談建筑節能在房屋構造設計中的應用

李 莉

(甘肅工業職業技術學院，甘肅天水 741000)

0 引言

建筑設計中考慮節能要求可以有效減少建筑在使用過程中的能源消耗，或通過可再生能源替代不可再生能源解決建筑照明、通風、采暖及空調設備的能耗，最終實現“綠色建筑”“生態建筑”的建造理念。隨著建筑構造形式的多樣化發展及使用要求的不斷提高，人們對室內基礎設施的布置日趨完善，新形勢下的建筑構造設計與傳統的房屋已體現出了很大的不同，不能自然通風及采光的衛生間、長時間需人工采暖及通風的公共場所、復雜的建筑外立面造型及不斷攀升的建筑高度等所帶來的能源消耗已不容忽視。隨著20世紀70年代世界石油危機的出現，許多發達國家都意識到了建筑節能的重要性，并相繼制定實施了相關的節能法律，采取了一系列經濟鼓勵措施，從而緩解了能源需求，取得了良好的效果。我國正處于工業化迅速發展階段，能源資源又相對貧乏，能源利用率低、資源浪費等使我國成為世界產值能耗最高的國家之一，能源問題已成為我國國民經濟中的一個突出問題，因此，建筑節能在房屋構造設計中的應用意義重大。

1 我國建筑在使用過程中的能耗分析

建筑業作為我國的支柱產業，其能源消耗總量占有一定比重，其中建筑能耗又包括采暖空調、電氣照明、熱水供應等幾個方面，采暖及空調能耗位居首位(如圖1所示)。

圖1 中國能源消費結構圖

隨著我國經濟的迅速發展，人們的消費能力不斷提高，除了采用傳統的取暖及降溫措施外，空調設備的購置數量逐年攀升，這就使得建筑能耗大幅度增長。長時間的人工照明及通風也增加了能源負擔，因此，需通過節能設計以滿足我國對建筑的節能要求。

建筑在使用過程中的能源消耗大致有以下幾個方面。

1.1 采暖、空調、通風、照明等方面的能耗

住宅建筑由于進深及開間尺寸較小，可長時間自然采光，且除衛生間需人工通風外，室內均可通過空氣對流實現室內外空氣的交換;而大型公共建筑，如商場、展覽館等，室內空間大，自然光線照射能力有限，使得內部照明必須采用人工得以實現，且照明時間久、室內所需亮度大，大面積的玻璃幕墻雖滿足了建筑外部造型的審美要求，但自然通風能力差，可開啟的窗戶面積非常小，這就使得公共建筑內外空氣交換大部分需采用人工通風的方法，能耗較大。隨著人們對居住及活動場所舒適度要求的提高，采暖及降溫已不單純的通過傳統方式(暖氣、風扇)解決，致使空調的使用頻率增大，冬季取暖、夏季制冷，尤其是公共建筑的中央空調大量消耗電能，增加了建筑能源負擔。

1.2 建筑外圍護構件保溫隔熱能力差，冬季熱量流失、夏季室溫過高

建筑外圍護構件例如外墻、屋頂或架空地坪層是室內外熱量交換的主要部位，我國北方地區冬季的室內外溫差可以達到40℃以上，而南方地區夏季氣溫高、室內悶熱，又需要建筑物采取相應的隔熱降溫措施。傳統的建筑在構造設計時并未較多的考慮建筑外圍護構件的保溫隔熱要求，因此，嚴寒冬季室內通過采暖及空調設備提供的熱量就容易通過建筑外墻及屋頂等部位流失，通過固體傳熱、輻射及對流等方式與室外低溫環境進行熱交換，使得采暖及空調能耗增大;炎熱夏季室外高溫環境下的熱量又容易通過外圍護構件傳遞到室內，使得空調設備制冷效果大打折扣，室內持續高溫不降。因此，提高建筑外圍護構件的保溫隔熱能力是解決這一能耗問題的根本途徑。

