建筑設(shè)計(jì)中節(jié)能設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析

宋雪松 姜漢 梁述凱 田端升

同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司 山東 濟(jì)南 250101

引言

現(xiàn)階段，建筑行業(yè)需要由高速發(fā)展轉(zhuǎn)為高質(zhì)量發(fā)展，這就要求建筑企業(yè)推動(dòng)綠色發(fā)展理念、節(jié)能環(huán)保理念在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)，從而有效降低能耗，兼顧經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。對(duì)此，有必要意識(shí)到建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的重要性，抓住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，推動(dòng)節(jié)能設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用。

1 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的必要性

建筑物的室內(nèi)環(huán)境舒適度是衡量建筑物居住體驗(yàn)的重要指標(biāo)，通過建筑節(jié)能設(shè)計(jì)，可以有效提升建筑物室內(nèi)環(huán)境舒適度，實(shí)現(xiàn)宜居和節(jié)能減排有機(jī)統(tǒng)一。因此，做好節(jié)能設(shè)計(jì)是打造宜居的室內(nèi)環(huán)境的現(xiàn)實(shí)需要。

傳統(tǒng)的建筑行業(yè)發(fā)展耗費(fèi)比較大的能源，而且造成了較為明顯的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，影響生態(tài)環(huán)境。與之相對(duì)的，通過建筑節(jié)能設(shè)計(jì)可以有效降低建筑物能耗，同時(shí)減少污染物排放，有助于改善建筑項(xiàng)目所在區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。因此，開展節(jié)能設(shè)計(jì)是保護(hù)生態(tài)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展以及兼顧經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的客觀需要[1]。

2 建筑設(shè)計(jì)中節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

結(jié)合建筑行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，現(xiàn)階段的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)主要包括照明節(jié)能設(shè)計(jì)、墻體和門窗節(jié)能設(shè)計(jì)、建筑外墻保溫節(jié)能設(shè)計(jì)、屋頂綠化節(jié)能設(shè)計(jì)、水循環(huán)設(shè)計(jì)五種設(shè)計(jì)。

2.1 照明節(jié)能設(shè)計(jì)

在建筑領(lǐng)域，照明所消耗的能源占到建筑工程整體能耗的10%～15%，但是由于技術(shù)層面的限制，傳統(tǒng)照明技術(shù)中的電能轉(zhuǎn)換效率不足，導(dǎo)致部分電能處于被浪費(fèi)的狀態(tài)。對(duì)于這一情況，設(shè)計(jì)人員在建筑設(shè)計(jì)期間可以采取照明節(jié)能設(shè)計(jì)，通過濾光器收集可見光，而后通過特殊設(shè)備進(jìn)行處理，使光源更為柔和，并用于室內(nèi)照明，可以有效降低照明所需能耗，而且相較于人造光源，自然可見光更符合人體視覺神經(jīng)系統(tǒng)接收，可以有效保護(hù)室內(nèi)人員的視力。同時(shí)，在部分建筑工程設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員將建筑外部的玻璃幕墻改為光電幕墻，可以根據(jù)室外光照強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)射入室內(nèi)的光線，既可以避免陽光直射，也可以確保室內(nèi)人員獲得充足光線。現(xiàn)階段的照明節(jié)能設(shè)計(jì)也存在明顯的局限性，如夜晚或者陰雨天氣，照明節(jié)能設(shè)計(jì)就無法發(fā)揮其應(yīng)有價(jià)值。

2.2 墻體和門窗節(jié)能設(shè)計(jì)

墻體和門窗設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)的重要組成部分，墻體和門窗的節(jié)能效果直接影響到建筑設(shè)計(jì)的節(jié)能效果。在建筑施工階段，由于墻體施工消耗能源最多，故而有必要做好墻體節(jié)能設(shè)計(jì)，為后續(xù)的施工活動(dòng)做好前提準(zhǔn)備，降低施工能耗問題。具體而言，設(shè)計(jì)人員需要與技術(shù)人員、施工人員進(jìn)行密切溝通，了解建筑項(xiàng)目的墻體施工標(biāo)準(zhǔn)、墻體施工技術(shù)條件，關(guān)注墻體施工期間常見的灰縫、裂縫以及墻體阻值降低等問題，根據(jù)問題原因采取相應(yīng)的處理預(yù)案，避免出現(xiàn)問題，一方面可以保障墻體的穩(wěn)定性、安全性，另一方面則可以提升墻體的保溫隔熱性能，阻絕墻體內(nèi)外部熱量交換，有效提升建筑物的節(jié)能保溫效果。

