建筑的设计首先要考虑的是充分利用建筑所在环境的自然资源和条件，在尽可能不用常规能源条件下，遵循气候设计方法和建筑技术措施，创造出人们生活和工作所需要的室内环境，而建筑所处环境的差异决定了建筑选址将直接影响建筑室内外热环境和建筑能耗大小；因此，在建筑的选址上, 首先应从建筑所属地区的气候条件出发，将建筑设计、建筑微气候、建筑技术和能源的有效利用相结合，对建筑所处环境的地形、地貌、绿化、水体等各方面因素进行综合分析；其次，由于我国各地区地理环境的多样性决定了建筑所处环境的特殊性，这就要求建筑师在选址时需因地制宜、全面了解建筑所在位置的地形地貌、地质水文、气候条件、建筑材料、生活习惯等相关资料，做到具体问题具体分析。建筑师对建筑所处环境的详细调查和客观评价，是建筑节能规划设计的基础。 3.1.2、建筑布局

在合理选址的基础上,建筑布局对于建筑规划节能设计显得尤为重要，建筑师应充分考虑建筑的总体布局,做到不同体量、不同角度、不同间距、不同道路走向的建筑物的合理组合,充分利用自然通风和日照,以产生不同的热量需耗(冬季)和热量盈余(夏季)；

特别是建筑间道路的不同走向对风向和风速有明显的影响，因为建筑群和道路之间多为速度较小、方向竖直的管状气流,很难穿越建筑物,所以必须考虑建筑群体的形状与体量的组合和布局,使高层、低层错落排列,并利用道路和植被,形成空气流动和自然通风,使建筑冬天可保持室内热量,避免冷风渗透;而夏季则形成穿堂风,达到自然通风和降温。因此，如何利用建筑的合理布局,形成优化微气候的良好界面,建立建筑组团的自然——人工生态平衡系统, 是节能规划设计的重要课题。 3.1.3、建筑朝向

朝向选择的原则是冬季能获得足够的日照，主要房间宜避开冬季主导风向，但同时必须考虑夏季防止太阳辐射与暴风雨的袭击，要达到夏季防热又要冬季保温的理想朝向是困难的，建筑师应权衡节能及相关方面因素，选择出各地区建筑的最佳朝向或较好朝向，使建筑在夏季尽量避开南向烈日的炙烤,冬季争取尽可能多的温暖阳光, 从而让建筑获得冬暖夏凉的宜人室内环境。 3.1.4、建筑通风

自然通风是当今节能建筑所普遍采用的一项比较成熟而廉价的技术措施。房间有良好的自然通风，一是可以显著地降低房间自然室温，为使用者提供更多时间生活在自然室温环境的可能性，从而体现健康建筑的设计理念；二是能够有效地缩短房间空调器开启的时间，节能效果明显。为此，建筑师对于房间的自然进风设计应使窗口开启朝向和窗扇的开启方式有利于向房间导入室外风，而自然

排风则应利用常开的房门、户门、外窗、专用通风口、与室外连通的走道、楼梯间、天井等直接或间接地将室内空气排出户外。 3.1.5、太阳辐射

建筑物所处的室外环境并不是只与室外气温有关,还与太阳辐射、风、雨等有关,其中太阳辐射是主要因素,建筑的外立面由于朝向不同其得到(或失去)的太阳能量也不同。冬季辐射得热,南立面与北立面相差甚大。从建筑冬季日照和夏季防热综合考虑,南向是建筑最佳朝向。对于南北向长方体形建筑,存在一个最佳的长宽比和高宽比, 使得建筑外表面所得太阳辐射量很少。这种最佳尺寸与夏季日照有关,鉴于我国大部分地区7月最热,因此以7月大暑日确定建筑的最佳尺寸较为合理。对于防太阳总辐射,建筑的最佳尺寸较小。对于防太阳直接辐射,建筑的最佳尺寸较大。相关资料建议以相对总辐射量0.98,相对直接辐射量<0.85作为建筑长宽比和高宽比的确定范围，对于我国大部分热湿地区,推荐建筑的长宽比为1.8～2.6,高宽比为1.9～3.3。 3.1.6、建筑体形系数

建筑体形系数是指建筑物与室外大气接触的外表面积a（不包括地面和不采暖楼梯间隔墙与户门的面积）与其包围的建筑空间体积v的比值。体形系数越大，说明单位建筑空间所分担的热散失面积越大，能耗就越多。有研究资料表明，体形系数每增大0.01，耗热量指标约增加2.5%，因此，如何控制或降低体形系数也是建筑节能规划设计的一个重点；以下是降低体形系数的有效方法方法：

（1）、减少建筑面宽，加大建筑进深。

（2）、增加建筑层数，加多层数一般可以加大体量，降低耗热指标。

（3）、建筑体形不宜变化过多，尤其对于住宅形式的选择不宜大规模采用单元式住宅错位拼接，不宜采用点式住宅或点式住宅拼接，因为错位拼接和点式住宅都形成较长的外墙临空长度，造成体形系数的增大。在建筑设计中，建筑师可综合运用以上几种方法，正确处理建筑形式多样化和节能的关系。 3.2.建筑围护结构体系 3.2.1、建筑外墙

