從節能的角度探討建筑設計

邱榮文 江新勇 毛慧慧

(南昌航空大學土木建筑學院，江西 南昌 330063)

0 引言

20世紀以來，全世界能源消耗的增長遠超過人口增長的速率，如何降低能源的消耗與浪費已經成為全世界共同面臨的難題。近幾年來，我國GDP飛速發展，建筑行業也得到很大的發展，然而，建筑能耗卻成為一項值得關注的話題，學者王若竹，錢永梅，王鐵紅[1]指出:我國建筑能耗逐年上升，由20世紀70年代末占總能耗的10%，上升到近年來的27.45%，并將上升到35%以上。在新建的建筑中稱得上節能建筑的只占6%左右，94%左右仍然是高耗能建筑。與發達國家相比，我國建筑外墻的熱傳遞系數是其3.5倍～4.5倍，外窗為2倍～3倍，屋面為3倍～6倍，門窗的空氣滲透為3倍～6倍[2]。在當前形勢下，節能建筑的設計與營造將是一種趨勢。未來建筑的發展勢必朝著節能的方向邁進。

節能建筑的核心是，建筑群的規劃和單體建筑的設計，在設計過程中，通過執行建筑物節能標準，采取相應的節能措施，確保建筑室內熱環境的質量和人民居住水平的提高，充分利用可再生能源和目前可運用的節能技術，以減少能源的消耗與浪費。本文以德國教授隆恩教授節能建筑的被動式設計思想理念為理論指導[1]，主要在建筑物規劃設計，屋面節能設計，墻體及門窗的節能設計和自然資源的利用等進行分析探討，改善并提高建筑物節能效果。

1 建筑規劃設計

建筑規劃設計與建筑節能密切相關，規劃設計要從建筑物所在地的地理，氣候，日照等條件出發，將節能設計，建筑設計，能源三者有效的結合在一起，使建筑獲得更多的可再生能源，如太陽能。具體規劃設計時要從建筑布局，建筑朝向，建筑物體形，建筑間距等因素考慮，建筑規劃中的節能設計是建筑節能設計中不可缺少的一部分。

1.1 建筑布局

建筑群的布局應從平面和空間兩個方面進行合理規劃。平面的布局形式有:行列式，錯列式，周邊式，混合式，自由式等，在不同的氣候，地理等條件因素限制下可選用不同的平面布局形式達到節能，例如:在嚴寒地區和部分寒冷地區，在考慮房間日照和通風因素時，適合周邊式的布局形式;在空間方面要考慮高層建筑物對低層建筑物的影響，當一棟建筑物遠高于其他建筑時，由于氣流的影響，在建筑物之間容易形成高速風及渦流，從而加速熱量的損失。通過對建筑群平面和空間布局形式的合理設計運用，形成優化微氣環境的良好界面，建立氣候防護單元改善外界環境，充分利用自然能源，做到節能。

1.2 建筑朝向

朝向是指建筑物正南立面的法線與正南方向的夾角[3]，朝向的選擇涉及到建筑物的地理特點，氣候環境，建筑用地等等情況。在寒冷季節獲得更多的日照，房間內避免寒風侵襲;酷熱季節減少太陽輻射，并有良好通風，同時也要照顧到其他建筑物的需要。最佳朝向和適宜朝向都能夠滿足建筑節能設計的基本要求(如表1所示)。

表1 不同氣候地區的最佳朝向和適宜朝向[3]

1.3 建筑物體形系數

建筑物的體形系數[3](S)是指建筑物與室外大氣接觸的外表面積(F)(不包括地面，不采暖樓梯間隔墻和戶門的面積)與其所包圍的體積(V)的比值即:

體形系數越大，表明單位建筑空間受到外界氣候環境冷熱作用的外圍護結構面積越大，越不利于節能。有研究表明:建筑物體形系數每增加0.01，耗能熱量指標增加2.5%左右[3]，所以從降低建筑物能耗的角度出發，在滿足使用功能，建筑平面布局，建筑美學的前提下，建筑物的體形系數越小越有利于節能，節能型住宅體形系數在0.25 ～0.28 之間較為合理[4]。

1.4 建筑間距分析

在建筑具體規劃建筑物的間距時要根據當地的日照情況，日照標準，建筑節能設計原則及防火規范等因素綜合考慮，建筑的間距要根據當地在冬至日的太陽高度角進行合理的計算，計算出的間距要保證住宅室內有一定量的日照，還需要有一定的日照時間來提高室內的溫度，減少空調的能耗，從而達到節能的目的。在規劃中還可以適當加大部分建筑物間的間距，形成休息平臺或形成綠地，對改善建筑物之間的通風有良好的效果。

2 屋面節能設計

屋面的構造形式有平屋面和坡屋面，而節能系統可分為保溫屋面和隔熱屋面。

2.1 倒置式保溫屋面

倒置式屋面就是將傳統屋面構造中的保溫層和隔熱層顛倒，將保溫層設置在防水層之上，很大程度上減弱防水層受外界環境的影響，使防水層不易老化，延長其使用年限。同時倒置式屋面具有調節屋頂內表面溫度的功能，有利于提高屋頂的隔熱效果。