除了關(guān)注墻體施工以外，企業(yè)還需要關(guān)注建筑物門窗施工，采取附有多層金屬鍍膜的低輻射玻璃確保門窗玻璃的隔熱效果，避免外界陽光直接射入室內(nèi)，同時(shí)，低輻射玻璃具有良好的美觀度，可以根據(jù)建筑物美觀需求而調(diào)整，確保建筑美觀與節(jié)能環(huán)保相統(tǒng)一，這也是門窗節(jié)能設(shè)計(jì)的重要體現(xiàn)。

2.3 建筑外墻保溫節(jié)能設(shè)計(jì)

建筑外墻保溫節(jié)能設(shè)計(jì)主要通過外掛式保溫節(jié)能板、保溫砂漿或保溫噴涂技術(shù)阻斷室內(nèi)外熱量交換，從而確保夏天制冷和冬天采暖效果，確保室內(nèi)能夠做到冬暖夏涼。上文的墻體節(jié)能設(shè)計(jì)改變墻體的功能和結(jié)構(gòu)，以此達(dá)到保溫節(jié)能效果，而建筑外墻保溫節(jié)能設(shè)計(jì)則是通過外部的施工設(shè)計(jì)提升建筑物保溫隔熱性能，兩者的作用位置不同，故而可以同時(shí)應(yīng)用于建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，在提升建筑物節(jié)能性能方面起到一加一大于二的效果。

外掛式保溫節(jié)能板主要是通過人工操作將保溫隔熱材料固定于建筑外墻。一般而言，常用的保溫節(jié)能板包括聚苯保溫板、玻璃棉氈、聚苯乙烯板等。外掛式保溫節(jié)能板的優(yōu)勢(shì)在于操作簡(jiǎn)單、維修方便，而且成本相對(duì)較低。同時(shí)，施工單位可以在保溫板外部增加裝飾物，或者涂抹顏料，使保溫板兼具保溫隔熱與美觀雙重功能。

保溫砂漿主要應(yīng)用于小型建筑工程的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)，保溫砂漿的優(yōu)勢(shì)在于成本低、操作簡(jiǎn)單，適用于相對(duì)平整的墻面，但保溫隔熱效果不如外掛式節(jié)能保溫板出色，而且不夠美觀，因此，這種保溫節(jié)能技術(shù)主要用于對(duì)于美觀要求不高、規(guī)模較小、保溫隔熱要求低的建筑物的節(jié)能設(shè)計(jì)中[2]。

保溫噴涂技術(shù)主要將保溫材料噴涂在建筑表面，從而起到保溫隔熱作用，一般情況下，大多數(shù)建筑都選擇聚氨酯硬泡作為噴涂材料，施工單位利用高壓噴涂設(shè)備將聚氨酯硬泡噴涂于建筑外墻，而后在材料未定型時(shí)貼上瓷磚，或者粘貼裝飾材料，實(shí)現(xiàn)保溫與美觀裝飾相統(tǒng)一。相較于其他兩項(xiàng)保溫節(jié)能設(shè)計(jì)，保溫噴涂技術(shù)的效果更好，但成本更高，而且操作復(fù)雜，在部分大型建筑項(xiàng)目節(jié)能設(shè)計(jì)與施工中獲得廣泛應(yīng)用。

2.4 屋頂綠化節(jié)能設(shè)計(jì)

屋頂綠化設(shè)計(jì)主要指建筑企業(yè)和施工單位在建筑物屋頂種植綠植，通過綠植吸水儲(chǔ)水，調(diào)節(jié)建筑物屋頂?shù)臒崃垦h(huán)。一般情況下，建筑物屋頂多為混凝土結(jié)構(gòu)，而混凝土的比熱容較小，溫度變化幅度較大，影響室內(nèi)溫度變動(dòng)，而且導(dǎo)致頂層業(yè)主居住體驗(yàn)較差。與之相對(duì)的，屋頂綠化設(shè)計(jì)可以縮小屋頂溫度變化幅度，減少熱量傳遞，夏天時(shí)可以避免過多熱量進(jìn)入室內(nèi)，而冬天則可以避免室內(nèi)熱量擴(kuò)散，從而起到調(diào)節(jié)屋頂溫度的作用，有效避免屋頂出現(xiàn)小范圍的熱島效應(yīng)。同時(shí)，屋頂綠化設(shè)計(jì)可以避免建筑物頂層出現(xiàn)漏水問題，這也使屋頂綠化設(shè)計(jì)在一些中高層建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)中獲得廣泛應(yīng)用。需要注意的是，屋頂綠化設(shè)計(jì)對(duì)于建筑物屋頂?shù)某兄啬芰哂休^高的要求，因此，必須在確保屋頂承載能力符合標(biāo)準(zhǔn)的前提下才能采取屋頂綠化節(jié)能設(shè)計(jì)。此外，在選擇屋頂綠植時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮屋頂風(fēng)力大、土壤營(yíng)養(yǎng)不足、太陽直射等因素，并選擇抗風(fēng)強(qiáng)、耐熱、耐貧瘠的綠植作物，如麥冬草、彩葉草等，可以起到防曬隔熱的效果，而且美化屋頂，提升建筑物屋頂?shù)拿烙^度。

