基于節能理念的建筑設計探討

施曉軍

摘 要： 本文依據國外專業人士的被動式設計思想理念，對建筑設計中的幾方面內容進行了深入的研究，并總結出了幾種減少能耗的具體方法。

關鍵詞：建筑設計；體型系數；節能建筑

進入 20 世紀以來，全球能源消耗的速度遠遠高于世界人口的增長速度，減少各種再生或不可再生能源的消耗量已提上日程。入世后我國的國民生產總值一直以高速增長，給建筑業帶來了難得的機遇。然而，給建筑業帶來商機的同時，人們也越來越多的重視建筑消耗這一話題。

一、 建筑規劃設計

節能建筑的中心是多個建筑以及單個建筑的設計，在整個的設計工作中，嚴格按照節能建筑的設計要求，做好足夠的節能工作，在保證室內環境和滿足居民需求的前提下，最大限度地節省能源。建筑的設計方案和最終建筑的節能效果有著緊密的聯系。設計方案要考慮到建筑的所建地環境、氣候條件以及日照情況等因素，并將其與減少能耗進行合理的結合。

1. 建筑選址

建筑物的所建地在建筑中是一個很重要的問題，是在正式的建筑設計開始之前需要解決的第一個問題。建筑物在選址時要考慮多個方面，例如周邊環境、交通情況以及用水情況等方面。在設計時應考慮適合建筑的微環境，不僅不能對周圍環境造成不利的影響，還不能過度使用大量的各種能源。

2. 建筑布局

一般情況下，建筑群的布局不僅要在平面上完成設計，還要完成在空間上的設計。其中，平面布局最常用的形式包括：（1）行列式；（2）錯列式；（3）周邊式；（4）混合式；（5）自由式。在設計時可以根據建筑物所在地的氣候條件以及環境條件等靈活的選擇平面布局形式來便于實現節能目標。當建筑物所處的地理位置溫度很低或較低時，如果戶主的需求是陽光和透風，那么就可以選擇周邊式。在進行空間上的設計時，首先要看高層建筑對低層建筑的作用。當一個建筑的高度很大程度的超出其余建筑時，會產生氣流，并使得建筑與建筑之間生成了速度很快的風，這樣一來就加快了熱量的損耗。在建筑設計中將這兩個方面都全面的考慮后制定合理的措施，有利于構建防護單元。

二、 建筑單體的節能設計

單個建筑的節能設計主要包括三個方面：（1）建筑的體型系數；（2）傳熱面積；（3）窗墻比。本文主要介紹在建筑的外部圍護結構以及內部空間兩方面采取節能措施。外部維護結構的節能設計一般有墻、屋頂以及門窗等組成。

1. 建筑的體型系數

建筑物的體型系數一般指建筑物和外界大氣的接觸表面積與它的包圍總體積間的比值。其中外表面積并不是所有面的表面積，它不包括：（1）地面面積；（2）不采暖樓梯間隔墻；（3）門戶的面積。通常我們將形體系數用 S 來表示，外表面積用 F 表示，建筑物包圍的體積用 V 來表示，所以三者間的關系為：S=F/V。當建筑物的形體系數很大時，單位建筑體積受到外界天氣情況的影響就很大，這是達不到節能目的的，當建筑物的形體系數很小時，單位建筑體積受到外界天氣情況的影響就很小，有助于最終實現節能。調查資料顯示，體型系數每增大1%，它所需消耗的熱量就隨之增加大約 2.4%，這就充分說明了體型系數越大，消耗的能量越多，越不利于進行節能。因此得出結論，建筑物的設計不僅要包括它的外在選址環境、對可再生資源的利用情況以及整體建筑布局等因素，還必須要盡可能地縮小體型系數。國外專業人士研究證明，體型系數介于 0.24～0.29 之間的建筑才可稱為節能建筑。

2. 外門窗的節能設計

外門窗是建筑進行傳熱的主要方式，它不僅是建筑吸收熱量的重要構件，同樣也是其散熱的重要構件。因此，在做好了其他方面的設計后，還需關注門窗適合的節能措施：

（1）控制建筑不同朝向的窗墻面積比：通常情況下，在冬天的時候為不受到季風的影響，立面最好盡可能地縮小窗的設計面積。然而在夏季的時候，應該在迎風面設計窗的具體位置，這樣就可以保持室內的通風，最終達到保溫、減少能量消耗的目的。在設計時需做到合理的控制開窗率，除此之外，還要盡可能地不將東或西面墻設計為開窗位置。只有同時做到了合理的開窗率和完美的這樣效果，才真正達到了節能的要求。

