分析建筑節能優化設計方法概述

范乃波 洪效祥 葉祥義

摘 要：隨著我國新型城鎮化進程的不斷加快，建筑工程項目得到了快速的發展，隨之而來的便是建筑耗能問題。當前，建筑耗能在全社會耗能中的比重越來越大，呈現出急劇上升的趨勢。因此，強化建筑節能優化設計，也就成為了當務之急，同時其也是降低建筑能耗的治本之策。在本文中，筆者即分析建筑節能優化設計方法。

關鍵詞：建筑節能；優化設計；設計方法

在我國經濟社會發展過程中，有三個”耗能大戶”，也就是工業耗能、交通耗能和建筑耗能。在這三個“耗能大戶”中，建筑這個“耗能大戶”在全社會總耗能中的比重越來越大，與我國建立資源節約型和環境友好型的社會發展目標相背離。所以，必須高度重視建筑節能優化設計，切實降低建筑能耗，緩解我國能源資源緊張的局面。

1 建筑技能及其優化設計

1.1 建筑節能的內涵

建筑節能的內涵主要包括兩個方面，第一個方面指的是建筑在正常發揮其功能條件下的能耗問題；簡單來說，在滿足人們日常生活所需中建筑所需要耗費的能量；第二個方面是建筑外圍結構的隔熱和保溫問題。如果隔熱和保溫材料的質量不高，則會增加建筑耗能總量。

這兩個方面的問題好比一枚硬幣的兩面，如果把兩個方面的問題同時解決，或者是在設計過程中叫好解決這兩個方面的問題，則可一石二鳥，不僅實現建筑物的節能，而且可以節省工程造價。

建筑節能問題關系著國家能源資源戰略、可持續發展和環境保護等等，對于擴大內需、提高國民經濟發展的質量和效益有著重要的作用和意義。

1.2 建筑節能設計優化

建筑節能設計的優化問題，指的是在建筑節能設計中，通過節能方案的對比等，找到節能的最優辦法，從而實現建筑節能的目標。而其中最難的便是“最優”兩個字，筆者把這來給個字理解成一定的范圍，也就是根據建筑的具體能耗情況，設計多種節能方案，通過對比研分析和研究，確定采用哪個建筑節能優化方案。

而建筑節能方案的制定，需要綜合考慮建筑群的朝向、間距和道路的布局情況等，以及綠地分布范圍。

2 建筑節能技術和內容

2.1 建筑節能技術

現階段，建筑節能技術主要包括維護結構的節能技術、采暖節能技術和太陽能技術等。

2.1.1 維護結構的節能技術

建筑物的維護結構，也就是通常所說的墻體、屋面及門窗工程。圍護結構的節能技術是指通過采用墻體保溫（外保溫、內保溫、自保溫、夾芯保溫等技術）、門窗及屋面節能等措施，減少建筑的使用能耗。其節能技術的應用，直接影響著建筑物的整體耗能情況。如住宅節能就是通過圍護結構節能設計，達到比傳統住宅節約能耗25%的目標。

2.1.2 太陽能節能技術

太陽能取之不盡，用之不竭，太陽能技術當前在現階段的建筑節能設計中得到了廣泛的應用，實現了建筑散熱、遮陽效果和能量收集三者的有機結合；其中混合型節能技術的應用，為建筑物提供了光照和熱能，并在一定程度上降低建筑物整體耗能。

2.1.3 采暖節能技術

當前，水源熱泵系統是應用最廣的是采暖節能技術。水源熱泵系統把地表水源吸收太陽能，把地下水源吸收的地熱能收集起來，形成比較豐富低溫低熱的能量，大幅降低了高位電能輸入，實現建筑物熱能的轉移。由于前期投入成本較高南方地區應用較少。

2.2 建筑節能的內容

建筑的內容主要包括三個方面的內容：

2.2.1 建筑主體節能

建筑主體節能的優化設計，需要根據不同氣度的氣候和建筑能耗特點來進行，需要遵循兼顧冬夏、整體優化的原則，通過模擬建筑能耗，優化建筑能耗設計，主要是選擇體型系數、合理布置空間格局、控制不同朝向的窗墻比例等等，從整體上降低建筑物的能耗。

2.2.2 常規能源的優化利用

常規能源的優化利用可以從四個方面入手：①因地制宜選擇冷熱源優化設計，提高采暖、空調等能源的轉換效率；②采用合理的調控方式，節省輸配系統的能耗；③優化照明的控制系統，降低照明能耗；④選用合適的能源制備生活用水。

2.2.3 可再生能源的綜合利用

根據建筑物的類比、建筑物所在地的氣候特點，以及可再生能源的綜合利用情況，選擇上文中所提到的各種建筑節能技術，也就是采暖節能技術、太陽能技術和地熱能技術等。

3 建筑節能的優化設計方法

建筑節能，從設計角度來講，指的是在住宅、公共建筑等規劃和設計中，執行國家現行的建筑節能標準，通過采用先進的節能技術和施工工藝流程，利用可再生能源系統等，降低建筑的能耗。

