綠色建筑節能設計技術途徑探析

張建云

（寧夏建設職業技術學院，寧夏銀川750021）

1 綠色建筑節能的意義

現代社會人們對能源的消耗主要體現在交通運輸、物質生產和建筑使用的過程中，建筑在形成、建造、運用中會耗費大量能源，加大了能耗的壓力，而建筑耗能在總耗能中的比例，充分體現了一個國家和地區的經濟發展水平以及生活質量的提升。據有關研究數據統計，主要發達國家建筑使用耗能占全社會總耗能30%～40%。據相關數據分析，建筑在建材生產、建筑施工、建筑運行的全生命周期內消耗了地球上大約50%的能源、42%的水資源、50%的材料，產生了全球24%的空氣污染、50%的溫室效應、40%的水源污染、20%的固體垃圾和50%的氯氟烴等。因此，發展綠色節能建筑，是化解我國日益匱乏的資源，改善人們生產、生活環境、質量，促進經濟健康可持續發展的有力保障。

2 綠色建筑節能的內涵

建筑節能是指在建筑物規劃、設計、新建（改建、擴建）、改造和運行過程中，依據建筑節能標準和施工執行節能標準，采用節能型技術、工藝、設備、材料和產品質量驗收規程，合理設計建筑圍護結構的熱工性能，采用低能耗的建筑材料、設備系統，并利用可再生能源，在保證建筑物使用功能和室內熱環境質量的前提下，降低建筑能耗，合理有效地利用能源。

建筑節能設計和實踐證明，只要因地制宜，選擇合適的節能技術，居住建筑每平米的造價提高幅度約在建造成本的5%～7%內，可以達到節約能耗50%～65%。據我國相關資料報道，建筑節能的投資回報期一般在5年左右，而建筑物的使用壽命在50～100年，兩者相比較，節能建筑的經濟效益是非常顯著的，節能建筑前期一次性投入后，可以在較短的時期內回收成本，可在建筑使用壽命期內得到長期的受益。在我國新建建筑的節能設計和老舊建筑的節能改造中，都將為國家的經濟效益和環境改善提供有利保障。

3 綠色建筑節能設計的技術途徑

形成建筑能耗的原因很多，因而建筑節能是一個系統全面的工程，它涉及建筑的規劃、設計、施工、運行管理諸多環節，涉及建筑、結構、建筑設備、建筑電氣與智能化等專業技術。建筑節能途徑主要包括：房屋各部位（屋頂絕熱、墻壁絕熱、地面絕熱、門窗絕熱）的絕熱措施、采暖節能的基本途徑、建筑制冷設計的節能途徑和照明設計的節能途徑。

3.1 合理優化和體形設計

3.1.1 建筑物的體形變化直接影響建筑節能效率，決定著建筑采暖和空調耗能的多少。從節能角度講，單位面積對應的外表面積越小，外圍護結構的熱損失就越小，從降低建筑能耗的角度出發，應將建筑體形系數控制在一個較低的數據。建筑節能研究結果表明，體形系數每增大0.01，建筑能耗指標約增加2.5%。如圖1和表1所示，同體積不同體形會有不同的體形系數，其中立方體的體形系數（F0/V0）比值最小。在相同體積下，由于圍護結構的總面積不同耗能量也相差很多。

在建筑節能規劃中應降低或控制建筑體形系數。一般建筑的體形宜控制在0.30以下，如果體形系數大于0.30，建筑屋頂和建筑外墻采取相應的保溫措施，以便將建筑物耗熱量指標控制在國家規定的水平，即總體上實現節能保溫50%或65%的目標。

圖1 同體積建筑的不同體形系數

表1 同體積建筑的不同體形系數

3.1.2 建筑朝向和間距對能耗的影響

建筑朝向設計是建筑節能設計的重要內容，古今中外都非常重視對建筑朝向的選擇。從建筑節能角度考慮，建筑朝向的選擇應避開冬季主導風向，同時也應考慮到夏季防止太陽輻射與暴風雨的襲擊。從而針對不同朝向墻面在不同季節的日照時數進行統計，求出日照時數的平均值，作為綜合分析朝向的依據。

建筑朝向經過分析并確定后，建筑規劃設計時應結合日照時間、建筑節能、節地原則、地形地勢等具體情況，全面綜合分析各技術參數來保證建筑間距。我國地處北半球溫帶地區，居住及公共建筑中，在夏季應避免較強的陽光照射，冬季又需要獲得充分的陽光照射，從而滿足室內衛生、建筑采光及輔助得熱的需要。因此，居住建筑日照標準通常是將冬至日或大寒日定為日照標準日，保證每套住宅至少應有一個居住空間能獲得日照。日照間距如圖2所示，日照間距D0=H0cothcosγ，當建筑物為南北朝向時D0=H0cothcosA，當建筑物為南北朝向正午時日照間距D0=H0coth。因而在施工規劃階段，應仔細考慮建筑朝向、建筑形體、建筑間距等與節約能源的聯系。

