建筑節(jié)能設(shè)計的必要性及技術(shù)措施探討

摘要：目前，世界能源日漸短缺，而我國建筑行業(yè)能耗巨大，建筑節(jié)能已經(jīng)成為我國未來經(jīng)濟實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一個重要課題。本文從國內(nèi)外能耗情況對比及節(jié)能發(fā)展?fàn)顩r，提出了我國建筑行業(yè)的節(jié)能設(shè)計必要性，并重點介紹目前常用的技術(shù)措施和解決辦法，以提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計； 能耗 ；建筑節(jié)能； 技術(shù)措施

1、建筑節(jié)能設(shè)計的必要性

如今，在世界能源短缺的大環(huán)境下，建筑能耗巨大已經(jīng)成為一個全球性的問題。建筑節(jié)能設(shè)計是改善和提高建筑節(jié)約能源、促進環(huán)境保護、減少溫室氣體排放量的重要措施之一。減輕大氣污染；保護生態(tài)環(huán)境和提高建筑熱環(huán)境的質(zhì)量，可以緩解目前能源緊張的局面，推進社會經(jīng)濟發(fā)展。對于人口數(shù)量龐大且經(jīng)濟發(fā)展迅速的中家，建筑節(jié)能工作更顯得意義重大。

2、建筑節(jié)能設(shè)計的技術(shù)措施

在建筑規(guī)劃設(shè)計、建造和使用過程中，在滿足室內(nèi)環(huán)境舒適、衛(wèi)生健康的條件下，采取有效的建筑節(jié)能技術(shù)，有利于實現(xiàn)建筑節(jié)能和環(huán)保共進的目標(biāo)。日本近年來提出的“建筑的節(jié)能與環(huán)境共存設(shè)計”就是這一思想的體現(xiàn)。一般來說，實現(xiàn)建筑節(jié)能的技術(shù)途徑為：盡量減少建筑內(nèi)能源總需求量的同時，大力開發(fā)利用可再生的新能源，從而減少使用在建筑領(lǐng)域內(nèi)容易引起污染的能源。

2.1減少建筑內(nèi)的能源總需求量

建筑能耗即建筑使用能耗，包括家用電器、炊事、采暖、空調(diào)、熱水供應(yīng)等方面的 能耗。其中 ，以空調(diào)和采暖能耗為主，占建筑總能耗的50%-70%。所以減少建筑內(nèi)空調(diào)、采暖、照明能耗是減少建筑內(nèi)能源需求的重要內(nèi)容。而建筑師在建筑設(shè)計過程中，可通過各種設(shè)計手法來減低建筑對設(shè)備的依賴程度，達到減少能耗的效果。

2.1.1建筑規(guī)劃與設(shè)計

首先是基地選址，建筑基地應(yīng)盡量選擇在向陽、避風(fēng)的地段上，為爭取日照創(chuàng)造必要的條件。利用建筑樓群的合理布局，充分結(jié)合特定地點的自然環(huán)境因素、氣候特征和建筑物功能，人的行為活動特點等，建立自然-人工生態(tài)平衡系統(tǒng)，創(chuàng)造良好的室內(nèi)微氣候，盡量減少對建筑設(shè)備的依賴。其次是合理設(shè)計建筑朝向，在規(guī)劃條件允許的情況下，建筑的主要朝向應(yīng)選擇本地區(qū)最佳朝向，一般采用南北向或接近南北向。主要房間朝向南偏東15度至偏西15度范圍，但不宜超出南偏東45度至偏西30度范圍。經(jīng)測試表明：對一個長寬比為1：4的建筑物，東西向比南北向的冷負(fù)荷約增加70%。為了組織好房間的自然通風(fēng)，引風(fēng)入室并能形成一定的風(fēng)速，房屋朝向要力求接近夏季主導(dǎo)風(fēng)向，并合理選擇房間開口位置的面積，積極采取各種通風(fēng)構(gòu)造措施。第三是要控制體形系數(shù)，體形系數(shù)就是建筑物外表面積F與其所包圍的體積V之比值，體形系數(shù)的大小對建筑能耗影響非常顯著。研究表明：體形系數(shù)每增大0.01，能耗指標(biāo)約增加2.5%。合理的建筑形體設(shè)計是通過建筑各部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和建筑內(nèi)部空間的合理分隔設(shè)計得以實現(xiàn)。同時，可借助相關(guān)軟件進行優(yōu)化設(shè)計，如運用天正中的建筑日照及陰影模擬，輔助設(shè)計建筑朝向和居住區(qū)的道路、綠化、室外休閑空間。

