探討建筑規(guī)劃設(shè)計中建筑節(jié)能的設(shè)計

余海霞 中國船舶集團有限公司第七二五研究所

1 前言

要想最大限度地降低建筑的資源消耗，還需要合理規(guī)劃建筑物，優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計。在落實能源設(shè)計的情況下，應(yīng)保證建筑設(shè)計遵循當?shù)氐淖匀画h(huán)境、地理位置等，充分結(jié)合當前的生態(tài)節(jié)能理念，運用現(xiàn)代化的技術(shù)工藝，在節(jié)能的基礎(chǔ)上改進建筑設(shè)計。從綠色環(huán)保方面來看，重點是通過使用低能耗的各類建材、設(shè)備等完善建筑設(shè)計，施工過程中要以節(jié)約資源為主，運用行業(yè)的新技術(shù)、新理念強化建筑的整體性能，為民眾提供更加良好的居住環(huán)境。

2 建筑節(jié)能的概念

建筑節(jié)能設(shè)計是指在對公共或居民建筑設(shè)計、規(guī)劃和使用的過程中，通過加入適當?shù)募夹g(shù)、工藝、材料等方式，或者借助當前的可再生能源類的節(jié)能系統(tǒng)設(shè)備，最大限度地降低傳統(tǒng)建筑的能源消耗，減少對周邊環(huán)境的影響，提高用戶的居住體驗和使用效果。

建筑節(jié)能設(shè)計的理念在于滿足人們對建筑良好居住體驗和使用要求的基礎(chǔ)上，盡可能地降低建筑使用過程中的各類能源消耗。而現(xiàn)代建筑的能源消耗多數(shù)體現(xiàn)在生產(chǎn)建造，以及建筑使用過程中所產(chǎn)生的諸如制冷、采暖、照明、家用電器等各個方面的消耗。

在工程建設(shè)過程中，設(shè)計規(guī)劃是建筑節(jié)能中的一個重要環(huán)節(jié)。建筑整體的設(shè)計過程中，應(yīng)考慮相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和熱工性能，同時借助當前的可再生能源和節(jié)能減排等技術(shù)，最大限度地減少建筑使用中所產(chǎn)生的大量能源消耗。所以，落實建筑節(jié)能，還要從最基本的能源使用方面進行規(guī)劃，明確節(jié)能低碳的環(huán)保理念。

3 建筑節(jié)能設(shè)計的前提基礎(chǔ)

全面合理的考慮建筑結(jié)構(gòu)、節(jié)能措施等，既可以幫助開發(fā)商節(jié)約施工成本，還可以讓施工建設(shè)做到有的放矢，從各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)點落實節(jié)能降耗的目標。

通常情況下，建筑能耗的分析應(yīng)該成為節(jié)能設(shè)計的重要前提和參考依據(jù)，是施工團隊在建設(shè)初期就應(yīng)該重點考慮的問題。而從建筑結(jié)構(gòu)學方面來看，影響建筑能耗的因素是多方面的，通常與建筑的自身結(jié)構(gòu)、位置還有各類其他外在客觀因素有關(guān)[1]。

具體來看建筑本身的因素，可以細化為結(jié)構(gòu)性能耗、材料性能耗以及使用性能耗問題。結(jié)構(gòu)性能耗涉及建筑的位置朝向、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、保溫隔熱性能等因素；材料性能耗涉及外墻、門窗、屋頂、地板等使用的各類材料性能；而使用性能耗涉及各類家用電器，如夏天制冷、冬天取暖的問題。

外在的客觀因素需要考慮建筑所處的環(huán)境情況，自然氣候、地理位置、建筑所具備的功能，還有室內(nèi)能源的控制質(zhì)量等。當然，建筑節(jié)能的外在因素與其本身的建造設(shè)計等有著重要的聯(lián)系，直接影響到建筑內(nèi)部是否存在大量的能源消耗問題[2]。

例如現(xiàn)代城市當中，夏天空調(diào)制冷，冬天取暖制熱，以及日常建筑內(nèi)部的光照等情況，都是能源消耗的大頭，而這些方面所消耗的電力、煤炭等能源占據(jù)城市能源消耗總量的60%以上。因此在新時期下，建筑節(jié)能設(shè)計規(guī)劃也需要從這些方面進一步完善落實。

