節(jié)能設(shè)計(jì)在高層建筑中的應(yīng)用

蔣思思　盧寧

摘 要：高層建筑在設(shè)計(jì)方面無論是采光還是通風(fēng)上，都存在一些問題，并且外圍護(hù)結(jié)構(gòu)在隔熱保溫的能力上較差，使用材料的可再生率較低。文章便針對(duì)上述問題對(duì)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，針對(duì)自然通風(fēng)以及可再生能源、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等技術(shù)的綜合運(yùn)用進(jìn)行改進(jìn)，從而期望對(duì)高層建筑發(fā)展的生態(tài)化有所助力。

關(guān)鍵詞：節(jié)能設(shè)計(jì)；高層建筑；應(yīng)用

1 高層建筑的能耗分析

1.1 能耗解析

由于城市的土地可利用面積較小，因而城市建筑開始向著高層的方向發(fā)展，這也是由于高層建筑可以容納人數(shù)較多，信息處理量也相對(duì)較大所致。而為了保證高層建筑能夠運(yùn)行正常，高層建筑中耗能的結(jié)構(gòu)較多，電梯、供水以及供暖和空調(diào)管理都需要消耗巨大的能源。其主要的能源耗費(fèi)來自于集中供熱、集中的熱水供應(yīng)以及煤、電和天然氣的供應(yīng)。而在建筑能耗中，可以將能耗系統(tǒng)總結(jié)為以下四種，分別是動(dòng)力系統(tǒng)、照明系統(tǒng)以及供暖空調(diào)系統(tǒng)和辦公設(shè)備系統(tǒng)。而電量的能耗一半以上都是供暖空調(diào)系統(tǒng)；而電量能耗的20%來自于照明系統(tǒng)；而動(dòng)力系統(tǒng)耗電量僅為總能耗的10%；而辦公系統(tǒng)耗能僅占到了10%。

1.2 采光要求以及通風(fēng)要求

高層建筑的結(jié)構(gòu)主要由以下幾部分系統(tǒng)構(gòu)成：首先是空間，包括垂直空間和水平空間；其次是高層建筑的使用房間空間；此外例如衛(wèi)生間以及餐飲空間，即輔助使用房間；最后則是設(shè)備系統(tǒng)所使用的空間。在高層建筑中，空間組織以及平面布局中相對(duì)較為固定，建筑中各部分功能空間的通風(fēng)以及采光都相對(duì)需要予以重視。另外，建筑能耗相對(duì)于氣候的依賴性相對(duì)較弱，建筑層數(shù)越高對(duì)于氣候的依賴性越弱，建筑的節(jié)能降耗僅僅通過建筑同環(huán)境之間的關(guān)系進(jìn)行調(diào)節(jié)，所收到的效果較低。而針對(duì)高層建筑，應(yīng)當(dāng)從建筑自身的圍護(hù)構(gòu)件以及進(jìn)深大小和平面形式等方面對(duì)建筑的能耗進(jìn)行確定，并考慮能耗設(shè)備系統(tǒng)，提出相關(guān)節(jié)能措施。

2 常見問題分析

在設(shè)計(jì)高層建筑中，高層建筑設(shè)計(jì)會(huì)遇到很多的問題，實(shí)際的問題遇到的較多的是圍護(hù)結(jié)構(gòu)不具有良好的隔熱能力，建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括地面部位、外窗和外墻部位，此外屋面結(jié)構(gòu)也是重要的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)。而高層建筑不同于多層建筑，其豎向表面積相對(duì)較大，橫向屋面的面積小于豎向表面積，所以，屋頂、外墻以及外窗的隔熱層對(duì)于高層建筑極為重要，這也成為了衡量建筑保溫隔熱層性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于建筑外墻的墻體材料，影響其節(jié)能性的主要因素進(jìn)行分析，主要的影響因素包括，材料的影響，并且包括墻體外飾，日曬方向以及墻體結(jié)構(gòu)等因素。

3 相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 通風(fēng)設(shè)計(jì)

在建筑設(shè)計(jì)過程中，依照建筑的內(nèi)部空間進(jìn)行組織，可以通過自然風(fēng)的引入降低建筑的能耗，盡可能的利用建筑的內(nèi)部空間形成穿堂風(fēng)，高層建筑中條形建筑比較容易形成穿堂風(fēng)，但是針對(duì)點(diǎn)式建筑，應(yīng)當(dāng)利用垂直墻的窗戶來通風(fēng)。通風(fēng)需要窗墻面積比相對(duì)較大，從而為風(fēng)的形成提供通路。此外還可以通過雙層玻璃的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)降溫。國際上很多建筑都開始重視通風(fēng)設(shè)計(jì)，形成相對(duì)通風(fēng)性良好的體系，以此降低建筑本身需要進(jìn)行通風(fēng)的能耗。

3.2 外圍護(hù)設(shè)計(jì)

3.2.1 材料。高層建筑的外圍護(hù)所采用的材料主要包括實(shí)體結(jié)構(gòu)材料以及透明結(jié)構(gòu)材料兩種，這是當(dāng)前高層建筑建設(shè)所用到的主要材料，并且考慮到高層建筑的外圍護(hù)并非用于承重，因此在材料的選擇上較為靈活，針對(duì)實(shí)體結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)選取空心砌塊或者多孔的砌塊，并且材料的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較小，而加氣混凝土砌塊也是高層建筑外圍護(hù)選取的優(yōu)良材料，另外配合合理的窗墻比例和外保溫結(jié)構(gòu)的設(shè)置，能夠有效控制高層建筑的能耗損失。一些區(qū)域的氣候分明或者處在寒冷地區(qū)，那么針對(duì)這類城市應(yīng)當(dāng)減少玻璃幕墻的應(yīng)用。