圖2 建筑日照間距示意圖

3.2 建筑屋面設計

建筑屋面作為建筑物頂層的覆蓋層主要起承重、圍護、保溫、隔熱、防水等作用。建筑屋面隨著季節寒暑變化，夏季高溫氣候陽光暴曬、冬季寒冷空氣侵襲，使建筑頂層室內能耗明顯大于任何一面外墻和地面的耗熱量。在建筑圍護結構中，屋面的能耗約占建筑總能耗的5%～10%，占頂層樓能耗的40%以上。因而，屋面的保溫隔熱功能是降低建筑物能源消耗的有效途徑，是改善頂層室內環境、減少空調使用時間、節約控制能耗浪費的有力措施。

屋面保溫效果是通過在屋面系統中設置保溫材料層、增加屋面系統的熱阻來達到的；保溫材料的選用，應考慮使用熱導率小、輕質高效、表觀密度小、吸水率低、有一定抗壓強度、可長期發揮作用、性能穩定可靠的無機或有機保溫材料作為保溫、隔熱層。絕大多數的建筑屋頂保溫設計是在結構層上防水層下鋪設輕質保溫材料，如膨脹珍珠巖、玻璃棉等，適用于正置式屋面鋪裝法。其中擠塑聚苯乙烯泡沫板、硬泡聚氨酯等幾種材料性能最優，適用于倒置式屋面鋪裝法。屋面節能的設計構造有保溫屋面（用高效保溫隔熱材料做外保溫或內保溫）、加貼絕熱反射膜屋面、架空通風屋面、蓄水屋面、綠化屋面和坡屋面等不同方法滿足屋頂節能的要求。圖3為代表性的屋頂保溫隔熱節能系統構造做法。

圖3 屋面保溫隔熱系統構造層次

3.3 建筑外墻節能設計

在建筑總耗能中，建筑外墻傳熱耗熱量約占25%，樓梯間隔墻的傳熱耗熱量約占25%。由此可見，提高墻體保溫隔熱措施將降低墻體的耗熱量，起到節約能源的效果。墻體保溫常用的做法是增加保溫材料的復合墻體，由于使用了新型高效保溫材料，從而突顯了建筑優良的熱工性能，建筑結構層和保溫層都可充分展現各自材料的優勢和特點，既不增加墻體的厚度，又能保溫、隔熱節能，也可滿足抗震、承重及耐久性等諸多施工技術要求。

在墻體設計中常用聚合物發泡型保溫材料，包括聚氨酯泡沫塑料（PU）和聚苯乙烯泡沫塑料（EPS/XPS）、礦棉及玻璃棉制品、聚苯顆粒保溫漿料、新型絕熱板材等絕熱材料。目前，外墻外保溫常用材料為隔熱性能好、價格低廉、施工方便的聚苯乙烯泡沫板并廣泛應用于建筑建設的各個方面。外墻外保溫隔熱設計，在一定時間內，墻體將直接暴露在陽光下，因此，外墻外保溫可以避免產生熱橋效應，利于保障室內的熱穩定、利于提高建筑結構的耐久性、利于既有建筑的節能改造。

外墻保溫工程施工既可在室內，亦可在室外，技術參數比較好的做法為外墻外保溫，因其構造能夠滿足水密性、抗風壓性以及溫濕度變化的要求，不會產生裂縫，并能抵抗外界可能產生的碰撞作用，還能使相鄰構造之間、構造與構造間、構造與飾面材料間都能得到有效處理。不同外墻（現澆混凝土墻、砌體墻）保溫材料的選擇、基本構造、施工工藝均有不同之處。

