淺談高層建筑的節能設計

【摘 要】 隨著城市化的不斷推薦，建筑耗能占整個能源消費總量的比重不斷上升，每年由于新建和改建建筑，消耗大量能源，造成自然環境的惡化。因此，在新的歷史時期，強化建筑的節能設計非常有必要。本文探討了如何實現高層建筑的節能設計。

【關鍵詞】 高層建筑 門窗 圍護 建筑體形 節能設計

建筑節能是指在建筑物的規劃、設計、新建（改建、擴建）、改造和使用過程中，執行建筑節能標準，采用節能型的建筑技術、工藝、設備、材料和產品，提高保溫隔熱性能和采暖供熱、空調制冷制熱系統效率，加強建筑物用能系統的運行管理，利用可再生能源，在保證建筑物室內熱環境質量的前提下，減少采暖供熱、空調制冷制熱、照明、熱水供應的能耗。建筑節能，包括了降低能耗、提高用能效率和利用可再生能源三個方面的內容。三者互相促進，缺一不可。與發達國家相比，中國住宅的單位采暖建筑面積要多消耗2～3倍以上的能源；中國建筑外墻熱損失是發達國家同類建筑的3～5倍，窗的熱損失在2倍以上。因此，加強建筑的節能設計迫在眉睫。下面談談高層建筑的節能設計。

1、墻體節能設計

多年以來，我國建筑墻體一般采用單一材料，如空心砌塊墻體、加氣混凝土墻體等。單一材料導熱系數大，一般為高效保溫材料的20倍以上，由于建筑節能的需要，新型復合墻體已經出現，復合墻體主要通過在墻體主體結構基礎上，增加一層或幾層復合的絕熱保溫材料來改善整個墻體的熱工性能。復合墻體很好地發揮了兩種材料的長處，既不會使墻體過厚，又能承重，保溫效果又好，因此，發達國家新建建筑已基本上采用了此種方式。我國要達到節能50％的要求，使用復合墻體將是大勢所趨。

2、門窗的保溫隔熱設計

對于高層建筑的不同立面， 均應有相應的窗墻比取值范圍， 在強化墻體保溫性能的同時， 必須處理好洞口面積和墻面面積之比例的協調問題， 否則墻體保溫材料的增加所達到的節能效果會被過大的洞口率所抵消， 造成浪費。可以通過提高門窗的氣密性，采用適當的窗墻面積比，增加窗玻璃層數，采用百葉窗簾、窗板等措施來提高門窗的保溫隔熱性能。一是合理確定窗墻比。窗戶洞口面積與房間立面單元面積的比值為窗墻比，其值的大小對室內的熱環境和熱能的消耗有重大影響。在滿足住宅室內房間采光和通風的基礎上，不同朝向的房間的窗墻比應滿足《標準》要求：北向為0．25，東西向為0．3，南向為0．35。二是選擇保溫性能良好的門窗材料。目前常用的門窗材料有木、鋼、鋁合金和塑鋼為4種，其中，塑鋼門窗具有保溫隔音、耐腐蝕、造價低，制作、表面色澤鮮艷美觀等優點，與木、鋼和鋁合會等門窗相比可節約取暖能源的30％-50％，而塑鋼門窗又是我國大力推廣的一種新型材料。三是增加窗扇的保溫性能。單層玻璃本身的熱阻力很小，在寒冷地區可采用增窗扇層數，或在單扇窗上設置2層玻璃來增加熱阻，2層玻璃間距保持20—30ram的空間?？刹扇∵x擇中空玻璃等新型材料，或在窗的內側或在雙層窗間掛窗簾等措施，來減少室內向室外輻射的熱損失，提高門窗的保溫能力。四是提高門窗氣密性，減少冷空氣滲入。可采用推拉門窗和大塊玻璃窗扇，以減少扇與框、扇與扇、扇與玻璃之間的縫隙，并在縫隙中嵌入密封膠條，以防止冷空氣滲入。門窗框與墻之間的縫隙應用保溫砂漿或泡沫塑料等材料密封填充，使冷空氣從門窗滲入的可能性大大減少，氣密性提高。

