基于建筑節能的高層住宅建筑設計探討

王華威

摘 要：建筑業中將節能環保理念有效貫穿在建筑的設計、建造、使用及廢棄環節中，有效實現低能耗、低污染及低排放。加強高層住宅建筑設計中的節能設計理念的研究是十分必要的。本文作者結合多年來的工作經驗，對高層住宅建筑設計中的節能設計理念進行了研究，具有重要的參考意義。

關鍵詞：高層建筑；建筑設計；建筑節能

1 引言

高層建筑體形龐大，容積率過高，相鄰建筑互相遮擋，不通透，形成大面積陰影區，從而使城市人居環境質量下降，市中心人口膨脹、交通擁擠。除此之外，設計者往往貪大求高，大部分精力放在追求立面形式和使用功能上，而往往忽略了對于生態環境的保護。建筑設計節能意識淡薄，造成高能耗、低效益，影響建筑使用效率，浪費巨大。所以，高層建筑的節能設計是當代建筑設計的重要問題。

2 建筑節能設計理念的重要意義

（1）建筑能耗約占社會總能耗的1/3，我國建筑能耗的總量逐年上升，在能源總消費量中所占的比例已從20世紀70年代末的10%，上升到近年的27.45%。而國際上發達國家的建筑能耗一般占全國總能耗的33%左右。國家建設部科技司研究表明，隨著城市化進程的加快和人民生活質量的改善，我國建筑耗能比例最終還將上升至35%左右。如此龐大的比重，使建筑耗能已經成為我國經濟發展的軟肋，急需改良建筑設計來改善這一狀態。

（2）高耗能建筑比例大，加劇能源危機。目前，我國已建房屋有400 億平方米以上，屬于高耗能建筑，總量龐大，潛伏巨大能源危機。正如建設部有關負責人指出，僅到2000年末，我國建筑年消耗商品能源共計3.76億噸標準煤，占全社會終端能耗總量的27.6%，而建筑用能的增加對全國的溫室氣體排放已經達到了25%。低碳環保的建筑設計可以解決這個問題。

（3）我國建筑節能狀況落后，亟待改善。在20世紀70年代能源危機后，發達國家開始致力于研究與推行建筑節能技術，而我國卻忽視了這一方面的問題。時至今日，我國建筑節能水平遠遠落后于發達國家。舉例說明，國內絕大多數采暖地區圍護結構的熱功能都比氣候相近的發達國家差許多。外墻的傳熱系數是他們的3.5～4.5倍，外窗為2～3倍，屋面為3～6倍，門窗的空氣滲透為3～6倍。現在，我國的采暖耗能約為歐洲國家的1.5倍。

因此，與當前發達國家建筑能耗已經大大降低的情況相比，我國單位建筑面積采暖能耗是發達國家標準的3倍以上，與發達國家存在較大的差距。而對于美國而言，全球石油資源的戰略布局以及石油的開采區域和運輸線路等關鍵點的調整工作已基本完成，我國卻沒有那樣強有力的能源后盾支持，在這樣的國情下，建筑節能水平的改善實際上應該比發達國家更為緊迫。

3 節能設計理念應用于高層建筑設計的策略分析

（1）優化建筑位置及朝向設計。高層建筑的定位首先應考慮對城市環境的影響，容積率過高很難滿足日照要求，陽光有著巨大輻射能量。從某種意義上講地球本身就是巨大的太陽能接收器，陽光不僅對人的身體健康有著很大的益處，對建筑的節能也有著十分重要意義。城市規劃應注重應用日照原理，合理地確定建筑位置與朝向，使每幢建筑能接收更多的太陽輻射熱能，因此，建筑的方位與節能有著直接關系。不同朝向、不同季節，建筑物所得到的太陽輻射熱能量不同，熱損失也不同。尤其是在冬至前后，由于太陽高度角低，房間所接收的太陽光線的面積比夏天多得多。在確定建筑的方位時首先應考慮環境情況，按其太陽高度角做出日影響圖，以確定冬季每天的日照時間，建筑南向開窗面積盡可能大些，在滿足采光條件下，北向、東向窗盡可能小些，從而獲得更多的太陽光線，減少熱損失，保持室內舒適的溫度環境。

（2）優化圍護結構墻體設計。第一，外墻是圍護結構的主體部分，高層建筑的圍護結構不同于磚石結構房屋，前者是鋼筋混凝土框架或剪力墻結構承重。因此，圍護結構屬于填充材料，為了減輕荷載，達到保溫、隔熱要求，采用輕質高效保溫材料，目前在寒冷地區常用的墻體做法有：頁巖陶粒混凝土空心砌塊、黏土空心磚與實心磚復合墻體黏土實心磚或空心磚巖棉夾心復合墻體等。但存在問題較多，節能的效果仍達不到標準的要求。圍護結構的材料布置分外側和內側，在寒冷地區的同一氣候條件下，由于材料層次布置不同，所取得的保溫效果也不盡相同，為防止墻體內產生冷凝水，保溫層設在外側更好些。第二，高層建筑的圍護墻體不宜采用外側保溫的聚苯乙烯泡沫板（舒樂板、PG板），巖棉板等輕質保溫材料。一幢建筑的壽命少則幾十年，多則上百年，材料的應用與建筑整體的壽命應同步。輕質的外保溫復合墻體存在以下不足之處：抗震能力差、易松散、與結構構件結合不好、整體性能差；不能承受外部裝修貼、掛荷載，如：貼石材、安裝裝飾構件等；不能承受有振動的鑿刨裝修，如：剁斧石面層、予留洞、槽易出現冷橋；墻表面易出現裂紋。除此之外，復合墻體由于框架梁拉、剪力墻的嵌入，墻體內容易造成冷橋，是保溫、隔熱的薄弱環節。據測定，高層建筑所出現的冷橋約占整個熱損失的5%～13%，因此，應引起設計者重視，采取有效構造措施盡可能避免產生冷橋。另外，高層建筑外圍護墻體耗能較大，占整個建筑耗能的25%左右。建筑的形體變化是建筑外露面積的主要因素之一，體形系數越大耗能越多，國外的一些高層建筑造成圓塔形，比如美國洛杉磯的好運飯店、法國戴高樂機場候機樓都是圓型或橢圓形，我們知道，相同的面積，圓的周長最短，這樣使建筑外露面積較小。因此，基于能量損耗的考慮，高層建筑的形體變化不宜過多，也不宜復雜。③高層建筑的風環境是影響建筑耗能因素之一。在冬季，風力對建筑的熱損失很大，增大冷空氣的滲透量，使室內熱損失加大。由于建筑某些部位處理不當，墻體內部易產生冷凝水。因此，建筑保溫材料的選用以及建筑構造的合理性應建立在科學、可靠的基礎上。

4 結語

綜上所述，建筑業中的低碳設計是指將節能環保理念有效貫穿在建筑的設計、建造、使用及廢棄環節中，有效實現低能耗、低污染及低排放。由于建筑使用壽命較長，應考慮其耐久性，同時，也應提倡使用環保、易拆除及再生能源利用設計，進而實現資源、能源的有效節約。為了我們的下一代著想。我國必須把低碳建筑、低碳經濟提升到國家戰略層面，抓住機遇改善國民的生存條件，同時讓我國經濟能夠上一個臺階。

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