屋頂節(jié)能設(shè)計(jì)主要指在南側(cè)屋頂設(shè)置太陽能板或太陽能集熱器，可以將光能轉(zhuǎn)化為電能，或者用于加熱水源，從而吸收太陽能，減少建筑物能耗問題，而且太陽能板和集熱器可以起到遮陰納涼的作用，避免屋頂陽光直射，也可以減少屋頂吸收的熱量，減緩室內(nèi)外熱量交換，具有一定的節(jié)能效果。

2.5 水循環(huán)設(shè)計(jì)

不論是建筑施工還是竣工驗(yàn)收后投入使用，水資源都是最為重要的基礎(chǔ)性資源，但傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)容易出現(xiàn)水資源浪費(fèi)的問題，針對(duì)這一情況，在建筑設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)做好水循環(huán)設(shè)計(jì)，有效節(jié)約水資源，促進(jìn)水資源的循環(huán)利用。具體而言，施工單位應(yīng)當(dāng)收集工程數(shù)據(jù)，計(jì)算施工活動(dòng)用水量，做好工程施工給水保障工作，確保施工活動(dòng)可以順利進(jìn)行。在此基礎(chǔ)上，施工單位可以設(shè)置排水溝、循環(huán)水池等廢水資源回收利用裝置，例如，施工廢水可以通過排水溝進(jìn)入循環(huán)水池，經(jīng)過沉淀以后，循環(huán)水池中的水資源可以用于灑水降塵、沖刷施工場(chǎng)地、灌溉場(chǎng)地綠植等。與此同時(shí)，在水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間，應(yīng)當(dāng)做好管道維護(hù)工作，避免出現(xiàn)管道滴漏的情況。如果建筑工程位于降水充沛的地區(qū)，可以根據(jù)當(dāng)?shù)亟邓闆r設(shè)計(jì)雨水收集裝置，凈化雨水，而后用于施工活動(dòng)或灌溉綠植，也可以達(dá)到節(jié)約水資源的效果。

3 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

通過前文分析可以發(fā)現(xiàn)，節(jié)能設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，可以提升建筑物的節(jié)能性能，達(dá)到節(jié)能減排的效果，有效降低建筑能耗。然而，現(xiàn)階段的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)用效果并不理想，具體有以下表現(xiàn)。一是對(duì)太陽能、風(fēng)能等清潔能源利用不足，現(xiàn)階段的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)只能低效利用太陽能、風(fēng)能，用于照明、集熱或發(fā)電，未能實(shí)現(xiàn)清潔能源的綜合利用。究其原因，現(xiàn)階段的技術(shù)水平相對(duì)較低，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽能、風(fēng)能的高效開發(fā)。二是部分建筑企業(yè)、施工單位缺乏節(jié)能環(huán)保理念，并未將節(jié)能設(shè)計(jì)融入建筑設(shè)計(jì)中，導(dǎo)致建筑設(shè)計(jì)的節(jié)能效果不足，節(jié)能水平相對(duì)較低。例如，在建筑設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員并未做好建筑外形設(shè)計(jì)，導(dǎo)致建筑物表層起伏較大、凹凸變化較多，增加建筑物能耗。三是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的節(jié)能系統(tǒng)智能化水平不足，無法根據(jù)外界條件變化智能調(diào)節(jié)建筑能耗水平，例如，在冬季采暖期間，建筑室內(nèi)溫度已經(jīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)水平，但采暖設(shè)備依舊處于高能耗狀態(tài)，浪費(fèi)過多的能源。四是建筑材料質(zhì)量未能滿足建筑節(jié)能設(shè)計(jì)需求，建筑材料對(duì)于建筑節(jié)能設(shè)計(jì)、節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用效果具有直接影響，但是從現(xiàn)階段建筑節(jié)能設(shè)計(jì)狀況來看，部分施工單位選擇的建筑材料不具備節(jié)能環(huán)保性能，更有部分企業(yè)依舊采取傳統(tǒng)建材，不僅無法起到節(jié)能效果，而且會(huì)造成一定的環(huán)境污染[3]。