2.1.2建筑圍護結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

建筑的圍護結(jié)構(gòu)包括：屋頂、外墻、地基、挑空樓板、外門窗及遮陽設(shè)施等。這些部件的設(shè)計對建筑能耗、環(huán)境性能、室內(nèi)空氣質(zhì)量與用戶所處的視覺和熱舒適環(huán)境有根本的影響。據(jù)有關(guān)資料介紹，圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)每增大1W/M2·K，在其他條件不變的情況下，空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷增加近30%。一般增大圍護結(jié)構(gòu)的費用僅為總投資的3%-6%，而節(jié)能卻可達20%-40%。所以改善建筑外圍護結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能是建筑節(jié)能的首要措施。

2.1.2.1門窗節(jié)能的技術(shù)措施，門窗是建筑能耗散失最薄弱的部位，面積約占建筑外圍護結(jié)構(gòu)面積的30%時，其能耗約占建筑總能耗的2/3，其中傳熱損失為1/3。所以門窗是外圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能的重點。

首先要合理控制窗墻比，在滿足日照通風(fēng)以及節(jié)能規(guī)范要求的前提下，窗墻比越小，能耗損失就越小。

第二，要使用新型保溫節(jié)能門窗，采用熱阻大、能耗低的節(jié)能材料制造的新型保溫節(jié)能門窗可大大提高熱工性能。為提高建筑門窗的保溫性能，宜采用中空玻璃。當(dāng)需要進一步提高保溫性能時，可采用Low-E中空玻璃，充惰性氣體的Low-E中空玻璃、兩層或者多層中空玻璃等。門窗型材可采用木-金屬復(fù)合型材、塑料型材、隔熱鋁合金型材、隔熱鋼型材、玻璃鋼型材等。

第三，要設(shè)置遮陽設(shè)施，盡量減少通過玻璃直接進入室內(nèi)的太陽輻射。門窗遮陽產(chǎn)品可采用花格、外擋板、外百葉、外卷簾、玻璃內(nèi)百葉等。窗戶遮陽中，外部遮陽是效率最高的一種遮陽措施，外遮陽按遮陽構(gòu)件安裝位置及形式可分為水平式、垂直式、綜合式、擋板式四種基本形式.水平式外遮陽宜布置在北回歸線以北地區(qū)南向的窗口和北回歸線以南地區(qū)的南向及北向窗口；垂直式外遮陽宜布置在北向、東北向、西北向的窗口；綜合式外遮陽宜布置在從東南到西南向范圍內(nèi)的窗口；擋板式外遮陽宜布置在東、西向及其附近方向的窗口。

第四，門窗要有良好的密閉性能。門窗應(yīng)具有良好的密閉性才能有效地防止熱量傳遞，所以應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑外窗氣密性能分級及檢測方法》嚴(yán)格控制好門窗的氣密性能。

2.1.2.2外墻的節(jié)能技術(shù)措施

采用新型、環(huán)保、節(jié)能的自保溫墻體。自保溫墻體即是充分利用材料自身的特點而發(fā)展起來的一種環(huán)保、節(jié)能的新型外墻體系。構(gòu)成墻體的材料不但有變廢為寶、凈化環(huán)境、減少污染的優(yōu)點，還具有重量輕、強度高、抗震性能好、保溫隔熱性能好的特點；所砌筑的墻體可用于不同厚度的框架填充墻體，還可滿足不同氣候區(qū)建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。如目前廣泛使用的蒸壓加氣混凝土砌塊，它在穩(wěn)定傳熱條件下，1M厚的材料板，兩側(cè)表面溫差為1度時，單位時間通過1平方米面積的傳遞熱量為0.11-0.18W，僅為普通混凝土的1/6左右。實踐證明200mm厚的加氣混凝土砌塊的保溫效果相當(dāng)于490mm厚的粘土磚墻，隔熱性能相當(dāng)于240mm厚的普通磚墻。

