節能型建筑設計的探討

【摘 要】 為降低建筑耗能，實現國家減排目標，勢必大力發展節能型建筑。節能型建筑已被建設部納入今后城市建設的重點發展方向，相關的指引、標準和法規也相繼出臺。筆者從節能型建筑的概念出發，對節能型建筑的設計原則、內容及方法進行探討。

【關鍵詞】 節能型建筑 節能設計 節能材料 節能技術

引言：

國民經濟的發展離不開能源，隨著我國經濟的高速發展，對能源的依賴更為嚴重。目前我國能源消費的速度超過了經濟發展速度，全社會能耗情況不容樂觀。當前建筑耗能已與工業耗能、交通耗能并列，成為我國能源消耗的三大“耗能大戶”。尤其是建筑耗能伴隨著建筑總量的不斷攀升和居住舒適度的提升，呈急劇上揚趨勢。相關資料顯示，建筑的能耗（包括建造能耗、生活能耗、采暖空調等）約占全社會總能耗的30%，其中最主要的是采暖和空調，占到20%。而這“30%”還僅僅是建筑物在建造和使用過程中消耗的能源比例，如果再加上建材生產過程中耗掉的能源（占全社會總能耗的16.7%），和建筑相關的能耗將占到社會總能耗的46.7%。龐大的建筑能耗，已經成為國民經濟的巨大負擔，因此建筑行業全面節能勢在必行。

1 節能型建筑的概念

節能型建筑是指在選址、規劃、設計、建造和使用過程中遵循環境設計和節能設計的基本方法，對建筑場地的日照、太陽輻射、風向等外部空間環境進行研究后，設計出的低能耗建筑。它采用節能型結構、材料和產品，部分或全部利用可再生能源，最大的特點是整個建筑全壽命過程中每一個環節都是節能的。節能型建筑全壽命過程的節能是通過控制建筑材料生產、建筑設計、建筑建造、使用過程、甚至建筑達到設計使用年限后建筑材料的回收等環節來實現的。

2 節能型建筑的設計原則、內容和方法

根據節能型建筑的概念和特點，節能型建筑的設計應本著因地制宜的原則，對建筑全壽命過程的每一個環節進行節能設計，它主要包含以下幾個部分：

2.1 規劃的節能設計。

規劃節能設計涉及建筑選址、外部環境設計、總平面建筑群體布局設計等內容。

建筑選址要根據當地的氣候、土質、水質、地形及周圍環境條件等因素的綜合狀況來確定。合理的選址可避免日后建筑運行過程中不必要能耗，為單體的建筑節能創造好的外部條件。以我國南方地區為例，如居住區選址于綠化情況良好、有湖泊水面且位于夏季主導風向的上風向區域，將有利于住宅自然風的引入，降低夏季住宅熱輻射，提高舒適度，從而節約空調用量。外部環境與建筑功能相匹配，將大大減少日后使用過程中資源的浪費和損耗。

外部環境設計是指建筑物外部微觀環境的設計。它雖然依賴于選址的外部大環境，但當外部大的自然環境條件不理想時，可以通過合理的環境設計來改善建筑周圍的微觀環境，使之與建筑功能緊密結合，為建筑節能創造條件。在這方面做得最好的是我國古代的園林設計。園內通過植樹、挖池、堆山等環境設計手法，增加了園內綠化和水面。達到了平衡溫濕度、凈化空氣，降低噪音，收集雨水等改善微觀環境的效果。這些設計手法現在依然值得我們借鑒。

2.2 建筑外圍護結構的節能設計。

建筑外圍護結構組成部件（屋頂、外墻、地基、隔熱材料、密封材料、外門和窗、遮陽設施）直接與外環境接觸，發生熱輻射交換，對建筑能耗、室內環境性能、熱舒適環境有著根本的影響。建筑外圍護結構節能設計的重點是提高外圍護結構的熱工性能，減少能量損失，提高圍護結構的保溫、隔熱性能和密閉性能。