4 建筑節(jié)能規(guī)劃的設(shè)計探析

4.1 建筑位置環(huán)境方面的考慮

節(jié)能建筑的設(shè)計規(guī)劃，首先需要考慮土地建筑使用的綜合情況，結(jié)合當?shù)鼐唧w的氣候、地理環(huán)境條件展開分析，挑選適當?shù)慕ㄔO(shè)位置。然后根據(jù)建筑的使用需求改善當前的外在環(huán)境，同時還要重點考慮建筑的體型結(jié)構(gòu)所能起到的節(jié)能效果。建筑形式需重點考慮周邊的環(huán)境條件等，切實處理好建筑多樣化、個性化與節(jié)能的關(guān)系。比如，在建筑選址、布局方面的節(jié)能設(shè)計考慮。

在國內(nèi)東北等平均氣溫較低的區(qū)域中，將建筑物規(guī)劃在向陽、避風處，有利于加強建筑使用太陽能的效果，避風位置的設(shè)計可以有效減少在氣溫較低的情況下，建筑內(nèi)部的熱損耗。而在南方等平均氣溫較高的地區(qū)中，建筑設(shè)計中需考慮到街道布局、建筑群規(guī)劃等，要與當?shù)氐南募局鲗эL向基本一致，通過這種方式，強化城市建筑群區(qū)域內(nèi)部的熱交換，幫助建筑進行熱量的流動和釋放[3]。

4.2 建筑形體與空間的節(jié)能設(shè)計考慮

建筑空間和形體的設(shè)計考慮也是影響建筑節(jié)能的重要因素，是節(jié)能型建筑必須重點考慮的內(nèi)容。深入分析建筑形態(tài)和內(nèi)部空間的規(guī)劃設(shè)計時，要明確建筑物本身的體型參數(shù)，合理控制建筑物的體型系數(shù)，這樣可以有效降低建筑物內(nèi)部與外界環(huán)境之間的熱量交換，進而降低建筑內(nèi)部的能源使用消耗。

一般情況，建筑設(shè)計中可通過減少建筑的面寬，或是加大建筑進深、控制組合體和建筑層數(shù)等控制體型參數(shù)。同時，還要考慮到建筑的平面布局情況，分析建筑內(nèi)部空間的采光效果、通風合理性等，讓每個建筑空間內(nèi)部都具備良好的穿堂風以及充分的光照效果。這樣可以在夏季時節(jié)利用自然風降低內(nèi)部溫度，而冬季可以適當利用陽光取暖，進而在一定程度上降低能源使用。

4.3 室外空間環(huán)境和綠化方面考慮

在建筑環(huán)境的設(shè)計規(guī)劃中，還要考慮到周邊的水文、綠植地的分布情況。通過合理的設(shè)計水面、綠地，既可以改善建筑周邊的空氣和溫度狀況，還可以有效起到調(diào)節(jié)空氣濕度、氣溫，改善室內(nèi)熱環(huán)境，利用植物降低熱輻射的效果，進而減少空調(diào)制冷所使用的消耗[4]。

根據(jù)區(qū)域狀況下的不同小氣候狀況，設(shè)計規(guī)劃種植布局不同種類、高度的樹木植被等，這樣在一定程度上起到夏季時節(jié)，可以創(chuàng)造建筑群內(nèi)部陰影遮蔽環(huán)境，并且利用植被疏導通風，冬季時節(jié)還可以起到防寒風的作用。

而在建筑物的屋頂、陽臺、墻壁等位置予以適當?shù)木G化，可有效防止建筑物被陽光暴曬，或者大風驟雨等天氣對建筑物外表的沖擊，進而導致建筑物內(nèi)外誤差過大，減少溫度的內(nèi)外傳遞，對建筑內(nèi)部的環(huán)境溫度起到良好改善作用。

