高層辦公建筑節能設計的常見問題及對策

青海瀚

（天津美新建筑設計有限公司廣州分公司，廣東廣州 510000）

現代化工業產業的高速發展，在一定限度上造成社會中不可再生能源的使用危機，辦公類建筑在市場內的占有量持續提升，建筑產業高層化成為必然趨勢。與常規的建筑結構相比，高層建筑具有高能耗、結構復雜等特點，需要均衡社會資源消耗、產業持續化發展兩者之間的平衡關系，確保此類建筑結構在市場內的賦存。文章在相關研究的基礎上，對此類建筑在設計中存在的節能問題展開研究，制定與之匹配的建筑節能設計發展對策。

1 高層辦公建筑耗能組成

與市場內低層結構建筑相比，高層辦公建筑可以容納的有效人數更多，需要同時作業的電氣設備更多。為了確保建筑的正常運轉，在建筑設計與開發階段會布置大量的電氣設備，電氣設備是造成建筑高耗能的主要原因，本文對建筑高耗能組成與耗能分配標準進行描述。

建筑高耗能組成與耗能分配標準如圖1所示。

圖1 建筑高耗能組成與耗能分配標準

由圖1可知，高層辦公建筑結構中，耗能最高的電氣設備為供電空調，通過對類似建筑的走訪調查發現，大部分開發商在進行建筑設計時，沒有考慮此方面問題，導致開發與設計的高層辦公建筑存在高耗能現象。

2 高層辦公建筑節能設計常見問題

2.1 建筑外墻保溫性能低

高層辦公建筑的特點是垂直地面方向上的表面積遠大于與地面水平方向上的表面積，這一結構特點使外墻結構和窗戶整體的保溫隔熱性能差。

通過對現有高層辦公建筑的結構進行分析得出，外墻結構通常采用加氣混凝土砌塊堆疊的方式施工，缺少保溫層的設置使辦公建筑的供暖能耗進一步增加，不符合節能設計的實際需要。

高層辦公建筑中大多數未采用科學合理的方式調節供暖空調能耗，造成能耗進一步增加。

2.2 室內通風條件差

低層或多層辦公建筑設計中，通常采用板型平面結構的設計模式，通過增設廊道結構的方式實現對其他建筑單元的連接。

高層辦公建筑板型結構平面如圖2所示。

圖2 高層辦公建筑板型結構平面

使用高層辦公建筑板型結構設計能夠在一定限度上為建筑內部提供自然通風條件。但高層辦公建筑類型的空間為大進深類型，外墻能夠開啟的面積有限，將這種結構應用到高層辦公結構設計中，會造成室內空氣的流通不順暢，需要通過增加其他設備實現通風，在一定限度上會導致這一方面的能耗增加。

2.3 可再生能源利用率低

當前高層辦公建筑中能源消耗的方式均為常規能源，未實現對可再生能源的有效利用。受到地基結構的限制，大部分高層辦公建筑所采用的結構以方形、圓形或矩形為主，其長度與寬度之間相差比例較小。照度會隨著距離的增加呈現出逐漸遞減的趨勢，這種結構的光線不足，會造成窗戶的采光能力降低，無法滿足大進深高層辦公建筑的需要，缺少對自然光的合理利用，使可再生能源利用率進一步降低。

3 對策

3.1 建筑外墻保溫材料選擇與遮陽結構設計

為了解決此類建筑在開發與設計中存在的問題，對建筑外墻保溫材料進行優化選擇，并在此基礎上進行建筑的遮陽結構設計。

大部分高層建筑的外圍部分屬于非承重部分，選擇材料時應按照靈活性的選擇方式，優先選擇空心砌體磚塊作為墻體導熱材料，針對北方地區或季節變化較為分明的地區，盡量避免使用玻璃幕墻作為外墻保溫材料。

完成對材料的選擇后，根據建筑整體結構的設計要求，增設外部遮陽結構，降低空調在建筑室內調節溫度時的耗能。常規的遮陽結構包括垂直結構、水平結構與綜合結構，可以在建筑設計中結合工程需求進行設計。

在設計中，通過豐富與完善建筑立面進行城市景觀設計的優化。

3.2 完善建筑結構設計中的通風節能條件

為了進一步實現對建筑結構中室內通風環境的優化，可參照“雙層樓板”結構，進行建筑整體結構中的通風節能條件的設計。

樓板通風系統原理如圖3所示。

圖3 樓板通風系統原理

由圖3可知，黑色區域為“雙層樓板”結構，此區域可以存儲夜間的涼風，該方式可以降低建筑室內環境的溫度。與傳統的建筑結構相對比，該設計方式可以有效存儲夜間冷量。

3.3 基于可再生能源利用的建筑電氣節能優化

可以使用清潔能源代替不可再生能源進行建筑發電，例如使用風能、太陽能、潮汐能、生物質能進行發電，使用蒸氣、熱水等物質產生的熱量進行供電。可以增設建筑地源熱泵，降低電氣在使用中的能耗；使用新風系統進行社會自然條件的調節。

4 節能效果應用分析

針對上述高層辦公建筑設計過程中常見的幾點問題，提出相應的對策后，對其實際應用后的節能效果進行分析。將上述提出的對策應用到某高層辦公建筑設計中，為了方便論述，選擇上述常見問題中的建筑外墻保溫性能低作為應用分析的重點，對引入對策后的建筑外墻保溫性能進行記錄，驗證節能效果。

選擇將建筑外墻的導熱系數作為指標，導熱系數數值越大，表明溫度傳遞越快，保溫性能越差，節能效果越不理想；導熱系數數值越小，表明溫度傳遞越慢，保溫性能越優，節能效果越理想。記錄應用策略后的導熱系數。

高層辦公建筑外墻導熱系數記錄如表1所示。

表1 高層辦公建筑外墻導熱系數記錄

由表1中可知，應用節能設計對策，高層辦公建筑的外墻導熱系數均小于0.030 W/（m·K），具有良好的保溫性能，滿足建筑節能設計需要。

5 結語

本文以高層辦公建筑為例，結合此類建筑在設計中存在的節能問題，提出三個方面的對應解決措施。完成此方面的設計與規劃后，以建筑工程實例為依托，對接本文提出的節能改造設計方案，證明節能措施在建筑工程實際應用中可以起到較好的節能效果。在現代化與智能化技術高速發展的時代下，研究高層辦公建筑節能設計策略，降低建筑在市場投入使用的能耗，將可持續發展理念貫穿于建筑設計的全過程中，達到節能減排的目的。