設計中的建筑節能技術措施

李玲

（重慶展圖建筑設計院，重慶400012）

設計中的建筑節能技術措施

李玲

（重慶展圖建筑設計院，重慶400012）

該文論述了建筑節能設計中的技術措施。在設計中通過節能技術措施，引入綠色天然的環保能源，減少對不可再生資源的損耗，以求實現建筑節能和可持續發展。

建筑節能；建筑設計；技術措施；能耗；氣候因素；圍護結構

0 引言

隨著技術的進步，在各類建筑物內，針對四季氣候變化而采用了各種人工設備，以實現舒適的室內冷熱環境。而實現較宜人的室內環境的代價是，大量能源的損耗。這一能源損耗可從建筑設計的源頭進行規范化治理。如果設計之初，即充分考慮未來建筑使用的節能問題，無疑可以實現生態環保，節約大量能源。這就是本文探討的如何降低在總能耗中占的1/3以上的建筑能耗——建筑節能設計。

建筑節能設計就是充分利用建筑設計中的節能措施，充分利用自然能源，創造出良好的室內氣候條件，降低不可再生能源的消耗，以實現生態可持續的現代生活。

1 影響建筑節能設計的氣候因素

建筑節能設計是根據不同地域的氣候特征，在不依賴耗能設備的前提下，通過技術措施將建筑節能理念天然地賦予建筑物，具體包括對建筑形式、構造采取節能設計，布局不同的建筑形態空間，以改善建筑環境，實現微氣候建筑，即適應氣候的地域節能技術。建筑設計時，要考慮冬季的保溫策略。而保溫就是盡可能多地攝取天然能源得到溫度，并盡量減少散熱；夏季的散熱就是盡可能地損失熱量，依靠天然能來降溫。

建筑節能設計，可從建筑朝向、保溫隔熱層、空間構成、門窗保溫隔熱、圍護結構節能等節能技術設計入手。首先分析本地域的氣候特點，選取利于節能的朝向的建筑，結合建筑外立面，以保證室內采光通風為前提，設遮陽層以盡可能有效地阻止熱輻射。同時全面解讀地域氣候的季節差異，因地因時改善建筑局部氣候，消除或減少負面作用。再者采用建筑節能技術，設計建造出環保節能的建筑。

2 建筑設計中的節能設計

建筑節能設計就是為了減少外界對建筑的影響，為適應氣候特征而在建筑設計中采取的適應性與空間形態相關的措施。

2.1 建筑物體形系數

應合理控制體形系數。建筑物體的外圍面積愈大，建筑物體形系數愈大，其傳熱量也就愈大，能量損失就愈大，系數相反則反之。建筑節能設計應著力減小建筑物體形系數。

在建筑物的節能設計中，布局應盡量平整規則，減少不規則平面的多處起伏，從而減少影響體形系數的因素。例如建筑的總體布局在考慮應對高溫的隔熱時，建筑物在布局上盡量開闊通透，門窗洞口深而大，從而有助于自然采光通風。同時引導對流，并設遮陽板等減少熱輻射。

2.2 建筑朝向和布局

應保證合理的整體規劃布局。建筑朝向應盡可能選擇南北向，避免東西向。在具體條件下，建筑物應依照地形合理布置其朝向，以利于利用自然能保溫隔熱，減少后期能源損耗。

在建筑設計中更還應考慮內部空間的組織與劃分。節能設計時利用穿堂風能有效減少制冷設備的使用；而避開北寒風的直入有利保暖。在此，節能設計就是要將日照、采暖、隔熱等條件全面協調，盡量布置好建筑朝向，并保證整體布局的合理。

3 建筑節能設計的技術措施

建筑節能設計的技術措施，包括合理設計整體布局，對建筑物的墻、門窗、屋頂等進行合理安排，同時考慮朝向、建筑日照、保溫隔熱、通風等，從而實現降低能耗的宗旨，創建局部小氣候。

3.1 圍護結構的節能

圍護結構的傳熱耗熱量占建筑物總耗熱量的60%以上。墻體節能主要是降低墻體傳熱系數值。設計時應選擇合適的圍護材料來降低圍護結構的傳熱系數。同時，應在外圍護結構設隔熱層減少傳熱系數，阻擋室外熱能侵入室內，將熱能隔離在建筑外圍，建筑內外因此而產生較大溫差，可以由內而外散熱。增大建筑外表的反射有利于減少傳向室內的熱量。目前節能墻體主要有四種，即單一材料外墻、保溫夾心復合墻、外墻內保溫和外墻外保溫。