改善外圍護構(gòu)件的保溫性能，盡量避免熱橋，同時采用新技術(shù)，加強外墻保溫。如復(fù)合夾心保溫墻體、外貼聚苯板保溫墻體等。外表面對太陽輻射熱吸收的強弱也是個值得關(guān)注的問題，表面吸收的太陽輻射熱越多，墻面溫度就越高，通過墻體進室內(nèi)的熱量也就越多，墻體采取淺色的外飾面（如淺色粉刷、涂料和面磚等）或綠化植物覆蓋表面（如種植攀爬植物爬山虎、長春藤等）等措施，就可以反射或吸收相當(dāng)大一部分的太陽輻射。

2.1.2.3屋頂采用保溫材料

屋頂在整個外包面積中所占的比例不大，但對頂層房間而言，卻是比例最大的圍護結(jié)構(gòu)，而且水平面的太陽輻射遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于垂直墻面，屋頂保溫隔熱設(shè)計類似于外墻。屋面保溫可采用板材、塊材或整體噴聚氨酯保溫層等。

隔離太陽輻射熱，減少陽光直射，可采用淺色屋面，種植屋面等。種植屋面應(yīng)根據(jù)地域、氣候、建筑環(huán)境、建筑功能等條件，選擇相適應(yīng)的屋面構(gòu)造形式。對屋面進行植被覆蓋，既可遮陽又能隔熱，而且通過光合作用，可消耗或轉(zhuǎn)化部分能量，也起到美化環(huán)境作用；還可采用架空屋面、蓄水屋面等節(jié)能措施。但應(yīng)注意的是架空屋面宜在通風(fēng)較好的建筑物上采用，不宜在寒冷地區(qū)采用；蓄水屋面不宜在寒冷地區(qū)、地震地區(qū)和振動較大的建筑物上采用。

2.1.2.4樓地面的節(jié)能技術(shù)措施

樓地面的節(jié)能技術(shù)，可根據(jù)層間樓板、架空或外挑樓板和底層地面這些不同部位，采用不同的節(jié)能措施。層間樓板可采取保溫層直接設(shè)置在樓板上表面或樓板底面，也可采取鋪設(shè)木龍骨或無木龍骨的實木地板。鋪設(shè)木龍骨的木地板構(gòu)造中，可以在木龍骨間嵌填板狀保溫材料，使樓板層的保溫和隔熱性能更好。在樓板上面的保溫層，宜采用硬質(zhì)擠塑聚苯板、泡沫玻璃保溫板等板材或強度符合地面要求的保溫砂漿等材料。樓板底面的保溫層，宜采用強度較高的保溫砂漿抹灰。嚴(yán)寒及寒冷地區(qū)采暖建筑的底層地面應(yīng)以保溫為主，在持力層以上的土壤層的熱阻已符合地面熱阻規(guī)定值的條件下，宜在地面面層下鋪設(shè)適當(dāng)厚度的板狀保溫材料，進一步提高地面的保溫性能。

2.1.3提高終端用戶的用能效率

高能效的采暖、空調(diào)系統(tǒng)與上述削減室內(nèi)冷熱負(fù)荷的措施并行，才能真正地減少采暖、空調(diào)能耗。首先，根據(jù)建筑的特點和功能，設(shè)計高能效的暖通空調(diào)設(shè)備系統(tǒng)，例如：熱泵系統(tǒng)、蓄能系統(tǒng)和區(qū)域供熱、供冷系統(tǒng)等。然后，在使用中采用能源管理和監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)督和調(diào)控室內(nèi)的舒適度、室內(nèi)空氣品質(zhì)的能耗情況。如歐洲國家通過傳感器測量周邊環(huán)境的溫度、濕度和日照強度，然后基于建筑動態(tài)模型預(yù)測采暖和空調(diào)負(fù)荷，控制暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行。在其他的家電產(chǎn)品和辦公設(shè)備方面，應(yīng)盡量使用節(jié)能認(rèn)證的產(chǎn)品。