首先要對建筑外圍護結構各組成部件整體的熱工性能進行設計計算，使之達到國家建筑節能設計標準的規定性指標。這樣才能在夏季減少室外熱量傳入室內，在冬季可減少室內熱量的流失，使建筑熱環境得以改善，從而減少建筑冷、熱消耗。提高外圍護結構的熱工性能，要求相關部位盡可能采用熱工性能好的節能型建筑材料進行建造。目前建材市場上有許多新型的節能材料，它們具有優異的節能性能。比如大面積玻璃幕墻外圍護結構，選用節能效果優異的新型低輻射鍍膜玻璃（Low-E玻璃）可以使將近70%的太陽能可見光和近紅外光透過，有利于自然光采光，節省照明費用。同時來自室內、室外的高溫物體的熱輻射很難通過玻璃輻射過去，可以阻斷室內的熱量輻射交換，具有良好的保溫性能。雖然建筑的外圍護結構應優先選用新型的節能材料進行建造，但是建筑外圍護結構是一個綜合體，并不是所有構件都必須采用具有最佳熱工性能的材料。最終的外圍護結構方案是一個整體熱工性能達到國家節能標準要求的，技術可行、經濟合理的優化組合方案。

其次必須對建筑外圍護結構進行合理的構造設計，提高圍護結構的隔熱性能和密閉性能，避免或減小建筑熱橋對節能的影響。建筑圍護結構中的一些部位，在室內外溫差的作用下，形成熱流相對密集、內表面溫度較低的區域。這些部位成為傳熱較多的橋梁，故稱為熱橋。熱橋對建筑保溫節能帶來了不利的影響。建筑中容易產生熱橋的部位有砌在磚墻或加氣混凝土墻內的金屬（例如鋼筋、箍筋等），混凝土或鋼筋混凝土的梁、柱、板和肋，預制保溫中的肋條，夾心保溫墻中為拉結內外兩片墻體設置的金屬聯結件，外保溫墻體中為固定保溫板加設的金屬錨固件，內保溫層中設置的龍骨，挑出的陽臺板與主體結構的連接部位，保溫門窗中的門窗框特別是金屬門窗框等等。對墻體熱橋，可采用墻體外保溫的方法來解決，對于鋁合金門窗框，解決熱橋的方法是采用新型的斷熱型鋁合金門窗或鋁塑復合門窗。

圖1 90系列斷熱鋁合金窗

圖2 60系列外平開節能窗

3 新型節能產品和設備系統的應用

隨著科學技術的發展，出現了許多新型的節能產品和設備系統。例如先進的中央空調系統，采用中央空調智能節電系統，采用計算機智能控制方式，運用計算機技術和變頻技術，根據中央空調主機和輔機系統運行工況和末端負荷的變化，采集多種變化參數，然后通過負荷隨動計算，自動對冷凍（溫）水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機等設備進行實時優化控制，并使中央空調主機運行環境得以優化，使得主機工質和輔機系統各種流體流量跟隨末端負荷變化而同步變化，確保中央空調系統在滿足舒適的前提下大幅度降低系統能源消耗。又如雨水收集系統，在雨天可以通過收集系統將降落在屋頂的雨水收集到雨水儲存方塊中，晴天供綠化噴灌使用，可節約大量的水資源。再比如中水的應用等。節能型建筑應盡量多設計和應用此類先進節能的產品和設備系統，以降低建筑使用過程中的運行成本，達到節約能源，降低能耗的目的。

4 新能源的開發利用

節能型建筑應利用先進的科學技術手段對新能源進行開發利用。開發出來的能源可提供給建筑本身使用，從而達到節能的目的。如在建筑上利用太陽能采暖，利用太陽能熱水器將太陽能轉化為熱能。現已有少部分智能建筑通過現代科技手段將光電產品與建筑構件合為一體，如光電屋面板、光電外墻板、光電玻璃幕墻等，將太陽能轉化為電能供建筑使用。應用這樣高新技術手段對新能源進行開發利用，使建筑在耗能的同時也可以產能，也可實現建筑節能。

5 結語

節能型建筑的設計是一個復雜的系統工程，它涉及諸多方面的問題。以上所提的四個內容只是其中的一部分，節能建筑的設計還有許多內容和方法值得我們去探討。對建筑師而言，要有可持續發展的觀念，在工作中多研究、多思考、多嘗試，結合建筑功能、形態在建筑全壽命過程中每一個環節都進行節能設計，努力創造出低能耗、高效的節能型建筑。