2.2 屋頂的隔熱設計

屋頂的隔熱做法有多種方式。如:屋頂的架空通風隔熱;屋頂的蓄水隔熱;種植植被隔熱，雖然這幾種做法的目的是達到建筑節能，但其原理各不相同。通風隔熱主要是在屋頂設置通風間層，使兩側形成風壓和熱壓帶走熱量，同時也隔斷了太陽輻射，達到降溫的目的;蓄水隔熱是在屋頂設置一層蓄水層，利用水的蒸發和水對太陽輻射的吸收，來降低室內溫度;種植植被隔熱利用的植物的光合作用和葉片的蒸騰作用，來降低室內溫度。

3 門窗節能

在建筑圍護部件中，門窗的保溫隔熱性能最差，是對建筑節能重要的影響因素之一。學者陳春滋，李書田[5]在書中提到，就我國目前典型的圍護部件而言，門窗的耗能約占墻體的4倍，屋面的5倍，地面的20多倍，約占建筑圍護部件總能耗的40%～50%。因此，增強門窗的保溫隔熱性能，減少門窗的能耗，對提高建筑節能水平起到至關重要的作用。在門窗的設計中，在綜合考慮門窗采光，通風，隔聲等基本功能的情況下，對門窗進行優化設計，以提高門窗的節能效果。

3.1 合理的門窗朝向、大小

窗的朝向主要考慮冬季有足夠的日照，夏季利于通風并減少日照。門窗朝向及大小對夏熱冬冷地區的節能設計有明顯的效果。而南昌市地區是典型的夏熱冬冷地區，根據南昌市地區的有關氣象數據分析，南昌市地區西南風是夏季主導風向。因此，在南昌市地區門窗的朝向盡量布置在朝西南方向，這樣不僅有利于夏季室內形成穿堂風，使室內溫度降低，且冬季可以獲得足夠的日照，使室內溫度升高。在滿足采光通風的條件下，窗的面積越小對節能越有利，所以在滿足窗的基本功能的情況下，盡量選擇較小的窗戶。

3.2 門窗的構造方式

在確定窗墻比的條件下，增大窗戶的開啟面積，從而增加了窗戶的通風量，在夏季可以帶走室內的很大一部分熱量，降低室內溫度。比如少用推拉窗，多用平開窗，并且讓平開窗的窗扇均能開啟。如果用推拉窗且擁有合理的構造方式，如將推拉窗設計為四扇，兩邊窗扇固定，并用隔熱材料將其擋住使中間兩扇窗扇均能同時打開，增加窗戶的開啟面積。同時通過合理的構造方式提高門窗的氣密性，增強門窗的節能水平。

4 外墻的節能設計

外墻是外界環境接觸最多的建筑結構，其保溫隔熱性能的好壞，直接影響室內溫度控制，從而影響建筑的節能。

4.1 復合墻體利用

在外墻的設計中，利用復合墻體，也就是通過在主體墻體增加一層或者幾層的絕熱保溫材料來改善墻體的熱工性能，這種材料目前最常用的有聚苯板與新型的JSY鋁鎂材料。

4.2 墻體構造設計

在墻體的構造上，可以利用承重空心砌塊，一方面減輕墻體的自重，同時墻體的熱工性能也會得到改善。墻體的裝飾在建筑的立面效果起到很重要的作用，通過藤本植物(如爬山虎、地錦、絡石、凌霄等有吸盤或者有吸盤的藤本植物)附在建筑墻面，不僅能在建筑立面效果上有所改善和創新，還能緩和陽光對建筑的直射從而降低墻體表面溫度。同時，在設計中增強墻體表面的密實度，對建筑節能也會有很大的幫助。

5 結語

在當前能源緊張的局勢下，建筑節能設計不僅僅是從建筑布局，墻體，屋面等外圍護構件考慮，還需要從所使用材料的熱工性能及建筑施工時的能源消耗來考慮，降低建筑從設計到施工再到利用所使用的能源消耗，并將其運用于實際的生活中，改善人們居住的室內生活環境和減少能源的消耗，減少現代建筑物的能源利用，使節能建筑向新世紀邁進，更具有歷史責任感和建筑業的使命感。

[1] 王若竹，錢永梅，王鐵紅.長春市居住建筑節能設計中的朝向分析[J].吉林建筑工程學院學報，2010(1):104－106.

[2] 羅 憶，劉忠偉.建筑節能技術與運用[M].北京:化學工業出版社，2007.

[3] 王 瑞.建筑節能設計[M].武漢:華中科技大學出版社，2010.

[4] 楊 蕊，劉小平.住宅建筑熱環境節能優化設計的探討[J].陜西建筑，2006(7):4－6.

[5] 陳春滋，李書田.建筑節能設計與施工技術[M].北京:中國物資出版社，2011.

[6] 梁 靜.夏熱冬冷地區居住建筑節能的思考[J].低溫建筑技術，2009(6):108－109.