高層建筑節能設計要點及實例論述

高宇

（廣東省建筑科學研究院510515）

高層建筑節能設計要點及實例論述

高宇

（廣東省建筑科學研究院510515）

本文通過筆者的實際工作經驗，簡要地分析了影響建筑節能的主要因素，并從建筑位置、朝向設計、圍護結構墻體設計等方面針對高層建筑節能設計中相關要點進行了總結與分析，最后結合工程實例加以探討，以供同行參考。

高層建筑；影響因素；朝向設計；圍護結構；材料節能

引言

目前，隨著我國經濟的發展和人們生活水平的提升，高層建筑數量日益增多，由于其高層建筑具有樓層高，體積大，能耗量大等特點，從而造成我國出現能源供應不足、社會矛盾加重等問題。為此，如何降低建筑能耗，促進社會的發展具有非常重要的意義。本文主要就高層建筑節能設計相關要點進行論述。

1　影響高層建筑節能的主要因素

（1）一般來說，高層建筑外圍護墻體能源消耗量比較大，大約占整個建筑能耗量的25%。建筑的形式變化是影響建筑能源消耗的重要因素，建筑體形系數越大，其能源消耗最就越多，國外一些高層建筑形狀多為圓形或橢圓形，例如，法國戴高樂機場候機樓、美國洛杉磯的好運飯店等，我們通過分析得知，相同的面積其圓形建筑的周長最短，這樣使建筑外露面積較小。為此，考慮到建筑能量的損耗，我們在高層建筑形體設計時，建筑的形式變化不宜過多和復雜。

（2）影響高層建筑耗能的主要因素還包括“風環境”和材料選用。在冬季，風力會消耗建筑的熱量，使得冷空氣的滲透量和熱量損失加大。同時，如果建筑某些部位處理不當，將會造成墻體內部產生冷凝水。因此，需要選用一些建筑保溫材料，確保建筑構造的合理性。

2　高層建筑節能設計要點

2.1建筑位置及朝向設計

在進行高層建筑的選址時，首先要充分考慮到城市環境對建筑容積率的影響問題，如果建筑容積率過高，其日照效果不佳。陽光是一種有著輻射能量較大的自然能源，因此需要合理利用，給建筑室內帶來光明和溫暖。據不完全統計，地球一年接收的能量達到60億kW，可以看出，地球是一種可以接收巨大的太陽能量的物體，陽光直接影響到人們的身體健康，因此，合理選擇建筑位置和朝向，最大限度地利用陽光具著十分重要意義。對于寒冷地區來說，地城市規劃過程中，需要注重日照原理的應用，合理的確定建筑位置與朝向，使每幢建筑能夠獲取更多的太陽輻射熱能，以達到建筑節能的目的，因此，建筑的位置與朝向的選擇與節能有著密切的關系。例如，對于北緯40～45°地區而言，在冬季，建筑的朝向所得到的能量比南向多2.5倍。季節和朝向的不同，使得建筑所得不同的太陽輻射熱能量和熱損失，特別是在冬季，由于太陽高度角低，建筑房間所接收的太陽光線的面積比夏季多。因此，在確定建筑的位置與朝向時，需要結合當地的環境情況，按照當地太陽高度角繪出日照圖，掌握好冬季的日照時間，為了滿足建筑的采光要求，要確保建筑南向有較大的開窗面積，北向開窗面積盡量小些，從而使得建筑能夠獲得更多的太陽光線，降低建筑熱損失，以營造適宜的室內環境。

2.2圍護結構墻體設計

（1）外墻作為建筑圍護結構的主體，而高層建筑的圍護結構主要采用剪力墻結構或鋼筋混凝土框架承重，從中可以得知，圍護結構是一種填充材料，因此為了減輕荷載，實現保溫、隔熱目標，應選用輕質高效保溫材料，近年來在寒冷地區主要采用的墻體材料為粘土空心磚與實心磚復合墻體；粘土實心磚、空心磚巖棉夾心復合墻體等。這些材料存在較多的問題，其節能效果不能達到相關規定要求和標準。圍護結構材料主要采用外側和內側的布置形式，在寒冷地區的同一氣候條件下，由于材料層次布置不同，其保溫效果也不一樣，因此為防止墻體內產生冷凝水，保溫層應設在外側。