1.3 建筑造型復雜多變，創新型設計增加了能源負擔

隨著建筑造型的多樣化發展，尤其是公共建筑外立面造型追求創新獨特，既增加了設計施工難度，又提升了建筑能耗，例如單層玻璃幕墻結構是現在常用的一種建筑外立面設計形式，雖造型豪華、現代感強，具有很好的裝飾效果，但由于建筑大面積采用玻璃幕墻，出現了“冬寒夏熱”的現象，因此不得不通過加大功率，延長空調開放時間以調節室溫，能源高消耗觸目驚心，尤其是處于直射或當陽的玻璃外墻，其耗能則是普通建筑的4倍以上。復雜的外立面造型雖凹凸有致，但因增加了建筑外圍護構件的表面積從而提供給熱傳遞更大的空間，建筑能耗也隨之不斷增加。

2 現階段常用的建筑節能措施

針對建筑節能的基本要求，現階段我國采用的節能措施主要包括以下幾個方面:

1)建筑外立面設計簡單規整，減少外圍護構件面積。

建筑外立面在考慮造型及審美要求的前提下盡可能的簡單規整，通過減少外圍護構件的面積從而減少傳熱區面積，尤其在設計時注意冷(熱)橋的處理，例如L形截面的窗過梁則優于矩形截面。而建筑外立面平整光潔則優于凹凸不平、造型復雜，因為傳熱區的面積直接影響了建筑采暖、制冷的負荷。

2)建筑外墻增設保溫隔熱層或采用復合墻體。

建筑結構層的保溫隔熱能力有限，因此在外圍護構件上通過增設附加功能層來實現提高建筑保溫隔熱能力、降低能耗的目的是現階段應用最為廣泛的一種做法，通常可在墻體的外側附加保溫材料，例如聚苯板、擠塑板、巖棉板等，有時根據需要也可在墻體中間填充保溫材料，例如水泥爐渣填充。復合墻體例如墻中設有空氣間層，或承重墻一側增設加氣混凝土砌塊層，利用密閉的空氣導熱系數小的特點提高建筑外墻的保溫隔熱能力。

3)加強建筑的自然采光及通風以降低能耗。

建筑物的場地選擇及朝向對其能耗的影響不可忽視，例如南北朝向的建筑比東西朝向的耗能要少。而窗與墻的面積比不僅是建筑耗能的重要影響因素，也是建筑日照、采光及自然通風等是否滿足室內環境要求的重要因素，一般南向窗墻面積比控制在50%內，東南向控制在35%內，而其他朝向應控制在30%。夏季應保證采光和通風，冬季應盡量利用太陽輻射提高室內溫度。加強建筑的自然通風，充分利用自然界的有利因素。

4)構造設計中可利用自然資源實現建筑節能。

自然資源如風能、水能、太陽能等取之不盡、用之不竭的可再生能源以及現在倡導的“綠色建筑”“生態建筑”等，在建筑構造設計時將其考慮到設計方案中，例如高層建筑可充分利用頂層的風能進行發電，以提供建筑日常的用電需求;而經過改良設計的玻璃幕墻也可利用其透光敞亮的優點為室內自然采光提供保障，例如上海中心大廈的雙層玻璃幕墻，既有良好的保溫隔熱效果，還能充分滿足大廈的采光要求;建筑屋頂及部分外墻通過植被覆蓋既可增加城市綠化面積，又可在夏季降低室溫。因此，利用自然資源實現建筑節能是我們應當努力的方向。

3 結語

隨著我國建筑業的飛速發展，與之相適應的建筑節能技術也在不斷地完善與優化，新建建筑已不再單純的只考慮其建筑造型及結構要求，而是更多的從節能方面出發，考慮如何積極響應國家政策實現建筑的節能環保要求。現階段我國建筑節能技術的應用還具有一定的局限性，技術成熟但缺乏創新，因此，我國建筑節能的道路還很長，需要更多行業人才的共同努力才能把這條路走的更平坦、更寬廣。

［1］楊西偉，鄭瑞澄，郝 斌.現階段我國主要建筑節能技術及存在的問題［J］.建設科技，2007(15):97-99.

［2］楊 環.建筑節能技術在建筑工程中的推廣應用［D］.成都:西南交通大學，2010.

［3］郁文紅.建筑節能的理論分析與應用研究［D］.天津:天津大學，2004.