淺談高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)措施

文/丁啟明 吉林省機(jī)電研究設(shè)計(jì)院　吉林長春　130021

淺談高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)措施

文/丁啟明 吉林省機(jī)電研究設(shè)計(jì)院吉林長春130021

當(dāng)前，全球都進(jìn)行快速發(fā)展階段，其中建筑行業(yè)能耗之大已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國家所擔(dān)心的主要問題，資料顯示，近些年我國建筑能源消耗也正在不斷提升，其能耗占我國能耗的32%，比例之大已經(jīng)讓社會(huì)各屆不斷關(guān)注并呼吁建筑節(jié)能的全面推進(jìn)。而相關(guān)數(shù)據(jù)也顯示，建筑節(jié)能有很多具體的方法與技巧，在部分發(fā)達(dá)城市實(shí)施中也取得了很好的效果。2016年1月，《墻材革新與建筑節(jié)能》刊發(fā)一篇名為《上海超額完成“十二五”建筑節(jié)能和綠色建筑目標(biāo)任務(wù)》的文章，其中談到2015年上海建筑節(jié)能取得的新成就，建筑節(jié)能可以使能耗降低25%左右，可見建筑行業(yè)節(jié)能還有很大發(fā)展空間，需要我們進(jìn)一步探索。

高層建筑；節(jié)能；設(shè)計(jì)；綠色

1.理論基礎(chǔ)分析

高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)是在設(shè)計(jì)滿足需要的高層建筑時(shí)本著節(jié)能的基本原則，充分考慮地區(qū)特點(diǎn)，利用氣候優(yōu)勢(shì)，在建筑規(guī)劃分區(qū)、群體和單體、建筑朝向、間距、太陽輻射、風(fēng)向以及外部空間環(huán)境等方面進(jìn)行充分研究后，給出的低能耗建筑方案。

2.我國高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析

當(dāng)前，全球都進(jìn)行快速發(fā)展階段，其中建筑行業(yè)能耗之大已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國家所擔(dān)心的主要問題，資料顯示，近些年我國建筑能源消耗也正在不斷提升，其能耗占我國能耗的32%，加上每年房屋建筑材料生產(chǎn)能耗約13%，建筑總能耗已達(dá)全國能源總消耗量的45%。龐大的建筑能耗，已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)的巨大負(fù)擔(dān)。我國現(xiàn)有建筑面積為600多億m2，絕大部分為高能耗建筑，且每年新建建筑近30億m2，其中90%以上仍為高能耗建筑。比例之大已經(jīng)讓社會(huì)各屆不斷關(guān)注并呼吁建筑節(jié)能的全面推進(jìn)。而相關(guān)數(shù)據(jù)也顯示，建筑節(jié)能有很多具體的方法與技巧，在部分發(fā)達(dá)城市實(shí)施中也取得了很好的效果。2016年1月，《墻材革新與建筑節(jié)能》刊發(fā)一篇名為《上海超額完成“十二五”建筑節(jié)能和綠色建筑目標(biāo)任務(wù)》的文章，其中談到2015年，上海市獲得綠色建筑標(biāo)識(shí)建筑98個(gè)，總建筑面積952萬平方米（二、三星高星級(jí)綠色建筑所占比例超過75%）；累計(jì)263個(gè)，2356萬平方米；2015年通過綠色設(shè)計(jì)項(xiàng)目603個(gè)，建筑面積3174萬平方米。完成既有公共建筑節(jié)能改造508萬平方米（400萬平方米的既有公建節(jié)能改造單位面積降耗達(dá)到25%以上）；實(shí)現(xiàn)可再生能源建筑應(yīng)用423萬平方米。落實(shí)預(yù)制裝配式建筑600多萬平方米，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)能力達(dá)到130萬立方米。可見建筑行業(yè)節(jié)能還有很大發(fā)展空間，需要我們進(jìn)一步探索。

3.高層建筑節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)

3.1建筑群設(shè)計(jì)

（1）通風(fēng)與采光設(shè)計(jì)

建筑群的整體設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮到夏季通風(fēng)與冬季采光的重要性，為了更有效的通風(fēng)，建筑群在整體布局上要考慮到每一棟建筑的位置、朝向，使大數(shù)建筑內(nèi)房間能夠在夏季有自然風(fēng)進(jìn)入，達(dá)到防熱的目的；冬季有充足的陽光進(jìn)入達(dá)到采暖的目的。設(shè)計(jì)中可以考慮“高低錯(cuò)落”、“前低后高”的方式，也稱錯(cuò)列式；也可以采用斜列式等其它模式，以保證建筑群整體的通風(fēng)與采光。