（2）高層建筑的圍護墻體不能采用PG板，巖棉板等輕質保溫材料。這些材料使用壽命較短，而一幢建筑的使用壽命多則上百年，少則幾十年，因此，需要選用與建筑整體的壽命同步的墻體材料。目前，在國外高層建筑圍護結構保溫中廣泛推廣與使用混凝土空心砌塊。如美國研制的TB型保溫隔熱復合砌塊；歐美有些國家建筑外墻采用多種形式的混凝土空心砌塊。由于混凝土空心砌塊具有一定強度且保溫效果較好，從而避免了輕質復合材料墻體的一些問題和不足。

3　實例分析

3.1項目概述

某高層建筑，是集商業、娛樂、服務為一體的商業綜合體，總建筑面積約121800m2。該工程的設計理念是想要把“娛樂”滲透到“購物”中，“健康綠色”引入“商業”。因此，在建筑設計中采用了大面積的玻璃幕墻，以營造出濃烈的商業氛圍和設計效果。

3.2建筑節能現狀

本項目采用以上“設計理念”，雖然取得了較好的設計效果，但同時也造成建筑能源消耗量過高，不能滿足國家規范要求。由于項目位于夏熱冬暖的地區，并且在一年中夏季的時間較長，在使用過程中采用大面積的玻璃幕墻將會增加建筑能耗。雖然采用了6+0.76+6鋼化夾膠Low-E玻璃的設計，其遮蔽系數為0.61，可見光投射比為0.52），但通過對建筑節能驗算后發現，其建筑能源消耗達不到國家規范要求和標準。

3.3建筑節能設計方法

（1）合理布局平面空間

根據建筑施設計施工圖紙分析得知，商鋪和玻璃幕墻之間只留有500～700mm的幕墻檢修通道，且有些甚至貫穿兩層樓。而這些其實可以設置為隔熱層，因此通過與空調暖通專業協商，將這些檢修通道設置成排風口，從中加快這些檢修通道的空氣流動，形成良好的自然的隔熱通風帶，以達到散熱的目的。從中可以看出，在不增加工程造價和不破壞立面設計的情況下，達到了建筑節能的目的。

（2）從材料的性能入手，提高材料的節能效果

在材料選用上，主要考慮從玻璃上入手，以實現節能效果。通過與玻璃廠家協商，廠家推薦了一種合適的玻璃做法——雙層印絲系統。它主要是在玻璃表面在印制無機絲網，然后進行燒結處理，使其印于玻璃表面上。這種做法具有加大玻璃的遮蔽系數，不會影響到可見光投射等優點。通過采用雙層印絲系統的Low-E玻璃，其鋼化夾膠為6+0.76+6，使得遮蔽系數由原來的0.61降低到0.54，光投射比到達0.5（高透）。從中可以得知，采用這種幕墻設計，可以達到較高的遮陽效果，在節約能耗方面發揮重要的作用。

在墻體選用上，改用隔熱性能較好的復合墻材。本工程原設計外墻主要采用厚度190，密度700，導熱系數λ為0.25W/（m2·K）的加氣混凝土，后來經過與甲方協商，同意把將原設計外墻修改為厚度120，密度750～800，導熱系數λ為0.19W/（m2·K）的復合墻板，在確保原來密度一樣的情況下，采用復合墻板的導熱系數從原來的0.25降為0.19，由此可見，復合墻板具有較好的隔熱性能。

3.4節能效果分析

本項目經過以上的節能設計調整后，對建筑模型進行驗算得知，建筑整體能耗得到了控制，不僅滿足權衡驗算的能耗要求，且節能效果較明顯。

4　結束語

總之，建筑節能是我國國民經濟發展的中不可忽略的部分。隨著我國建筑業的不斷發展，高層建筑高度不斷增加，因此實施高層建筑節能是必要的。要想做好高層建筑節能設計工作，首先要從建筑位置、朝向、圍護結構等方面入手，而且需要全面考慮到建筑的防火性、智能化和生態性等，這也是未來高層建筑發展中所要考慮的重要因素。

[1]何發祥.淺談建筑節能設計的重要性[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2011（08）.

[2]李旭濂.試論當今節能建筑的設計[J].現代物業（上旬刊），2011（06）.

[3]陳慧，劉苗苗，徐曉晨，等.高層建筑的建筑節能設計[J].工程建設，2009.

TU201.5

A

1673-0038（2015）16-0032-02

2015-3-28