高層建筑的節能設計

摘 要：建筑是能源消耗的大戶，尤其是高層建筑，必須加快推進高能建筑的節能工作，深入研究高層建筑的節能設計問題。高層建筑在節能設計方面存在的一些常見問題如自然通風采光利用率、可再生能源的利用率相對較低等。本文分析了高層建筑整體設計對節能的影響，探討了高層建筑設計理念的新趨勢，提出存在的問題及今后發展方向。

關鍵詞：高層建筑；節能；設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.053

0 引言

改革開放以后，我國經濟進入了高速發展的階段，高層建筑的與日俱增意味著高能耗建筑越來越多。而高層建筑節能設計更是一項十分復雜的工作，本文探討了高層建筑節能設計存在的問題，要從建筑設計的理念和方法入手，提高建筑利用能源的效率，實現建筑節能的目標。本文針對高層建筑節能問題進行討論，提出了一些針對性解決措施。

1 建筑節能的現狀及高層建筑節能設計的問題

高層建筑是復雜龐大的系統，為保持正常的運作，高層建筑在電梯、空調、供水、供暖、管理等方面要消耗大量的能源。隨著房地產業近乎無序的發展，高層建筑層出不窮，其中的問題也日益凸顯。需要在設計之初就考慮到方方面面的能耗，在其運轉的每一環節中合理植入環保生態技術，將建筑能耗與廢棄物排放量降到最低程度。

2 高層建筑節能設計的影響因素及設計方法分析

2.1 外圍護結構節能設計

以往的研究和實踐普遍認同增加外圍護結構隔熱能力的方法主要有兩種：一是提高熱阻，即無論考慮穩定傳熱還是考慮不穩定傳熱，提高熱阻或者說降低傳熱系數，都是降低夏季室內空氣溫度和圍護結構內表面溫度最基本的措施。二是采用蓄熱系數較大的材料并保證必要的厚度，可以增加外圍護結構的熱容量，內表面溫度的波動振幅就減小，即減小內表面最高溫度，出現溫度最高值的延遲時間也較長。在冬季常有人使用的房間內墻材料優選蓄熱性良好的材料，可以延緩室外溫度對室內溫度的影響，使得室內的溫度比較穩定，可以有效防止墻面低溫輻射給人體帶來的不舒適感；使用頻率不高的房間內墻面則可采用蓄熱系數小的材料，有利于加快使室溫提高或降低，在快速達到舒適使用溫度的同時降低空調或采暖能耗。在墻體構造上可以設計成中空墻體、復合墻體、加入相變材料等措施。對于由多層材料組成的復合圍護結構，僅通過計算各分層材料熱惰性指標的總和，并不能完整地反映其對溫度波動的抑制作用。因為，多層材料對溫度波動的抑制作用，除了與各層材料的熱惰性指標有關外，各層材料的排列順序尤其是絕熱層的位置也是一個重要因素。

對于實體圍護結構，不僅應增強墻體的絕熱效果還必須同時控制合理的窗墻面積比，避免一味追求通透效果。窗口或玻璃幕墻外可考慮采取遮陽手段來降低供暖空調能耗，尤其是西向遮陽的問題，值得引起專業人員的重視。

2.2 采光與照明節能設計

我國地處北半球，南向采光時間長，且有較高的照度，可依據四季光照特點，充分利用天然光來實現日間采光，可對建筑的側窗、天窗等重點采光部位予以被動式的采光設計，將窗戶玻璃夾層中設置棱鏡或者光傳輸纖維，室內墻面、頂棚裝飾采用淺色，高反射率的材料，提升照明質量，對光線進行智能調節，使高層建筑室內光線達到最佳效果。根據地區氣候特點，合理采用鍍膜玻璃實現對太陽光譜的篩選和甄別，降低采暖或空調能耗。東西朝向極易導致光線直入形成眩光，設計時必須采取一定的遮擋措施。

量大面廣的日間照明，宜采用先進技術使其能耗降低，日間采光可采用太陽日光反射裝置和光導照明系統不僅能夠為高層建筑提供長時間的自然光照明，還可依據實際需要實現對光線強度的調節。有中庭的高層公共建筑還可以利用屋頂開設天窗，將天窗設計為上層采用透光玻璃，下層采用金屬百葉的復合雙層天窗，太陽光透過玻璃投射到金屬百葉上，再反射向墻面、地面，形成光的漫射，不但獲得柔和明媚的自然光線，其有韻律感的投射陰影可增加室內裝飾的層次感。

2.3 高層建筑空調節能設計

為降低能耗，在滿足生產要求和人體健康的情況下，合理降低室內溫濕度標準對于使用者健康和節能降耗均有益處，空調房間室內溫濕度基數，夏季應盡可能提高，冬季應盡可能降低。控制與正確利用室外新風量也是節能的重要環節，需在使用者的行為節能方面做一些努力，如禁止在空調環境內吸煙等措施。利用先進技術減少輸送系統的動力能耗，采用大溫差的供回水（或送回風），選用低流速有利于系統的水力工況的穩定性，采用輸送效率高的載能介質所占用的建筑空間也小很多，采用變風量（VAV）空調方式和變水量（VWV）空調系統，全年的送風動力比定風量方式小得多，節能效果較好。

2.4 高層建筑給水系統的節能措施

采用多臺水泵工作的方式有利于防止超壓，流量小，則單泵或運行小泵，遇到大流量，則開啟大泵或是將多泵進行并聯式運行。應用消防水泵從給水管網直接地吸水，必須對水泵的工作情況進行校核，以給水管網的最高水壓為重要標準，嚴格控制防止超壓。

2.5 新能源的利用拓展

太陽能、地熱能等可再生新能源，在建筑的運行能耗中具有巨大的開發潛力，我國是太陽能電池生產大國，但我國建筑對太陽能的利用卻很少，政府可鼓勵推廣太陽能在建筑上的開發利用，屋頂、墻體均可作為太陽能電池或蓄熱板的載體，另外光電幕墻集發電、隔熱、隔音、裝飾等特點于一身，可有效降低高層建筑的能源消耗，在需要使用玻璃幕墻的高層建筑上將普通玻璃幕墻置換為光電玻璃幕墻能有效提升幕墻的環保功能和保溫功能，不僅大量節約石化能源，降低污染程度，新材料本身將豐富建筑立面，帶來不同的視覺感受。地源熱泵利用地下冷（熱）能，可以作為采暖和空調的有效補充。

3 結語

高層建筑節能設計仍任重道遠，但隨著建筑節能研究與實踐的不斷深入，建筑節能的方法也不斷進步，節能的理念更加深入人心，提高高層建筑的節能效率，對提高建筑使用舒適度，減少污染，改善自然環境都有著深遠的意義。

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