高層建筑節能設計探討

王藝帆

【摘要】隨著人們生活水平的提高和科學技術的突飛猛進，人們對居住的質量越來越重視，其中包括建筑功能是否合理、建筑設備是否齊全、室內外環境條件是否舒適等。而近年來，在經濟發達城市，建高層建筑已成一種趨勢，但大多數建筑的設計者貪大求高，將大部分精力放在追求外貌形式和使用功能上而往往忽略對生態環境的保護，造成建筑設計節能意識薄弱，高能耗、低效益，嚴重地浪費了建筑資源。長期下去，全球人類將會面臨能源危機，因此，高層建筑節能設計應得到高度重視。

【關鍵詞】高層建筑；節能設計；可持續發展

建筑節能不僅是建筑本身的節能，且由城市的綜合環境、氣候條件、總體布局；建筑物的形體變化、朝向；外圍護結構保溫、隔熱的性能；門窗質量等許多綜合性因素構成，因此，高層建筑的節能首先應為設計者重視。

1、高層建筑設計節能簡述

建筑節能不僅是建筑本身的節能，且由城市的綜合環境、氣候條件、總體布局建筑物的形體變化、朝向，外圍護結構保溫、隔熱的性能，門窗質量等許多綜合性因素構成。節能建筑亦稱適應氣候條件的建筑，是指采取相應的措施利用當地有利的氣象條件，避免不利的氣象條件設計的低能耗的建筑?；蛘哒f，使設計的建筑在少使用或不使用采暖、制冷設備的前提下，讓一年四季的室內氣溫盡可能地維持或接近在舒適的范圍內。事實上，我們所使用的采暖和制冷設備的主要任務就是輔助調整室內自然溫度使之達到舒適的范圍之內。隨著現代化建設的發展和人民生活水平的不斷提高，人們追求更加舒適的建筑生活環境。冬季采暖，夏季空調都需要能源的供應。而在當前能源十分緊張的狀況下，節約建筑能耗就顯得尤為重要了。

超高層建筑節能是貫徹可持續發展戰略的一個重要組成部分，是執行節約能源，保護環境的基本國策，也是當前全球性的發展大趨勢。有理由相信，在利用空間能源的環境下，提高建筑能源系統的節能效率和延長系統的使用壽命將給超高層建筑行業帶來新的契機。積極推進建筑節能，做好建筑物的能源利用，在現實發展中具有十分重要的意義。

2、建筑節能設計的前提

建筑業已成為國民經濟的支柱產業之一。建筑節能和建筑業的可持續發展，不僅涉及老百姓的生活質量，而且也是關系國計民生的大事業。我國正處于城鎮化和工業化快速發展時期，每年20億平米，接近全球年建筑總量的一半。我國新建建筑以及原有400億平方米存量建筑是否節能，不僅關系到能否緩解我國能源緊張，而且還關系到全球的氣候變化與可持續發展。

不能以降低熱環境質量來換取節能效果，如提高空調房間溫度，此行為是不可取的，不能以犧牲室內空氣質量為代價獲取節能效果；如減少新風量供應也是不可取的，不能以建筑節能為由，影響和妨礙其它功能的實現，如景觀、消防使用等。建筑節能標準應依靠科學技術進步，提高建筑熱工性能和空調設備的能源利用效率，不斷提高建筑熱環境質量，降低單位建筑面積能耗先進的設計手段。

3、高層建筑節能設計措施

從建筑設計角度講，群體布局、單體設計、造構處理都是高層建筑節能的關鍵。以下根據高層建筑的特點談談節能設計方案。

3.1自然通風

中國大部分地區夏季濕熱，汗液不易揮發，容易感到悶熱，組織良好的自然通風可以降低室內溫度，帶走熱量達到人體舒適，從而減少空調使用，節約能源。高層住宅與多層和低層住宅相比受到的遮擋少，隨著層數增加風速更大，利用自然通風致涼具有先天的優勢條件，因此如果達到65%的節能目標，高層住宅自然通風設計的節能作用顯得十分重要。