3.4 建筑外門窗節能設計

建筑外門窗是組成建筑物圍護結構的一部分，首先應滿足基本的使用功能，同時應有采光、通風、防風雨、保溫隔熱、防盜、防火、美觀、裝飾等功能。建筑外門窗的熱耗能的損失非常大，據相關數據顯示，傳統建筑通過門窗損失的耗能約占建筑總耗能的50%，而通過門窗縫隙損失的耗能約占門窗總能耗的30%～50%。由此可見，加強建筑外門窗節能設計是改善建筑室內外熱環境交換程度、提高節能效果的主要環節。衡量建筑門窗性能的指標主要有陽光得熱性能、采光性能、空氣滲透防護性能、保溫隔熱性能等。門窗的節能技術體現在提高門窗的性能指標，在冬季增加陽光利用的有效性，增加室內房間的得熱率和采光性，通過降低門窗導熱和空氣滲透，提高保溫性能。在夏季采用隔熱及遮陽措施，減少由于門窗透過的熱輻射和室內空氣滲透過大導致空調增加負荷和耗能。因此，建筑門窗節能設計采取的主要措施：一是滿足建筑采光與通風標準后，應嚴格控制建筑各朝向的窗墻面積比，并與外立面有效結合，在達到使用功能和美觀要求的基礎上盡量減少窗戶的面積。二是選用門窗材料時，應結合工程實際情況，盡量選用新的環保材料，以提高材料的保溫性能，提高門窗的氣密性、水密性和抗風壓性能。建筑外門窗節能工程包括金屬門窗、塑料門窗、木質門窗、各種復合門窗、特種門窗、天窗及門窗玻璃安裝等節能工程。雙保溫隔聲效果優于單門窗材料。金屬保溫門窗（斷橋鋁合金門窗、涂色鋼板門窗、鋁塑門窗）既能起到一定的裝飾效果，也應有足夠強度和耐老化性能，同時具有良好的保溫、隔聲性能，當室外溫度降到-40℃時，室內玻璃仍不結霜。玻璃有普通玻璃、中空玻璃、空心覆膜玻璃等，在隔聲、保溫、節能、美觀適用、降低室內溫差、改善照明性能方面，中空玻璃效果很好。隨著節能要求的不斷提高，節能門窗從結構上不斷改進，出現了三玻窗及多層窗，使保溫節能更趨于理想效果。

3.5 建筑樓、地面節能設計

建筑樓底層包括樓板層與地坪層，地坪層是建筑物底層房間與下部土層直接接觸的部分。如果底層地面熱阻過小，就會使首層室內耗熱量增加，甚至會出現溫度過低導致房間結霜和凍腳現象。因此，為了提高室內溫度，增加人體的熱舒適性，降低樓地面耗熱量的散失，按區域、按房間功能對底層地面采用節能標準設計。

樓、地面節能設計包括：不采暖地下室頂板作為首層的保溫隔熱節能工程；樓板底面下方接觸室外空氣、土壤、和毗鄰不采暖空間的地面節能工程；也包括分戶采暖和計量收費的建筑，樓層與樓層之間的樓地面要求保溫隔熱節能工程。樓、地面的保溫隔熱節能技術一般有兩種：一是普通的樓地面在樓板的下方粘貼膨脹聚苯板和其他高效保溫材料后吊頂；二是采用地板輻射采暖的樓、地面，在樓、地面基層施工完成后，在該基層上先鋪保溫材料，再將交聯聚乙烯、聚丁烯、無規共聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯、耐熱聚乙烯或鋁塑復合等材料制成的管道，根據得熱量確定管道間距，以雙向循環的盤曲方式固定在保溫材料上，在管道上覆蓋豆石混凝土，經整平振實，最后在其上鋪設地面材料。

3.6 建筑遮陽設計

為了實現節能設計，我們還可以根據不同的日照時間和不同區域的建筑功能來設計建筑遮陽。采用對太陽光線中的熱輻射有遮蔽作用的建筑構件或遮陽設施，空調用電可以節約25%左右，采用優質建筑遮陽措施，能夠使外窗保溫性能提升約一倍，節約建筑采暖用能約10%左右。因此，應選用合適的遮陽設施。遮陽的布局一般是根據太陽高度角的變化來確定，有水平式遮陽、垂直式遮陽、綜合式遮陽和擋板式遮陽。不同的遮陽形式可以滿足不同地區、不同功能建筑的需要。

3.7 建筑節能體制的建設

政府應建立和完善建筑節能設計的法規和強制執行標準，進一步加強綠色建筑技術的研究、開發、示范、推廣和宣傳，促進綠色建筑技術進步與創新。建設單位應按照規范將綠色建筑標準納入工程竣工驗收，不符合綠色建筑標準的，不得通過竣工驗收，不符合建筑節能要求的企業也要加以限制和禁止。同時，國家應完善對建筑節能設計的監督控制，構建相應的評價體系，鼓勵采用建筑環保理念的企業，嚴格執行建筑節能強制性規范標準，扎實推進現有建筑節能改造，提高能源資源利用率，提高建筑的安全、舒適和健康性，從而實現建筑節能設計的科學性、有效性和綜合性。

綜上所述，建筑節能是促進綠色建筑發展、提升人們生活工作條件、減輕環境污染、促進人與自然和諧發展、經濟可持續發展最直接的措施，同時，建筑節能發展應堅持因地制宜、被動優先、主動優化的技術路線，推廣應用自然采光、自然通風、保溫遮陽、余熱利用、雨水利用以及太陽能、淺層地溫能、空氣源熱能、污水源熱能等可再生新能源利用技術。提倡節能理念，實現建筑業綠色和可持續發展。