大空間建筑外觀的節能與設計分析實踐思考

高 文 中建七局建筑裝飾工程有限公司工程師

張留洋 中建七局建筑裝飾工程有限公司助理工程師

作為我國傳統的資源消耗型行業，建筑行業在建設生產中需要耗費大量的資源與能源，這不僅限制了整個行業的發展，更是對國家的資源安全造成較大影響。綠色建筑理念下，開展節能設計已經成為建筑設計的內在要求。對于大空間建筑，在建筑內部節能設計的基礎上，還需深化其外觀節能設計，以此來實現建筑外觀裝飾與功能的統一，提升建筑的綜合使用價值。

1 大空間建筑功能特征及外觀節能設計作用

1.1 功能特征

功能設計是建筑設計的核心內容，大空間建筑功能具有多樣性的特征，深層進行空間與功能的協調設計，能確保大空間建筑滿足人們生產、生活的實際需要。從大空間建筑設計過程來看，這種功能需要表現在活動范圍、活動方式以及信息傳遞3 個層面。從活動范圍層面來看，會議、觀演等建筑的空間設計需考慮視線和聲音等質量要求，活動范圍相對較小，如影劇院建筑最遠排觀眾到舞臺視點的距離應保持在33 m 以內。而在空港等大型交通建筑中，人們的活動范圍將大大增加。從活動方式層面開展建筑功能設計，需深化點、線、面3種模式應用，最大限度地滿足大空間多重功能應用需要。另外，為滿足大空間建筑信息傳遞需要，要求在功能設計層面確保大空間建筑信息傳遞無遮擋，同時應深化建筑導向和廣播系統應用，增強信息傳遞的連續性[1]。

1.2 外觀節能設計作用

大空間建筑多為公共建筑，在設計施工中需外部的裝飾與美化，建筑材料消耗較多。綠色建筑理念下，在建筑初期設計階段，需積極開展建筑外觀的節能設計。一方面，采用先進的外觀節能方式能最大程度減少建筑外部裝飾中的資源與能源消耗，對于降低工程項目后期建設成本、保證工程建設質量具有積極作用。另一方面，在合理選擇建筑外觀形式的基礎上，根據建筑的功能要求和布局朝向，系統使用建筑隔熱保溫等新型節能環保材料和技術工藝，能將其與外觀的裝飾美化設計功能融為一體，實現建筑裝飾與功能應用的有機統一。此外，步入新時期以來，綠色建筑節能設計理念深入人心，開展大空間建筑外觀節能設計符合新時期建筑工程理念發展需要，對于整個建筑行業的發展具有重要的推動作用。

2 大空間建筑外觀節能設計原則要求

2.1 高效原則

傳統建筑設計中。大空間建筑側重于美學、形式及某種特性的研究。而現在，大空間建筑已經成為一種社會公共產品，其要求實現設計目的性和社會性的有效統一。在建筑外觀節能設計中，高效性原則要求關注對資源的高效利用和對生態環境的有效保護。在實際設計中，設計師應努力在大空間建筑外觀功能及生態性能之間尋得一個全新的平衡點，以此來保證大空間建筑具有靈活的空間形式、符合的功能組織以及機動高效的資源、能源利用形式，獲得良好的應用效果。

2.2 健康原則

大空間建筑是面向人群的服務設施，故而不論哪一部分設計，均需要考慮建筑的綠色性和健康性。從大空間建筑外觀健康性設計層面來看，需具有兩個方面的要求。一是在建筑外觀節能設計中，不論是對建筑隔熱保溫、排煙還是美化等材料及技術的應用，均不得對居住人員的身心造成影響，確保人們房屋居住的舒適性。二是在建筑外觀節能設計中，所有的材料和技術應用不得對自然環境造成損耗，這樣能實現建筑功能應用效益與生態效益的有效統一，提升建筑整體的應用價值。

2.3 適應原則

人們對于大空間建筑外觀節能提出了較高要求，在具體設計中，還應考慮外觀節能技術的適用性，這一要求主要體現在3 個層面。其一，從技術層面來看，大空間建筑節能技術應具有先進性和可行性的特征，即在當前建設模式下，該技術是切實可行的。同時在技術使用過程中，其本身不會造成較大的資源能源消耗，不會增加項目的建設成本。其二，大空間建筑外觀節能設計的適用性體現在其能與建筑功能結構集約共生，且兩者之間應能產生積極作用，實現建筑功能的有機復合。其三，在大空間建筑外觀節能設計中，還需考慮城市建筑空間特征，盡可能消除建筑外觀節能設計與城市建筑空間特征不統一問題，促使大空間建筑與城市成為一個有機整體。