（2）窗型的設計：窗型的結構在通風面積以及通風情況兩方面中發揮著重要的作用。例如，當窗戶的面積大小一樣時，平開窗的建筑的最大通風面積就比推拉窗的通風面積大，兩者間的差距約為一倍。上懸窗和開平窗的通風面積比較起來相差不大，然而兩者的開啟方式有所差異，所以兩者為所屬建筑形成的空氣流通以及通風效果就產生了差異。如果戶主的需求是最大限度地利用風能，那么在設計時應選擇通風面積稍大的窗型。

（3）門窗外遮陽的設計

外遮陽對建筑節能有著深遠的影響。選擇的遮陽方式應符合建筑的整體風格，不能將兩者結合起來后給人的感官是格格不入。除此之外，外遮陽還應與建筑的立面設計建立起聯系，這一點是很重要的。科學技術在不斷地進步，遮陽技術也隨之發展起來。根據人們的不同需要，現今已經設計制造出了多種新型窗簾，例如熱反射窗簾等。現今高技術的智能建筑在設計外遮陽時一般都采用電腦控制建筑內的紫外線輻射、通風等情況的方式。這種方式的技術含量高，但它對天氣的適應能力很高。

4. 屋頂的節能設計

屋頂是整個建筑中直接接受太陽照射時間最長的構件，同時還扮演著與大氣大面積接觸的角色。一般情況下，它消耗的能量與維護總結構消耗的能量的比值可達到 7.8%～9.7%之間。通常該部件采取的節能措施包括以下幾方面。（1）屋頂保溫層的材料一般選擇憎水性或者吸水率不高、密度不大以及絕熱性能較好的。這樣就可以有效的減少屋頂的質量與厚度，同時也降低了建筑物的承載壓力。除此之外，它的憎水性能夠降低屋頂對睡得吸收能力，從而不會很大程度的破壞屋頂保溫材料的性能。（2）按照戶主的不同需求選用現代保溫隔熱屋面，例如蓄水屋面等。（3）結合建筑的立面，可以設計淺色坡屋頂，也可以在其上添加合適的遮陽部件，這樣不僅能夠使整體建筑在視覺上美觀，還能達到節能的目的。

5. 建筑內部使用空間的節能設計

建筑內部使用空間的節能設計是整個建筑設計總過程的非常重要的一部分，影響著整個建筑的設計效果。該部分節能設計結合了平面布局和空間布局，準確地測量了內部的各參數值，以期完善建筑的功能同時實現節能。

（1）常用方法：①將電梯、樓梯等設計規劃在建筑的南或北方向，就能避免太陽的直射，便于住戶上下樓梯；②挑空中庭形成二次隔熱區域，這是一種較為普遍、高效的節能措施，一般的建筑都有采取這種方法；③在我國的大部分高溫地區，一般都利用自然通風來降低溫度和更換室內空氣，從而減少相應的降溫能源損耗。合理的平面設計可以產生很好的通風效果，門窗進行合理的估量計算后，形成一定的位置關系，用以形成天然的通風口。這樣就達到了節能的目的，并解決了室內環境質量差的現象。

（2）空間設計上應考慮兩個問題：①進出風口的高度在室內空氣流動方向上發揮著很重要作用，也對住戶的整體感覺產生著重要作用。所以，通常情況下根據住戶對房間的需求來決定進出風口的高度。如果要在辦公的地方設置通風口，那么設計者應將高度設計到人在坐著的狀態下的頭部偏高一點的位置處。如果要在居住地設置通風口，那么客廳、餐廳等房間可以根據人的坐姿狀態進行設置；廚房需根據人的站姿狀態進行設置。根據不同的功能對房間進行設計可以達到良好的通風效果。②文丘里管原理。根據該原理，在平面面積很大的建筑物解剖面的靠上位置來設計通風口，能夠使該建筑物的通風效果達到最佳。