3.1 屋頂節能優化方法

實際上，屋頂屬于建筑的圍護結構，其可以讓室內和室外產生溫差，如果室內外的溫差過大，則會增加建筑能耗。屋面節能一般通過材料和構造來實現，如選用傳熱系數小、蓄熱性大的材料，同時注意材料層的排列。現代建筑中平屋面相對較多，倒置型保溫屋面被廣泛使用，此種屋面保溫層在防水層之上，使保溫層還起到了防水層作用，這些材料必須防水和耐氣溫性能好，不易老化。（如礦（巖）棉或玻璃棉板具有良好的憎水性，稅率低，熱阻大，10m厚相當于50m厚混凝土板隔熱效果），在建筑設計中被廣泛應用。提高建筑屋頂的保溫隔熱性能，在冬季可以有效抵擋寒氣進入到室內，夏季可以吸收太陽的輻射，減少熱能，從而減低空調的能耗。

而屋頂節能優化的方法另一個是依靠太陽能技術。相關的數據顯示，地球所攔截的太陽輻射能量相當于當前全球電力消費的1500倍，而在當前的技術水平條件下，太陽能技術僅僅有一小部分被開發利用。因此，太陽能開發有著非常巨大的潛力。

此外，太陽能作為一種可再生能源，代替常規能源的可能性非常大，同時其也是一種清潔能源，不會對環境造成任何的污染和破壞。現階段，太陽能應用在建筑節能上的方式包括：被動式太陽能采暖、主動式太陽能采暖、太陽能發電和太陽能供熱水等。而過把太陽能技術應用到建筑屋頂節能中，無疑是建筑屋頂節能的最好設計方法。

3.2 圍護結構節能優化方法

建筑圍護結構節能優化方法主要包括三種：

（1）外墻內保溫技術。該技術主要是指在建筑的外墻結構內部增設保溫層，內保溫層的施工進度比較快，施工方式也比較靈活，同時還可以對施工質量進行有效的控制。內保溫技術已經成熟，國內這方面的施工經驗也比較多，因此可大范圍推廣；

（2）外墻夾芯保溫技術。該技術主要在我國東北等冬季較為寒冷地區有著廣泛的應用，其主要是在是把保溫層夾在內外墻的中間，而建筑主體需要時混凝土結構或者磚墻結構。這種技術的主要優點是：防水性能良好、耐候性能良好等。

（3）外墻外保溫技術。該技術是現階段正在大力推廣的一種節能保溫技術，就是在垂直外墻的表面建設保溫層，所以，建筑主體結構需要是混凝土結構或者磚墻結構。這種技術的技術含量比較高，適用范圍也比較廣，不僅可以用于新建樓房的節能保溫，而且可以用于危舊樓房的改造。

（4）外墻自保溫技術。該技術是指通過對墻體自身采取一系列新型技術，使其導熱系數極低，甚至達到了絕熱的程度。一般采用保溫砌塊為主要外圍護材料，在造價上較為經濟，且施工周期較短，可大大加快施工進度，絕熱材料設置在外墻中間，有利于較好的發揮墻體本身對外界的防護作用。作者在建筑設計過程中，特別是公建設計中用外墻自保溫較多。

3.3 門窗節能優化方法

對于建筑門窗的節能優化，主要是減少門窗的滲透量、傳熱量和太陽輻射能量三個方面。具體的優化方法是：盡可能縮小門窗的面積；選擇最適合建筑物的窗型；在門窗上增設保溫隔熱層；合理確定門窗的材料；增加遮陽設施等。其中玻璃及型材的選擇在節能優化起著相當重要的作用，一塊12mm厚的透明玻璃的傳熱系數為5.5，而6mm透明玻璃+12mm空氣層+6mm透明的中空玻璃的傳熱系數能達到了2.8，因此中空玻璃在門窗節能設計中被廣泛應用。

通過以上分析，我們可以指導，建筑節能的一個重點便是建筑主體維護結構的節能措施。所以，在建筑節能優化設計中，應在這方面多設計幾套節能方法，通過對比分析，選擇最優的設計方案。

4 結 語

作為我國三大“耗能大戶”之一的建筑耗能，在我國社會總耗能中的比重有逐年上升的趨勢。而隨著我國新型城鎮化進行的不斷加快，建筑節能設計成為當務之急。在本文中，筆者介紹了建筑節能及其優化設計的內涵，并介紹了當前集中借助節能技術，最后指出了建筑節能的優化方法，主要是建筑屋頂節能優化、內外墻保溫節能優化和門窗節能優化這三個方面。

參考文獻

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作者簡介：范乃波（1981-），女，本科，工程師，主要從事建筑設計工作。