5 建筑節(jié)能規(guī)劃的具體設(shè)計措施

5.1 建筑物墻體的保溫隔熱設(shè)計

在國內(nèi)的建筑形式當中，外圍護墻體的占比面積最大，重要性也較高。所以，在分析建筑整體保溫隔熱性能時，很大程度的判斷依據(jù)在于建筑的外圍墻體設(shè)計建造情況。而影響到外圍建筑墻體性能的主要因素就是所使用的材料，在優(yōu)化建筑物墻體保溫隔熱設(shè)計的情況下，如何考慮建筑的外墻材料使用是施工團隊所要考慮的。

總體來說，外墻建設(shè)需要采用保溫效果較好的材料，可以使用單元材料；而墻體的中部設(shè)計需要添加新型保溫材料，形成墻體對齊的保溫夾層；同時在外墻處增設(shè)保溫層，提升外墻保溫性能，降低外界環(huán)境溫度對室內(nèi)的影響。

具體的節(jié)能優(yōu)化措施為：使用保溫性能良好的新型墻體材料，如當前很多城市建筑中所使用的多孔黏土磚，加氣混凝土砌塊等。而一些新建的建筑群體當中，則是采用新型的復合式墻體材料。這類墻體材料大多都是由聚苯乙烯、巖棉、膨脹珍珠巖、加氣混凝土等物質(zhì)構(gòu)成的材料，在墻體當中加入這種類型的材料，能夠有效降低甚至隔斷由于混凝土梁、柱、接縫等位置產(chǎn)生的導熱情況。簡單的理解就是這種新型墻體材料，如同建筑的外層披上了一層保護罩，從而有效提升了建筑外墻的整體保溫隔熱效果[5]。

從建筑物本身因素來看，為了盡量減少建筑物導熱效率，設(shè)計的過程中要盡量減少建筑的外表面積、結(jié)構(gòu)面積、形體的凹凸面積等。從建筑學角度來看，這些面積的大小會影響到建筑的體型系數(shù)（建筑體型系數(shù)是建筑物與室外大氣接觸的表面積）。而在體型系數(shù)一定的情況下，外表面積和所包圍的體積呈正比例關(guān)系。所以建筑的體型系數(shù)越小，建筑外表面積也越小，進而可以提升建筑的保溫隔熱效果。一般情況下，體型系數(shù)控制在0.3左右可以起到較為良好的建筑節(jié)能效果。

5.2 屋頂?shù)谋馗魺嵩O(shè)計對策

建筑屋頂屋面的保溫隔熱設(shè)計，是與建筑外墻一樣需重點關(guān)注的環(huán)節(jié)。但是相對于建筑外墻，屋頂更容易受到外界自然環(huán)境、氣候的影響。屋面從建筑結(jié)構(gòu)層面來看，也是屬于建筑的重要圍護結(jié)構(gòu)之一，對建筑的整體保溫效果也會起到較大的影響。尤其在夏天光照熱輻射強烈的時候，建筑屋頂?shù)臏囟瓤赡軙仙?0℃左右，如果隔熱措施不足會加劇室內(nèi)的溫度上升。而在冬季的時候，這個影響也會相反，加劇室內(nèi)溫度的流失。因此在這樣的影響下，施工人員需要重點對建筑屋頂?shù)谋馗魺徇M行優(yōu)化設(shè)計[6]。

現(xiàn)階段，屋面的節(jié)能設(shè)計主要通過建筑材料以及綠色植物兩個方面進行。在建筑材料的使用基礎(chǔ)上，需考慮到其具體的保溫隔熱效果。施工過程中，在屋面位置鋪設(shè)一層化工材料，當前使用較多的材料是聚苯板、膨脹型珍珠巖、憎水性保溫材料等。

聚苯板的性質(zhì)屬于膨脹型泡沫材料，其本身密度較大，但是在導熱系數(shù)和吸水率方面較低，此特點也讓其成為一種較為廉價劃算的保溫隔熱材料。憎水性保溫隔熱材料多數(shù)都被用于屋面的防水層設(shè)計當中，可以緩解屋面結(jié)構(gòu)老化導致的保溫隔熱效果降低的問題。