（2）體形設(shè)計(jì)

建筑體形系數(shù)是指建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的體積的比值。住宅建筑耗熱量指標(biāo)隨體型系數(shù)增長而增加，從有利節(jié)能出發(fā)，體型系數(shù)應(yīng)盡可能小。《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定“建筑物體型系數(shù)宜控制在0.30及0.30以下；若體型系數(shù)大于0.30，則屋頂和外墻應(yīng)加強(qiáng)保溫。”

可從以下幾個(gè)方面入手：合理擴(kuò)大進(jìn)深尺寸，合理利用住宅類型特征（小天井、內(nèi)廊式），平面空間組合集中緊湊，盡量減少凹凸變化，合理提高層數(shù)，加大體積，加大建筑物體量，（應(yīng)避免作2000m2以下的小體量，以3000～4000m2為宜），縮小建筑物長、寬、高邊長比率，減少體形系數(shù)。

3.2戶型設(shè)計(jì)

（1）戶型格局設(shè)計(jì)

在保證了建筑群整體的通風(fēng)與采光后，針對(duì)每一戶型，可充分考慮到通風(fēng)與采光設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中盡量保證更多戶型可以通風(fēng)、采光。同時(shí)，在建筑材料選擇上，一定要選擇節(jié)能環(huán)保的保溫材料。另外，還要充分考慮到空調(diào)、采暖設(shè)備的合理應(yīng)用。

（2）門窗設(shè)計(jì)

其中涉及到房間的門窗位置、開口方向、開口面積、開口尺度等。在設(shè)計(jì)時(shí)盡量在保證開口面積的同時(shí)設(shè)計(jì)合理的開口位置，以室內(nèi)空氣能有效流通、采光良好為標(biāo)準(zhǔn)。

通風(fēng)口位置的設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)量符合成年人上身為標(biāo)準(zhǔn)。而出風(fēng)口位置的設(shè)置可以偏低，以增大風(fēng)速，開口寬度盡量為開間寬度的三分之一到三分之二，開口大小應(yīng)為地面面積的15%至25%，這樣可以有良好的通風(fēng)。

門窗的體型在設(shè)計(jì)時(shí)也要充分考慮，門的形狀大至相同，但是當(dāng)前很多高層建筑在窗的設(shè)計(jì)上為了追求視覺效果，五花八門。在設(shè)計(jì)上我們?cè)谧非笸庥^漂亮的同時(shí)，一定要從建筑節(jié)能的角度思考。由于窗戶采用的是玻璃隔斷，因此不及導(dǎo)速度比墻體要快很多，因此開窗面積不宜過大，否則在能源上勢(shì)必造成浪費(fèi)。體形和面積越小，對(duì)于保暖越有效果。但體形系數(shù)過小，會(huì)造成平面布局困難，可能嚴(yán)重影響建筑功能。因此，在設(shè)計(jì)上要合理兼顧二者。另外，建筑設(shè)計(jì)師一定要充分考慮到地域差別，對(duì)于北方更傾向于采暖需求，而對(duì)于南方更傾向于夏季避暑需求。要提高窗戶的氣密性，減少冷風(fēng)滲透；提高窗戶本身的保溫性能，減少窗戶本身傳熱量均是窗戶節(jié)能設(shè)計(jì)的重要方面。住宅節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定北向窗墻面積比≤0.25，東西向≤0.30，南向≤0.35。

設(shè)計(jì)中應(yīng)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，若采用新型節(jié)能窗，其窗面積可以適當(dāng)增大。關(guān)于外窗，單層透明玻璃和中空玻璃很難滿足遮陽系數(shù)的要求，常用單層熱反射玻璃，單層Low-E中空玻璃、Low－E中空玻璃。根據(jù)窗墻比選擇，在施工圖中寫明窗玻璃的傳熱系數(shù)K與遮陽系數(shù)Sw的要求。在外窗開啟方面，居住建筑外窗開啟面積占所在房問面積的10%，1～6層氣密性3級(jí)，7～7層以上氣密性4級(jí)（強(qiáng)條）。

