试论建筑设计中的节能设计

Technical Exchange |技术交流试论建筑设计中的节能设计赵泽霞，胡 敏(柳州市建筑设计科学研究院，广西柳州545001 )摘要:随着我国的经济和社会正保持着高速发展的态势，我国正处于工业化和城镇化快速发展的阶段，工业的增长、居民消费结构的升级，特别是中国城镇化进程的快速发展，对能源、经济资源的需求将更加迫切。本文从多方面重点论述建筑规划设计的优化和围护结构节能设计，并提出利用好可再生能源的节能设计。关键词:建筑节能，规划设计，建筑设计近年来，我国政府对建筑节能十分重视，制定和颁布了筑物的层数，选用长条型建筑外形等，而形体复杂、凹凸面-系列的新标准、新规范，旨在加强建筑节能工作的开展。业过多的塔式建筑对节能不利。建筑体型系数还与建筑物的体内工程技术人员为此做了大量的工作并取得了一定的科技成型是否规整及建筑的体量大小有关。在建筑设计中，应注意果，积累了一些经验。建筑节能工作有许多环节，建筑设计最低耗能体型的选择，即建筑的各方面尺寸与其有效传热系则是其中重要环节。数相对应的最佳节能体型。-般来讲，当各面的平均有效传热系数不同时，传热系数相对较小的面具有相应较大面积的1.优化建筑规划设计体型是最佳体型;而当各面的平均传热系数相同时，体型系在建筑规划阶段，要慎重考虑建筑选址、建筑布局、建筑数最小的体型是最佳体型。体型、间距、朝向、季风风向、水面和绿化配置等因素对建筑节(2)建筑朝向与节能能的影响，改善热环境。在规划设计中，分析形成气候的决定因建筑物的朝向对于建筑节能有很大的影响。当建筑物为素(辐射因素、大气因素、环境因素、地理因素)的利弊，从改善南北朝向时，耗能较少。近年来，设计实践中的一种现象是城市环境和区域环境出发，根据不同地区的地形及小气候，合理越来越多的出现偏轴方位的建筑朝向，这种做法，可在活跃布置建筑群，尽量避免不利因素的影响。另外还要考虑对太阳建筑群体、节约用地、处理建筑外形等方面带来-些益处， 但能、季风风向、地形等自然因素的利用，以达到节能之目的。从长远角度看，我们还是要强调正南朝向(包括南偏东、偏西15°以内朝向)的节能意义。因此，从节能的角度出发，如总1.1建筑选址、建筑布局、季风风向节能设计平面布置允许自由考虑建筑物的形状和朝向，则应首先选长建筑物尽量布置在向阳和避风的地方，向阳有利于建筑方形体型，朝向尽可能大体朝南，避免东西向。在确定朝向物充分利用太阳能，避风可尽量减少建筑物的热损失。建筑时，另一个必须注意的问题是要处理好建筑朝向与季风风向布局时，一方面要控制城市规模，并在规划设计中，注意避的关系。在南方炎热地区，建筑的朝向宜与夏季主导风向入免人口密度与建筑密度较高的功能区连片布置，控制区域密射角保持在30° - - 60°的范围内。度。另-方面，在南方炎热地区，妻考虑- -定数量的街道与(3)建筑间距与节能当地夏季主导风向基本一致，这样可以加强市区和郊区之间较大的建筑间距可以使建筑物有充分的8照时间和良好的热交换，促使城市中心区多余的热量迅速转移到郊外。的日照质量，对建筑节能非常有利。但因城市用地非常紧张，从节约土地的角度出发，又希望建筑间距越小越好。在建筑1.2建筑体型、朝向、间距节能设计设计中，要合理解决这一矛盾。在总平面设计时，合理布置(1)建筑体型与建筑节能在建筑设计中，要适当控制建筑体型系数。有研究表明，建筑物使其达到有自好口照和校小间距的最优组合。在建体型系数每增大0.01,耗热量指标约增加2.5%。建筑体型系筑单体中国煤化工低层高等方法。HCNMH G数一般宜控制在0.30以下。- 般来说，控制或降低体型系数的方法有:减少建筑面宽，加大进深或增加组合体，增加建城市规划中应考虑到足够的水面和绿地，而且应该分布CHINA HOUSING FACILITIES 57Technical Exchange |技术交流合理。