3.1.1 外保溫技術就是將保溫隔熱的材料從外墻外側與墻體復合，使室內氣候環境有所改善。主要技術特點為，采用復合自保溫和外保溫墻體，能對建筑主體起到保護作用，減少散熱，從而使室內溫度趨于穩定。

砌體等圍護結構有較大熱容量，即便室內溫度變化，其變化也較為緩慢，并儲存大量熱能，利于冬季節能。反之，外保溫能保護主體墻，阻擋外界熱輻射向室內傳遞，維持室內原溫度，砌體圍護結構能減少冷熱設備使用，通過建筑節能達到冬暖夏涼。

3.1.2 保溫隔熱材料設計原理及技術

保溫隔熱系統結構為基層處理-保溫隔熱層-抗裂保護層-飾面層。以聚苯為主要原材料的保溫隔熱材料主要有聚苯板、聚苯復合材料、聚苯乙烯顆粒等，其中聚苯板應用廣泛。但聚苯板不適合外形不規則的建筑部位保溫，粘結聚苯板之間易開裂處，將聚苯乙烯顆粒與膠粉料混合制成的不定型涂抹式保溫隔熱材料可以提高聚苯板與罩面砂漿親和力。另外還有膠粉聚苯顆粒保溫隔熱灰漿。

保溫隔熱層厚度設計：用材料層厚度、導熱系數和蓄熱系數的測定值，計算得到該保溫隔熱材料與其他主體建筑配合使用形成的圍護結構熱阻R、熱惰性指標D、傳熱系數K以及達到節能目標時墻體的最小厚度的值，使墻體結構、圍護結構等能達到節能目標。

3.1.3 外墻保溫技術

（1）外保溫：一般多為外掛式保溫，主要有巖棉、EPS板，玻璃棉氈、聚苯乙烯泡沫板、陶粒混凝土復合聚苯板、鋼絲網夾芯墻板等。硬泡聚氨酯外保溫，聚苯板最為物美價廉。

（2）聚苯板與墻體一次澆筑成型。現澆混凝土復合EPS鋼絲網板外保溫。

（3）聚苯顆粒、膠粉EPS顆粒等保溫料漿外墻保溫。

（4）復合夾芯板可以用珍珠巖、木渣、礦棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料等材料做成保溫層。

（5）保溫砌塊和預制保溫板，XPS板外保溫。

3.1.4 外墻保溫技術及節能材料

目前新型建筑墻體主要有：（1）非粘土燒結多孔磚、燒結頁巖磚等；（2）普通混凝土空心砌塊、加氣混凝土砌塊等；（3）各類板材、纖維水泥多孔板、加氣混凝土板、鋼絲網水泥夾芯板、石膏墻板、復合夾芯板等；（4）利用廢渣廢料做成的保溫墻體；（5）現澆混凝土及預制板墻體；（6）各類幕墻、鋼結構等。

3.1.5 內保溫技術

外墻結構的內部加做保溫層就是內保溫，內保溫操作方便，技術成熟，但增大內體積，應用時間長，不方便墻面裝修，易脫落裂縫，保溫不如外保溫效果好。一般有聚苯板、石膏聚苯保溫板、水泥聚苯保溫板、抹聚苯顆粒保溫料漿等。

3.2 門窗節能

外墻門窗因為損失的能量較大，是節能設計的重點。節能的重要措施之一就是通過節能設計技術，加強門窗的保溫隔熱性能，使門窗由于物理性能輻射、對流、傳導等而減少的能量降低到最少。

3.2.1 節能合理的窗墻面積比

做好門窗的節能設計，綜合考慮門窗朝向和窗墻面積比。門窗會損失比外墻更多的能耗，外墻的保溫隔熱效果強于玻璃窗，外窗的散熱約為外圍護結構的整體散熱40%左右，窗墻面積比越大，使對流、傳導的能耗加大，是建筑節能的薄弱環節，對窗墻比控制尤為重要，因此盡量減少窗墻比。在建筑節能設計中根據建筑造型、采光通風、氣候特征等因素，綜合考慮既通風又保溫，選擇適當的窗墻面積比。