4 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)用優(yōu)化分析

4.1 提升清潔能源利用效率

針對(duì)前文提及的清潔能源利用不足問題，設(shè)計(jì)人員可以立足于現(xiàn)階段技術(shù)水平，通過優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的方式提升清潔能源利用效率。對(duì)于太陽能而言，設(shè)計(jì)人員可以將傳統(tǒng)的玻璃幕墻設(shè)計(jì)為光電幕墻，保障室內(nèi)采光，同時(shí)光電幕墻可以自動(dòng)調(diào)節(jié)折射率，有效避免太陽直射。對(duì)于風(fēng)能而言，設(shè)計(jì)人員可以優(yōu)化建筑立面方向，結(jié)合當(dāng)?shù)囟膬杉局鲗?dǎo)風(fēng)向決定立面方向，確保大立面面向夏季主導(dǎo)風(fēng)向，而小立面則應(yīng)當(dāng)面向冬季主導(dǎo)風(fēng)向，有效促進(jìn)建筑表面的氣流流動(dòng)，平衡熱量循環(huán)。

4.2 提升節(jié)能環(huán)保意識(shí)，增加節(jié)能設(shè)計(jì)

在建筑設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)樹立高度的節(jié)能環(huán)保意識(shí)，將其融入建筑設(shè)計(jì)中，尤其是從建筑結(jié)構(gòu)方面入手，配合建筑節(jié)能技術(shù)，共同提升建筑的節(jié)能效果。針對(duì)前文提及的外形設(shè)計(jì)不佳的問題，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)控制建筑體形系數(shù)，力求將系數(shù)控制在0.35以下，從而降低建筑能耗，同時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要避免建筑表面出現(xiàn)過多的凹凸設(shè)計(jì)，盡量確保建筑表面平整光滑，既可以使建筑本身大氣美觀，而且可以確保建筑表面空氣流動(dòng)，具備良好的節(jié)能效果。

4.3 提升節(jié)能系統(tǒng)智能化水平

設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)推進(jìn)信息技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，如人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)或5G通信技術(shù)，可以對(duì)建筑內(nèi)部的能源供給進(jìn)行智能化控制。例如，在夏天制冷時(shí)，人工智能控制中心可以通過智能傳感技術(shù)獲取建筑室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，如果溫度低于制冷標(biāo)準(zhǔn)，可以使空調(diào)等制冷設(shè)備進(jìn)入低功率狀態(tài)，反之，則恢復(fù)正常功率，從而降低建筑能耗，提升建筑節(jié)能效果。

4.4 推進(jìn)綠色節(jié)能建材的應(yīng)用

建筑節(jié)能設(shè)計(jì)必須依托綠色節(jié)能建材才能實(shí)現(xiàn)，對(duì)此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)減少傳統(tǒng)建材在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，盡量采用一些天然、綠色的建筑材料，如我國(guó)陜北地區(qū)，當(dāng)?shù)氐牟糠中⌒徒ㄖ扇↑S土磚作為建筑材料，黃土磚由黃土和植物秸稈制作而成，更加環(huán)保，而且韌性更強(qiáng)。再如，在部分建筑設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員可以在建筑外墻采取加氣混凝土砌塊磚，由于空氣是熱的不良導(dǎo)體，故而加氣砌塊磚能夠有效阻絕內(nèi)外熱量交換，充分體現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的綠色節(jié)能理念。

5 結(jié)束語

建筑節(jié)能設(shè)計(jì)具有重要意義，可以有效提升業(yè)主居住體驗(yàn)，降低能耗，對(duì)于推動(dòng)建筑行業(yè)發(fā)展具有積極的作用。文章從照明節(jié)能設(shè)計(jì)、墻體和門窗節(jié)能設(shè)計(jì)、建筑外墻保溫節(jié)能設(shè)計(jì)、水循環(huán)設(shè)計(jì)和屋頂綠化節(jié)能設(shè)計(jì)五方面展開論述，進(jìn)而針對(duì)如何優(yōu)化建筑節(jié)能設(shè)計(jì)展開探討。具體而言，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)清潔能源的利用，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)主動(dòng)增強(qiáng)節(jié)能環(huán)保意識(shí)，提升節(jié)能系統(tǒng)的智能化水平并推動(dòng)綠色節(jié)能建材在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用等，旨在于降低傳統(tǒng)建筑行業(yè)發(fā)展中高能耗問題，提升行業(yè)發(fā)展的環(huán)境效益、生態(tài)效益。