3.1.1建筑布局的設計

建筑群的布局對自然通風的影響效果很大，但考慮到超高層建筑大多為單體筑，所以在布局上更多考慮單體建筑的設計問題。單體建筑中戶型的選擇與合理設計對超高層建筑的通風影響甚大。對于單朝向戶型，或者進深大、沒有南北貫通的廳，實現穿堂風存在一定困難，可以通過對戶型等進行局部調整，可起到一定的改善作用。但超高層建筑過高的風壓會使建筑的門窗難于開啟，給建筑室內的使用帶來不便，而且利于冬季保溫。所以在超高層建筑布局設計中應綜合考慮，通過合理門窗開啟形式，具備一定的可調節性，可以加強不利條件下的通風效果。

3.1.2豎井空間

形成豎井空間利用熱壓原理設置中庭來組織自然通風，而太高的中庭空間則會形成過大的熱壓，如不能有效控制，則會產生強烈的紊流，甚至在底層進氣口產生令人不安的嘯叫。在法蘭克福商業銀行的設計過程中，針對塔樓60層高度中庭空間的自然通風狀況，福斯特及其合作者將每12層作為一個獨立的單元，各自利用熱壓實現自然通風，取得良好的效果。

3.1.3玻璃幕墻圍護結構

為了減少過高的風壓和熱壓對高層建筑自然通風的不利影響，1990年英恩霍文在波恩電話大樓的設計中發展了雙層玻璃幕墻，這一革命性的設想，在埃森RWE辦公大樓得以實現。幕墻內外層玻璃間隔500mm，即形成可蓄熱的空腔，提供了節能的可能性，又可以通過內層可開啟的玻璃窗實現室內各層間的自然通風。由于外層的玻璃阻擋了高空的風力，人們第一次可以在高層建筑中打開窗戶，讓室外的新鮮空氣流入室內。這一新異的構想使大樓基本上放棄了昂貴的機械空調，使自然通風率達到70%，節能30%。

3.2天然采光

現代超高層寫字樓中的建筑照明所消耗的電力占了總電力消耗的30%左右，而且相同照度的自然光比人工照明所產生的熱量要小得多，可以減少調節室內熱環境所消耗的能源。因此，采用天然采光開拓再生綠化空間超高層建筑節省了土地，不只是提高容積、增多建筑面積，更重要的是在滿足了一定容積的情況下，把節省下來的土地轉化為綠地，保護并培植對維持生態平衡起重要作用的綠色植被。

3.2.1開辟垂直綠化

與高層建筑的用地面積相比，其外表面積是地面的4～5倍或更多，因此在外墻上拓展綠化，將對綠化環境的形成起很大作用。

3.2.2發展屋頂綠化

開拓綠化空間，另一種辦法是發展占天不占土的屋頂綠化。在公共建筑裙樓開辟屋頂花園潛力很大，應進一步提高屋頂花園的質量，發展薄覆蓋型種植技術。

3.2.3營造空中庭園

為了改善人遠離自然，易導致空調綜合征、生態環境差的缺點，在高層建筑之內營造空中庭園，這是近些年來國外某些高層建筑追求與探索的新課題。如諾曼·福斯特設計的法蘭克福商業銀行總部大廈就引入生態的概念，是世界上第一座“生態型”超高層建筑。

結束語

高層建筑設計節能意在將節能意識貫穿于設計的每一個環節，設計出更多符合時代要求的、高效低能耗的建筑作品。建筑節能是中國建筑業走向可持續發展的轉折點，也是我國國民經濟發展的一項長遠戰略方針，高層建筑節能設計對我國的發展將具有極其深遠的影響。節約能源是世界發展的基本條件，建筑節能也是是國家發展的基本國策之一，高層建筑又是標志性極強的建筑，研究高層建筑的設計策略和節能技術措施，抓好高層建筑的節能設計，將會帶動建筑節能事業的發展，促進全社會建筑節能的技術進步。改善人類生活的環境，營造綠色和諧家園。

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