3 大空間建筑外觀節能設計要點

3.1 基于建筑朝向的外觀節能設計

科學規劃建筑朝向能起到外觀節能的目的。在我國，設計建筑為南北朝向時，其冷負荷更小，建筑節能效果更加突出。有研究顯示，建筑長寬比為4 ∶1 時，將建筑設計為南北朝向，則其東西朝向建筑的冷負荷差值將達到70%左右[2]。同時在考慮大空間建筑朝向的基礎上，還需合理控制其結構的外表面積，這是因為在相同體積的建筑中，外表面積越小，建筑能耗和冷負荷也就越小。

此外，設計人員應將大空間建筑的體型系數納入考慮范疇，同體積建筑中，形體系數越大，則單位空間內散失熱量的面積也就越大，對此應重視建筑形態系數設計，通常若條件允許，則需通過增加圍護結構的方式來增加熱阻，達到減低建筑能耗的作用。值得注意的是，開展大空間建筑外觀節能設計還需確保其具有較為開闊的空間布局，這樣能在優化自然通風效果的基礎上減少空調使用頻率，繼而達到建筑整體節能的目的。

3.2 門窗節能

大空間建筑外觀設計中，門窗是極為重要的設計內容，其對于建筑采光和通風效果具有深刻影響，并且直接關系著建筑的能耗控制效果。新時期，基于建筑外觀節能設計理念和要求，在門窗節能設計中應重視以下幾個方面。

首先應注重節能技術的規范使用。工程實踐表明，門窗面積占建筑外觀總面積的30%左右，但在能耗層面，其占到了建筑總能耗的2/3。在這些門窗造成的能耗中，傳熱損失約占1/3。基于這一特征規律，應重視門窗節能技術的規范使用，如合理控制門窗洞口面積，使用保溫隔熱玻璃等，在保證建筑通風及采光需要的基礎上，減少建筑能量損耗。

其次，設計人員應為建筑門窗增設遮陽設備，即應重視陽臺、遮陽板以及建筑外廊的規范設置，同時還需要重視反射窗簾以及挑檐結構的布局，以此來減少陽光輻射，提升整體節能效果。同時在門窗氣密性設置中，應盡可能使用氣密性效果突出的密封條進行處理，減少傳熱損失。

最后，應重視新型門窗的規范使用。在新門窗選擇中，要求門窗材料的熱工性能突出，同時門窗材料的能耗更低。現階段，玻璃在建筑門窗中的應用較為廣泛，但是玻璃材料在建筑熱工性能控制中尚有不足。在夏季時，玻璃會使得制冷負荷消耗20%～30%，而在冬季時，因玻璃使用所產生的制熱負荷也將消耗10%～20%，因此在門窗設計中應重視玻璃用量的規范設計，實現建筑采光通風及能耗情況的有效控制。基于這一要求，在大空間建筑玻璃門窗設計中，確保窗墻比控制在30%～50%[3]。另外在玻璃使用中，應盡可能增加隔熱遮光膜、吸熱玻璃以及反射玻璃的應用，以此來提升建筑整體的節能效果。

3.3 外立面節能設計

外立面節能也是大空間建筑外觀及節能設計的重要內容。一方面，出于降低熱交換量目的，在建筑外立面設計中要求盡可能地實現外形的簡單化設計，以此來減少建筑外表面的總面積。

另一方面，開展建筑外立面設計還應考慮建筑體形因素，盡可能保證外墻的平整度，減少凹凸不平墻體的使用，這樣能有效預防發生熱量損失問題。

此外，窗墻比設計是外立面設計的重要內容，應在系統考慮建筑大空間建筑通風、采光需要的基礎上，選取最優化的設計窗墻比。同時應減少地窗和凸窗的使用，并控制面積較大幕墻與轉角窗的設計使用量，最大限度地減少室內冷熱負荷損失，優化建筑節能效果。值得注意的是，在外立面材料選擇中，應從材料質地、外觀效果以及色彩等多個層面進行選擇，如材料質地線條選擇中的時候，要求所選擇的外立面材料整體平整，而在外立面材料色彩控制中，需保證材料顏色較淺，這樣能通過對太陽輻射的反射達到減少能耗的目的。