此外，綠色植被的方式也是最為經(jīng)濟、環(huán)保的方式。因為多數(shù)建筑的屋頂面是一個平面，上層鋪設(shè)了防水材料等。如果沒有適當?shù)恼谏w物，在經(jīng)過風吹日曬之后，屋頂?shù)慕ú睦匣g速度會加快，因此，可通過自然植被的方式進行降溫隔熱。在屋頂位置處種植適當?shù)墓嗄尽⒒ɑ艿染G色植物，形成屋面區(qū)域的小氣候環(huán)境[7]。

5.3 門窗通風設(shè)計

門窗在建筑物的使用中，起到空氣循環(huán)流通、內(nèi)外交換的重要作用，同時窗戶的設(shè)計還會影響到建筑的采光、光照時間等問題。而由于門窗的這些功能特性，也使其成為建筑物中耗熱的重要途徑。門窗的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)性質(zhì)，使得其傳熱性質(zhì)遠遠高于外墻和屋面，所以在建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，通常都是采用調(diào)整門窗方位、面積大小、材料等優(yōu)化門窗的具體保溫作用。

首先需要考慮的是外墻與門窗的面積比例，要結(jié)合當?shù)氐臍夂颦h(huán)境，建筑朝向等綜合考慮。如果地區(qū)氣候干燥、盛行西北風，門窗面積則不宜過大，窗戶設(shè)計可以朝向東或者東南方；如果當?shù)貧夂虺睗袂沂⑿袞|南風，門窗面積可適當擴大，同時可以使用落地窗、飄窗的設(shè)計。

其次，要著重關(guān)注門窗的材料。由于玻璃面積會占據(jù)窗戶的80%以上面積，并且一般玻璃熱阻小，有一定吸收熱輻射的作用，所以在北方區(qū)域可使用雙層玻璃，或者為了達到更好的保溫隔熱效果，還可以使用中空玻璃、鍍膜玻璃等，利用內(nèi)部空氣有效阻隔熱傳遞。門窗配件可使用塑料、玻璃鋼型材、鋁型材等，同時盡量減少窗框外露面積，以此達到較好的隔熱保溫效果[8]。

5.4 加入循環(huán)能源設(shè)計

現(xiàn)代建筑的節(jié)能設(shè)計，一方面是強化對建筑結(jié)構(gòu)、材料技術(shù)方面的應(yīng)用，達到降低能源消耗，從而實現(xiàn)節(jié)能的目的。另一方面，通過使用一些新型技術(shù)和可再生清潔能源加以優(yōu)化，降低對電力能源的消耗。太陽能、風能、水能都是較為常見的可再生能源，對于城市建筑而言，太陽能使用更加成熟高效，所以在建筑設(shè)計當中，可利用太陽能為建筑內(nèi)部的部分設(shè)備功能，如通過太陽能采暖、公共區(qū)域照明、太陽能熱水器等。

通過將現(xiàn)代的一些光電產(chǎn)品與建筑構(gòu)件結(jié)合，如使用光電外墻板、光電遮陽板、光電屋面板等，最大效率的利用自然環(huán)境循環(huán)產(chǎn)生能源，讓建筑傳統(tǒng)的耗能轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)能，進一步降低對日常能源的消耗。日常的公共照明可以大力推廣節(jié)能型的管型熒光燈和白熾燈，在提供必要照明的情況下，也能夠最大限度地減少能源消耗。

6 結(jié)束語

資源短缺已成為全球性難題，而國內(nèi)建設(shè)規(guī)模快速擴張的同時，也面臨著建筑資源、能耗快速上漲的趨勢，這也成為制約建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。為了順應(yīng)我國綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的理念，同時也為了促進建筑行業(yè)的收益，需要業(yè)內(nèi)人士積極轉(zhuǎn)變建設(shè)規(guī)劃理念，多積累、多總結(jié)，通過多種方式的組合優(yōu)化建筑功能設(shè)計，體現(xiàn)建筑節(jié)能方面的良好效果，為未來城市建設(shè)發(fā)展創(chuàng)造更加低廉、高效、環(huán)保的建設(shè)生產(chǎn)方法。