3.2.2 玻璃門窗的隔熱保溫與遮陽

合理選用節能玻璃，控制通過門窗的輻射傳熱。

設計中加強玻璃門窗保溫隔熱的措施如下。

（1）盡量使用帶中空層的，防輻射的玻璃，及新型隔熱的材料，氣密性是窗與墻、窗與窗必須達到的節能設計指標。

（2）遮陽層有助于實現有效隔熱。根據太陽的不同高度角來制定有效的利用陽光和遮陽措施。外遮陽主要有水平遮陽和垂直遮陽，內遮陽主要為活動遮陽、卷簾和百頁等。活動百葉能隨不同陽光變移，自動控制升縮，是能通風采光的綠色節能措施。

（3）發揮中空玻璃間隔層氣體性能。選擇優化節能窗框材料，提高窗框密封性能。使用帶空氣層的雙層窗，既自然通風采光，又能有效阻擋陽光進入室內，反射及隔熱玻窗也起到節能作用。在合理價格內若在空氣層間填充反光材料會達到更好效果。

3.3 屋頂節能

屋面是節能設計的重點。主要是隔熱保溫，屋面因受陽光直射，其溫度往往高于室內，而散熱也大于圍護結構，需通過節能措施達到保溫隔熱。一般有以下5種。

（1）種植屋面，通過植物等覆蓋屋面，起保溫隔熱層作用，是綠色生態節能環保屋面。

（2）蓄水屋面，通過水的儲熱散熱功能，阻擋熱能少從屋面到達室內，起到降溫作用。

（3）架空屋面，就像空氣層，同樣起到隔熱作用。

（4）倒鋪屋面，將通常內層的保溫層置放在屋面外表層，屋面吸收的熱量減少。

（5）屋面遮陽，一般用外遮陽板、挑板構架、活動百頁、棚架等，來實現阻擋太陽光減少熱照射的作用。

3.4 自然通風

通風中最好的散熱辦法就是形成自然的風流，利用建筑本身布局（如朝向、門窗對流等）達到穿堂風效果。另外根據熱氣流向上的原理，設上下一進一出的風口，形成熱循環，通過熱壓達到自然風在建筑中流通。兩種方法同時使用效果更好。一些建筑中設置的風井，就能利用風壓達到自然通風的作用。

3.5 新能源在建筑中的應用

從環境控制技術入手，合理將太陽能、地熱、風能等新型能源加以配合建筑節能技術，將會有更好的發展前景。

3.5.1 太陽能應用

太陽能是一種自然環保的生態能源，且能無償獲取，不斷再生，可以大量廣泛被應用的新能源。太陽能系統一般分3種：

（1）依靠太陽能集熱等設備被動獲取熱能的系統；

（2）依靠泵等小型設備主動轉換而獲得的能源系統；

（3）光伏電池板能在獲取太陽能后轉換成電能的系統；3.5.2地熱的應用

地熱是生態環保的資源，取之不盡，用之不竭。利用設備及技術手段，通過地源熱泵技術設計可以將地熱能源置換到建筑內部，冬暖夏涼，循環使用。

地源系統主要有：土壤源系統、地下水系統、地表水系統等。

地源熱泵技術如能與太陽能等其它環保能源一起使用，更能發揮生態能源優勢，創造出更生態而環保的節能建筑。

4 建筑實例

在以往的設計中，很多建筑都使用了上述的一些節能設計，包括外墻保溫、屋面保溫、帶空氣層玻璃等。如：重慶北碚區B33地塊項目中，規定性指標未全部滿足《重慶市工程建設標準-居住建筑節能65%設計標準》DBJ50-071-2010的要求（表1，圖1）。

表1 重慶北碚區B33地塊各項指標

圖1 重慶北碚區B33地塊節能建筑效果圖

5 結束語

建筑節能研究的目標是實現建筑的可持續發展。建筑設計中采取節能新技術措施，在墻體、門窗、屋面等方面應利用自然資源，做好節能設計，利用好太陽能、風能、地能等自然能。根據不同地區特征，積極采用新型建筑墻體材料，考慮長遠的社會和經濟效益全面進行綜合經濟分析。選擇合理建筑體系，降低可再生能源的利用成本，以實現建筑節能和可持續發展。

責任編輯：孫蘇，李紅

Technological Measures in Building Energy Efficiency Design

Technological measures in building energy efficiency design are elaborated.Green energy is introduced in the design to reduce the consumption of non-renewable resource and to achieve building energy efficiency and sustainable development.

building energy efficiency;building design;technological measures;energy consumption;climate factor;retaining structure

TU201.5

A

1671-9107（2013）08-0025-03

2012-10-31

李玲（1974-），女，重慶人，研究生，工程師，主要從事建筑設計及技術管理工作。

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.08.025