3、屋頂節能設計

對屋頂使用高效保溫材料、架空型保溫、倒置保溫等方式進行合理的保溫和隔熱設計，這樣可以很好地保證在冬季低溫地區、夏季高溫地區給室內提供適宜的居住溫度，同時為冬季的暖氣供暖、夏季的空調降溫節省出大量能源。合理的屋頂保溫和隔熱設計可以省出大量的能耗?？梢杂梦蓓斁G化設計，為節約能源和調節氣候作出很大貢獻，在增加綠化面積和建筑節能上起到了很大作用。屋面節能的主要措施為：①屋面保溫層不宜選用吸水率較大的保溫材料，以防屋面濕作業時因保溫層大量吸水而降低保溫效果，如選用吸水率較高的保溫材料，屋面上應設置排氣孔以排除保溫層內不易排除的水分 ②屋面保溫層不宜選用密度較大、導熱系數較高的保溫材料，以免屋面重量、厚度過大。

4、建筑體形設計

建筑的體形系數是建筑體形設計的重要參數。建筑物的體形系數是指外表面積與外表面積所容納的體積之比，體形系數越小，單位建筑面積對應的外表面積越小，外圍護結構的導熱損失就越小。體形系數還與建筑的造型、布局、采光、通風等緊密相關。建筑物的朝向合理能使建筑在被動式和主動式太陽能系統中充分利用太陽能，對于建筑節能有著很大的影響。對于高層建筑來說，設計合理的平面進深也是一種有效的被動式節能設計方法。

5、合理利用資源

一是清潔能源的利用。太陽能是一種資源豐富的清潔能源，在建筑中可加強太陽能的利用，如設計并建造太陽能光電屋頂、太陽能電力墻和太陽能光電玻璃，將太陽能轉化為建筑本身需要的電能和熱能。此外，風能也是一種開發利用較為方便的清潔能源，除了建筑的自然通風外，還可以安裝風力發電和風力致熱設備，將風能轉化為建筑內可直接使用的能源。二是回收利用舊建筑材料。加大舊建筑材料的回收利用，盡可能地降低能源和物質投入及廢棄物和污染物的產出，這是綠色建筑體系最重要的內在機制?？蓪⒔ㄖ鸪^程中的建筑材料，如木地板、木制品、混凝土預制構件、鐵器、鋼材、磚石、保溫材料等，經過加工和改造，在滿足規范和設計要求的條件下，利用到新建筑中。三是可再生材料的利用。建筑中加大木材、廢紙、纖維保溫材料等可再生材料的利用，不僅減少建筑的投資，還可減輕人類過度開采自然資源引發的生態問題。

6、優化高層建筑的朝向設計

朝向系數應針對建筑所處環境、氣候條件和室內熱環境要求， 認識到朝南并不就是朝向系數高， 當然一般而言， 建筑面南是好的， 但在一些有空調、熱舒適要求較高的場合， 朝南反而變成了壞事， 所以具體情況要具體分析， 確定相對應的參數來指導建筑師的工作。

7、自然通風設計

風壓與熱壓是實現自然通風的兩種手段，二者互為補充、密不可分。風壓通風是利用建筑的迎風面與具有良好外部風環境的地區，選擇有利于通風的建筑朝向、控制建筑進深、“引導”自然通風等，可實現良好的風壓通風效果。熱壓通風（即“煙囪效應”）是利用熱空氣上升，從建筑上部排風口排出污濁的熱空氣，從建筑底部吸入新鮮的冷空氣，實現建筑內部的自然通風。一般在不良的外部風環境地區或進深較大的建筑，多利用熱壓或熱壓風壓兼用，實現自然通風。在設計中，可利用建筑物內部貫穿多層的豎向空間（如樓梯間、中庭），結合拔風井、風塔等構造，創造出滿足熱壓式自然通風進出風口的高差。

結束語：

總之，我們應該把建筑節能作為我國可持續發展戰略的一部分。在提高和保證住宅舒適性的前提下，有效地利用建筑節能設計原理，盡量降低建筑物使用過程中的能耗。

參考文獻

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