多年以来,我国建筑一直采用烧结粘土砖作为外墙主要材料,由于烧结粘土砖的生产造成了土地资源的大量损耗，国家已逐步禁止使用烧结粘土实心砖，随着相关政策的实施，砼空心砌块、加气混凝土砌块、砖渣砌块等墙体材料相继出现，其中加气混凝土砌块的节能性能相对较好，但这些材料远不能满足国家对于建筑节能的要求，借鉴发达国家的经验，使用复合墙体将是大势所趋，复合墙体主要通过在墙体主体结构基础上增加一层或几层复合的绝热保温材料来改善整个墙体的热工性能，这种墙体很好地发挥了两种材料的长处,既不会使墙体过厚,保温效果又好且能承重，因此，综合运用围护结构的热传递机理、节能指标体系优化方法以及建筑低能耗围护结构组合优化设计方法进行墙体材料的研究和开发是现阶段建筑围护结构体系节能的关键。

3.2.2、建筑外门窗

建筑物的外门和外窗是冬季冷风侵入、夏季阳光入射的主要通道，为了保证建筑的节能，要求外窗及阳台门具有良好的气密性；凡是门窗的保温隔热性能(传热系数) 和空气渗透性能(气密性)两项物理性能指标, 达到或高于所在地区《民用建筑节能设计标准(采暖居部分)》及其各省、市、区实施细则技术要求的建筑门窗统称为节能门窗。节能门窗可以是单层窗,也可以是双层窗,在高纬度严寒地可采用三层窗。一般而言,窗户的传热系数要远大于墙体的传热系数,所以尽管窗户在外围护表面中占的比例不如墙面大, 但通过窗户的传热损失却有可能接近甚至超过墙体。提高窗户的保温隔热性能主要从两个方面着手，首先是玻璃,玻璃的导热系数很大,薄薄的一层玻璃热量很容易流出或流入,因此设计时可考虑采用双层玻璃、中空玻璃、低辐射玻璃等保温性能较好的玻璃或采用镀膜玻璃反射掉一部分晒到玻璃上的太阳光；其次窗户的框材也要加以考虑,如果是铝型材或钢型材窗框,则必须对型材做断热处理,即将型材朝室内的一面和朝室外的一面断开,用导热性能差的材料将两者连接起，减少热量传导；由此可见，利用高新科技大幅度提高门窗的热工性能是建筑外门窗满足节能技术指标的捷径。

3.2.3、窗墙比

在确定墙体、门窗做法后，合适的窗墙比对于节能设计是必要的。窗墙面积比对建筑能耗的影响, 主要取决于窗与外墙之间热工

性能的差异, 相差越大, 影响越显著；窗墙面积比不仅影响能耗， 也影响建筑立面效果、室内采光、通风等。将开窗率控制在适当的水平，并尽量避免在东、西向开窗，是节能设计中应遵循的原则。 3.2.4、屋顶的设计

对多层和高层建筑而言, 屋顶在整个外围护结构中所占比例较小, 通过它的热量损失也小,但受阳光照射的建筑物屋顶，表面温度比其他围护结构高得多，如：夏季长江以南地区用沥青材料的平屋顶表面温度可达60～70~c左右，对室内温度影响很大，顶层住房冬冷夏热现象十分明显；因此，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，尚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热量；(4)利用屋面作为活动空间并设置遮阳装置（如：百叶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。 3.3.建筑细部设计 3.1、遮阳板

遮阳板的巧妙设置在建筑节能设计中往往会起到意想不到的效果，开窗率适当、遮阳良好的建筑才能是节能佳作，建筑师应重视遮阳板的设置,在立面遮阳设计时不仅仅只考虑遮阳构造设计,还可综合利用阳台、外廊等建筑构件以及垂直绿化、遮阳树木取得综合遮阳效果,使立面遮阳设计与立面形态处理有机结合起来。 3.2、绿化

近年来，人们越来越重视绿化所带来的景观效果，但实际上绿化所起的节能作用也是十分明显的；由于城市绿地不断减少，加之空调的大量使用，导致“热岛效应”，空气环境日益恶化，给建筑节能带来负效应。1块草地和1块沥青地面的表面温度差可达14℃以上；而绿地每天蒸发大量水份，带走大量热量，为建筑物创造了十分有利的周围环境条件；因此，在城市规划、建设的发展进程中，绿化所起到的节能作用将日益显现。 4、太阳能在建筑节能中的应用

随着煤炭, 石油和天然气等天然能源的日益匮乏，新能源和可再生能源的研发和应用已成为趋势，在建筑中应用太阳能、 风能、 地热能和生物质能等新能源和可再生能源是建筑节能技术的重点。由于太阳能是一种典型的可持续能源，具有洁净、安全、长期性的特征，因此太阳能在建筑节能设计中得到了广泛应用，主要体现在以下方面：

(1)太阳热水系统，太阳能热水器技术的日趋成熟,使得太阳能热水器几乎不要运行费用,而太阳能热水器使用年限为15～ 20年,

在节约能源的同时也为使用者节约了成本。

(2)太阳能电池发电系统，太阳能电池电系统是利用太阳光原理制成的将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统，预计太阳能光伏发电将逐步发展为重要的发电方式。

(3)太阳能建筑，太阳能建筑一体化设计，是指太阳能建筑中太阳能系统构件的各个组成部分与建筑设计的有机结合，这将是建筑设计发展的一个趋势。

目前，我国太阳能光热产品已达到世界产量第一，伴随对太阳能研究的深入，太阳能将在建筑节能中起到更重要的作用。 5、结语

由于建筑能耗在社会总能耗中所占的比例重大，建筑节能技术已成为当今世界建筑技术发展的重点之一，随着国家对建筑节能的日趋重视，建筑节能设计和新能源的应用将迎来春天。 参考文献

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