在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工中，實(shí)體圍護(hù)達(dá)到了高層建筑的保溫隔熱標(biāo)準(zhǔn)后，應(yīng)當(dāng)注意，建筑的透明圍護(hù)需要遵循以下內(nèi)容予以設(shè)置：首先應(yīng)當(dāng)減少玻璃幕墻的使用，其次控制好窗墻比例，并控制窗體的開啟面積從而對(duì)通風(fēng)進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)；最后窗框以及玻璃的材料選擇節(jié)能且密封性能良好的的材料。

3.2.2 墻體外飾面。建筑外墻飾面是圍護(hù)結(jié)構(gòu)抵御外界氣候影響的第一道防線，其材料的熱工性能將直接影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能。建筑的外墻飾面目前有瓷磚、涂料、石材以及金屬幕墻材料等等，最典型的兩類外墻飾面是瓷磚及涂料。節(jié)能設(shè)計(jì)中采用淺色外飾面或部分采用淺色外飾面顯然是有利的。

3.2.3 墻體外遮陽。除外圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料的選擇外，還可增加建筑遮陽，以減少供暖空調(diào)能耗。建筑遮陽包括水平遮陽、垂直遮陽、綜合遮陽等方式，可結(jié)合立面設(shè)計(jì)意圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，尤其應(yīng)注意西向遮陽對(duì)節(jié)約建筑能耗的作用。節(jié)能設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮"東、西外墻遮陽"，在夏天東、西曬非常嚴(yán)重的地區(qū)，東、西外墻遮陽措施有待加強(qiáng)。這方面可以借鑒熱帶地區(qū)城市，如馬來西亞和香港等的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。在這些城市，高層建筑遮陽措施的使用在帶來較好遮陽效果的同時(shí)，也豐富了建筑立面，增加了城市景觀。

3.3 可再生能源的利用

在系統(tǒng)的能源使用方面，應(yīng)盡量開發(fā)可再生能源的利用，如太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能等。利用風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、垃圾發(fā)電、太陽能熱利用、地?zé)崂煤驼託獍l(fā)電等，來減少對(duì)煤和天然氣等不可再生能源和電、蒸汽、熱水等二次能源的依賴。例如，使用分體空調(diào)的建筑建議增設(shè)地源熱泵，這樣可大大降低空調(diào)系統(tǒng)能耗；使用螺桿式水冷機(jī)組的建筑建議增加蓄冷裝置，冷卻塔的廢熱應(yīng)予以回收利用；熱泵作為一種新型節(jié)能技術(shù)，也應(yīng)該在辦公建筑中考慮采用；關(guān)于太陽能的利用，可以在冬季利用太陽能供暖、夏季采用太陽能制冷系統(tǒng)，全年中都可以使用太陽能光電系統(tǒng)和熱水系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，建筑由從前的多層為主改為以中高層為主，建筑的結(jié)構(gòu)形式也發(fā)生了較大變化，由過去單純的框架結(jié)構(gòu)改變?yōu)橐钥蚣艚Y(jié)構(gòu)為主，墻體結(jié)構(gòu)形式的改變對(duì)墻體節(jié)能也提出了新的要求，框架結(jié)構(gòu)中主要以填充墻為主，所以砌塊是否節(jié)能就顯得尤其重要。但在一般性的框剪結(jié)構(gòu)體系中，填充墻往往只占?jí)w面積的一半，甚至更少，在這種形式下單純靠改善砌塊的熱工性能來達(dá)到節(jié)能的目的可能性大大降低。所以，應(yīng)當(dāng)對(duì)鋼筋混凝土形式的符合外墻結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)挠枰愿纳?，發(fā)展適合其應(yīng)用的外墻保溫體系。當(dāng)今的社會(huì)各行各業(yè)都在追尋信息化智能化，在這樣的時(shí)代中，高層建筑也在尋求一條智能化信息化的道路用以創(chuàng)造節(jié)能型高層建筑，響應(yīng)時(shí)代的號(hào)召。由于高層建筑能夠有效的節(jié)約建筑用地并且容納量較高，信息處理量大，因而其應(yīng)用越來越廣泛，但是同樣的，其能耗消耗也十分可觀。當(dāng)今社會(huì)對(duì)于可持續(xù)發(fā)展較為重視，當(dāng)前的高層建筑如何推進(jìn)生態(tài)發(fā)展的進(jìn)程是當(dāng)前城市高層建筑需要重點(diǎn)予以重視的。在設(shè)計(jì)過程中，通過自然采光的利用，通過平面形式的設(shè)計(jì)，結(jié)合節(jié)能燈具的應(yīng)用有效降低由于照明所產(chǎn)生的能耗；另外通過增加外墻保溫系統(tǒng)的隔熱能力，減少建筑內(nèi)部溫控所消耗的能量；此外，通過對(duì)生物能、水能以及風(fēng)能和太陽能、地?zé)崮艿瓤稍偕滦湍茉吹睦茫瑢?duì)通風(fēng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等設(shè)施的綜合提升，實(shí)現(xiàn)真正意義的節(jié)能減排。

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