4.高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

4.1地域針對(duì)性分析與設(shè)計(jì)不充分

所謂的建筑節(jié)能一定要地域特點(diǎn)。首先是要符合自然條件，因此對(duì)于地域的充分分析是十分必要的。地域的優(yōu)勢(shì)要充分的利用，劣勢(shì)一定要在設(shè)計(jì)中給予彌補(bǔ)方案這才是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的核心所在。而部分建筑設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中卻不能投入精力充分分析地域特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了所謂的“節(jié)能建筑”。自然條件包括地域結(jié)構(gòu)、風(fēng)向、風(fēng)力、溫度、適度、溫度變化區(qū)間、季節(jié)變化、降雨量、降雪量、日照時(shí)間等。

而除了自然條件以外，還要充分考慮人的因素。比如地域的生活方式、生活習(xí)慣、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)情況、審美觀點(diǎn)、傳統(tǒng)觀念、文化傳統(tǒng)以及宗教習(xí)俗等。這些都是需要充分考慮到建筑節(jié)能當(dāng)中的重要因素。

如果忽略了這些因素，就會(huì)造成節(jié)能設(shè)計(jì)的失敗，乃至建筑設(shè)計(jì)的失敗。例如，我國北方地區(qū)，以北應(yīng)該為例，其夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥、日照較少，因此，冬季日照是十分重要的生活需求，也是節(jié)能的最好方法。在高層建筑群設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使空間開闊，以獲取充分的陽光照射。

因此，節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)與地域性相結(jié)合，“ 因地制宜” 才能讓建筑在消耗最少能源、釋放最少碳排放、對(duì)環(huán)境損害最小、經(jīng)濟(jì)效益最高的情況下為人們創(chuàng)造舒適的建筑環(huán)境，建設(shè)具有地域特征的節(jié)能建筑，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)共同可持續(xù)發(fā)展。

4.2過度依賴節(jié)能材料造成的高成本

很多建筑設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)節(jié)能建筑時(shí)，不在通風(fēng)、采光等建筑設(shè)計(jì)本身上下功能，反而把目光集中在大量高品質(zhì)節(jié)能材料當(dāng)中。北京某如鋒尚國際公寓，在設(shè)計(jì)時(shí)利用了當(dāng)前流行的八大節(jié)能技術(shù)手段。其中包括采用外墻子系統(tǒng)、健康新風(fēng)子系統(tǒng)等。通過這些系統(tǒng)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)高層住宅的節(jié)能目標(biāo)。但是，由于節(jié)能材料應(yīng)用較多，造成了造筑本身的高成本，因此樓房在銷售時(shí)價(jià)格較同地段其它樓盤的價(jià)樓高出一倍，也因此，銷售業(yè)績(jī)不佳，遭受冷門。分析其節(jié)能方案就是過度應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，從而導(dǎo)致成本過高。而這些高成本的投入所帶來的節(jié)能效益已經(jīng)在生產(chǎn)成本中浪費(fèi)掉了。

小結(jié)：

另外，在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，一定要充分考慮到節(jié)能材料的應(yīng)用。例如，采用節(jié)能環(huán)保且保溫性能強(qiáng)的墻體材料；選擇密閉好、隔熱性強(qiáng)的窗體材料；選用綠色節(jié)能的燈源等。另外，盡量應(yīng)用建筑物自身可獲取的太陽能，也可以大大降低建筑物節(jié)能。還有，綠色植被的有效運(yùn)用等方法，未來都可以在高層節(jié)能建設(shè)中運(yùn)用。

[1]白月枝.上海超額完成“十二五”建筑節(jié)能和綠色建筑目標(biāo)任務(wù)[J].墻材革新與建筑節(jié)能.2016，(01).

[2]顧玉英.泰州:面向社會(huì)征集推動(dòng)綠色建筑與建筑節(jié)能工作建議[J].墻材革新與建筑節(jié)能.2016，(01).

[3]李經(jīng)緯.新農(nóng)村建設(shè)中建筑節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué).2015，(36).

[4]賈宏.建筑節(jié)能下的工程造價(jià)管理[J].工程經(jīng)濟(jì).2015，(11).

[5]王瑩瑞.建筑節(jié)能現(xiàn)狀、問題及協(xié)同創(chuàng)新研究[J].科技視界.2016，(04).

[6]劉春梅,王雅南,張霖祺,葉劍燦,高璇杭,吳薇薇,吳健,吳寧.新農(nóng)村宅基地重生幾個(gè)關(guān)鍵問題研究[J].住宅與房地產(chǎn).2015，(28).

[7]肖曉麗,PhilJones.歐洲低碳建筑設(shè)計(jì)[J].建筑技藝.2009，(12).

丁啟明（1771.1-）男，吉林長春人，本科，技術(shù)職稱：高級(jí)工程師，研究方向：工民建。