3.4 屋面及圍護結構節能設計

要進一步提升建筑外圍結構節能設計效果，還應注重屋面及外圍圍護結構的節能設計。在建筑屋面節能設計中，應重視屋面保溫層的規范設計，減少導熱系數較大保溫材料的使用，避免使用高密度材料，此外需控制屋面材料的吸水性，以此來提升屋面節能設計效果。目前，新型復合泡沫板在屋面保溫層的應用較多，其能有效滿足建筑節能設計需要。在建筑使用過程中，外部圍護結構也會造成一定的能量損失，對此開展建筑外觀節能設計時還需考慮外圍圍護結構的節能效果。如在貼面磚材料設計應用中，應盡可能選擇具有較低吸收率以及導熱系數的材料，減少建筑熱量損失。同時在這些材料設計中應考慮材料整體的裝飾效果，以此創造良好的大空間建筑立體形象。

4 大空間建筑外觀節能設計注意內容

4.1 重視建筑生態位策劃

大空間建筑外觀節能設計是基于綠色建筑和生態建筑發展起來的一種全新設計要求，其對于建筑功能應用和生態效益保護具有積極作用。全新工程建設模式下，要進一步提升大空間建筑外觀節能設計質量，在實際設計中，還需注重建筑本身的生態位策劃。一方面，應從建筑選址層面開展大空間建筑的生態化設計，該環節中，除考慮城市總體功能布局外，應系統考慮大空間建筑自身功能的可持續性，以此來實現大空間建筑的規范選擇。另一方面，大空間建筑外觀節能設計還需考慮建筑形式因素，從形式追求層面實現建筑的生態位策劃。

就建筑形式追求生態位策劃本身而言，設計人員不僅要考慮集約型有機建筑體的設計，而且需理性、高效地對建筑結構進行優化，同時在外部節能等功能設計中，需考慮開放性生態截面與建筑構造多功能的復合，以此來提升建筑形式生態位策劃的整體質量。此外，在建筑外部節能設計與生態位策劃結合中，還應注重其內容結合形式的生態設計，在考慮空間功能高效的基礎上，實現環境品質健康和環境負荷減約的結合，提升建筑外部節能設計整體的生態效益，滿足建筑應用需要。

4.2 系統考慮細部設計要素

目前，人們對于大空間建筑外觀節能設計提出了較高要求，在積極開展大空間建筑朝向、門窗、外立面、屋面及圍護結構節能設計的同時，設計人員還需考慮以下因素。其一，在大空間建筑外觀節能設計中，需考慮節能材料選擇及節能技術應用的關系，實現兩者的有效協調。其二，外觀節能設計中，需系統考慮外觀節能材料應用對建筑結構功能的影響，避免高密度節能裝飾材料對建筑結構穩定性和安全性造成影響。其三，在考慮建筑外觀節能效果的基礎上，還需要確保所選擇的節能材料具有良好的裝飾效果，提升建筑外觀形象的美觀性。其四，在建筑外觀節能設計中，需系統考慮材料經濟效果和生態環境控制效益，最終實現建筑節能效果、經濟效益以及生態效益的有機統一。

4.3 強化節能設計標準的使用

建筑節能設計本身具有較強的專業性、綜合性以及復雜性，其設計內容不僅需要考慮建筑節能功能的應用情況，而且需考慮節能設計對環境的影響。此外，為保證節能設計的規范性，要求所有的節能設計內容在國家節能設計標準的框架內完成。就大空間建筑基外觀節能設計而言，同樣需要在這些標準規范的指導下系統化地進行外觀各要素的節能設計。

在《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》（JGJ 134—2001）規范下，針對建筑外觀節能設計，可使用規定性指標法和性能化法兩種方式進行設計效果評價。就規定性指標法而言，其主要是在國標規范的指導下，限制影響建筑能耗的一些參數，常見的限制參數不僅包含體形系數、窗墻比，而且涉及外墻傳熱系數等諸多內容。這種設計方式具有典型性，即其所提出的標準經歷了大量的計算，能有效保證節能設計目標的實現。性能化法需要引入參照建筑的能耗值，然后系統化地進行對比。相對而言，前者在大空間建筑外觀節能設計中的靈活性更強，設計效果更加突出，在這些規范標準的指導下，對大空間建筑外墻、屋面以及外窗等傳熱的細節部位進行設計，明確劃分這些細節部位的自由度邊界，這樣能為大空間建筑外觀節能設計提供有效約束，增強大空間建筑的功能應用效果和生態效益。

5 結語

外觀節能設計對于大空間建筑整體應用效果具有深刻影響。設計工程師只有充分認識到大空間建筑功能特征及建筑外觀節能設計作用，結合工程項目建設目標及具體應用環境情況，規范化地進行外觀多要素的節能設計，這樣才能有效提升大空間建筑外觀節能設計效果和建筑應用效果，推動建筑工程的持續、穩定發展。