2.1.4提高總的能源利用效率

從一次能源轉(zhuǎn)換到建筑設(shè)備系統(tǒng)使用的終端能源的過程中，能源損失很大。因此，應(yīng)從全過程進行評價，才能全面反映能源利用的效率和能源對環(huán)境的影響。建筑中的能耗設(shè)備，如空調(diào)、熱水器、洗衣機等應(yīng)選用能源效率高的能源供應(yīng)。例如，作為燃料，天然氣比電能的總能源效率更高。采用第二代能源系統(tǒng)，可充分利用不同品味熱能，最大限度地提高能源利用效率，如熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）、冷熱電聯(lián)產(chǎn)（CCHP）。

2.2利用新能源

在節(jié)約能源、保護環(huán)境方面，新能源的利用起至關(guān)重要的作用。新能源通常指非常規(guī)的可再生能源，包括太陽能、地?zé)崮堋L(fēng)能、生物質(zhì)能等。人們對太陽能的各種利用方式進行了廣泛的探索，逐步明確了發(fā)展方向，使太陽能初步得到了一些利用，如：1，作為太陽能利用的重要項目，太陽能熱發(fā)電技術(shù)較為成熟，美國、以色列、澳大利亞等國投資興建了一批實驗性太陽能發(fā)電站，以后可望實現(xiàn)太陽能熱發(fā)電商業(yè)化；2，隨著太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展，國外已建成不少光伏發(fā)電站和“太陽屋頂”示范工程，將促進并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的快速發(fā)展。3，目前，全世界已有數(shù)萬臺光伏水泵在各地運行；4，太陽熱水器技術(shù)比較成熟，已具備相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，但仍需進一步地完善太陽熱水器的功能，并加強太陽能建筑一體化建設(shè)；5，被動式太陽能建筑因構(gòu)造簡單、造價低，已經(jīng)得到較廣泛應(yīng)用，其設(shè)計技術(shù)已相對較為成熟，已有可供參考的設(shè)計手冊；6，太陽能吸收式制冷技術(shù)出現(xiàn)較早，目前已應(yīng)用在大型空調(diào)領(lǐng)域；太陽能吸附式制冷目前處于樣機研制和實驗研究階段；7，太陽能干燥和太陽灶已得到一定的推廣應(yīng)用。但從總體而言，目前太陽能利用的規(guī)模還不大，技術(shù)尚不完善，商品化程度也較低，仍需要繼續(xù)深入廣泛地研究。在利用地?zé)崮軙r，一方面可利用高溫地?zé)嵊邪l(fā)電或直接用于采暖供熱和熱水供應(yīng)；另一方面可借助地源熱泵和地道風(fēng)系統(tǒng)利用低溫地?zé)崮堋ｏL(fēng)能發(fā)電較適用于多風(fēng)海岸線山區(qū)和易引起強風(fēng)的高層建筑，在英國和香港已有成功的工程實例，但在建筑領(lǐng)域，較為常見的風(fēng)能利用形式是自然通風(fēng)方式。

3.結(jié)束語：

目前，我國建筑用能浪費及其嚴(yán)重，而且建筑能耗增長的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我國能源生產(chǎn)可能增長的速度，前和今后相當(dāng)長的時間內(nèi)，是建筑節(jié)能發(fā)展的大好時期，隨著節(jié)能技術(shù)的不斷發(fā)展，一定會有更多更好的節(jié)能思路和節(jié)能產(chǎn)品涌現(xiàn)，我們應(yīng)積極地研究并推廣使用節(jié)能產(chǎn)品來滿足節(jié)約能源、改善環(huán)境的要求，建立生態(tài)建筑思想，尊重自然環(huán)境，用科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟效益和社會效益相統(tǒng)一的方法進行規(guī)劃和設(shè)計，將節(jié)能意識貫穿于設(shè)計的每一個環(huán)節(jié)，使建筑節(jié)能獲得巨大的實際應(yīng)用價值，滿足各階段節(jié)能目標(biāo)的需要。

參考文獻：

【1】氣候?qū)W研究的若干理論問題【J】.北京大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），1999，35（1）：101-106.李曉紅，張慶紅，葉瑾琳.

【2】建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)督與行業(yè)發(fā)展司.全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施節(jié)能專篇（建筑）[2007].北京：中國計劃出版社，2007.