水池、喷泉等水面的配置，是良好的降温措施。绿地组合合理，有较高的热绝缘系数，能较好地发挥保温材料的的配置，可以通过植被的光合作用及蒸腾作用使太阳辐射热作用，在满足承重要求的前提下，砖墙可适当减薄。④夹心能转化，降低环境温度。根据不同地区的地形及小气候情况复合外墙:将墙体分为承重和保护部分，中间留20 - 50 mm在规划中注意合理布置不同高度和种类的树木植被，可以在空隙，内填无机松散或块状保温材料如炉渣、膨胀珍珠岩等,夏季使建筑群内产生有阴影遮蔽的效果，并疏导通风气流;也可不填材料做空气层。⑤外保温复合外墙:绝热材料复合冬季有防寒风和最大限度的减少遮阳效果。在设计中，注意在外墙外侧，这种结构的热稳定性好，可避免冷桥，但外保广植树木花草，减少周围硬质地面;对于低层、多层房屋墙温层要求经得起日晒雨淋和冰冻的侵袭。壁，栽种爬墙虎之类的攀藤植物，进行垂直绿化;屋项也可2.2窗节能种植，形成空中花园。这样，能缓解曝晒及骤雨造成建筑物表面的温差变化，使绝大部分辐射热不致于进入围护结构向窗在建筑中的主要作用是采光、通风，同时也起围护作用。有资料表明，窗既是耗热构件，设计合理也可成为得热室内传递，从而改善了生态和室内环境。构件，因此，设法减少窗耗热和提高窗得热是建筑节能的重2.圈护结构节能设计点工作之一-。影响窗的热损失的因素有以下几种。(1)窗大小与空调负荷关系甚大，窗墙比宣适当控制。在窗建筑围护结构主要由墙、屋顶和门窗构成。建筑物的能墙比的选择上，应区别不同的朝向。对南向窗，在选择合适玻耗主要取决于围护结构的热传导和冷风渗透，住宅围护结构璃层数及采取有效措施减少热耗的前提下可适当增加窗面积，的散热量要占采暖热耗的1/3以上。显然，如果建筑围护结充分利用太阳辐射热;而对其他朝向的窗，应在满足居室采光构具有良好的保温隔热性能，便可减少室内、室外的热量交环境质量要求的条件下适当减少开窗面积以降低热耗。换，从而减少所需要提供的采暖和制冷能量。在选择维护结(2)窗材料热阻方面。①窗框:对金属窗框进行断热处理,构节能材料时，应考虑材料的使用寿命,如屋项或外墙采用用高效保温材料镶嵌于金属窗框之间，加大窗框的热阻，或泡沫玻璃、无机保温砂浆等无机类保温隔热材料，外墙直接利用空腹金属窗内的空气间层达到增加窗框热阻的目的。同使用自保温砌块，可与建筑物同生命周期。炎热地区使用浅时，选用导热系数较小的塑料窗框以减少通过窗框部分的热色饰面，减少太阳辐射吸收热量。耗。②玻璃:选用合适的玻璃品种，适当选择吸热玻璃、热2.1墙体节能设计反射玻璃、低辐射玻璃或中空玻璃。可在普通玻璃上贴隔热外墙的面积是建筑围护结构的主体，因而外墙体的保温膜代替节能玻璃。③加强窗的气密性，采用气密条，提高外设计相当重要，必须改变以往的外墙设计，采用新的节能墙窗气密水平，提高窗用型材的规格尺寸、准确度、尺寸稳定体材料。在禁止使用黏土砖以后，应该把外墙的节能构造列性和组装的精确度以增加开启缝隙部位的搭接量，减少开启为重要课题。墙体节能是采用高效保温隔热材料附着或填入缝的宽度达到减少空气渗透的目的。墙体内，以提高墙体的热阻。复合墙体越来越成为当代节能(3)安排好门窗相对位置及开启方式，组织穿堂风通过;墙体的主流，其一般做法是用砖或钢筋混凝土作承重墙并与设置可调节的活动遮阳，如遮阳棚、窗盖板、窗帘、百页、热绝热材料复合。某些单一材料墙体也可以起减少能耗的作用。反射帘或自动卷帘等，以便夏季减少太阳辐射得热，冬季又墙体改革推动了新型墙体材料的发展，多种节能型墙体得到日照，特别对西向、南向窗要更加重视。应运而生，主要有以下几种:①加气混凝土外墙;加气混凝2.3屋顶节能土产品有粉煤灰加气和砂加气两种，有砌块、条板状，该类由于太阳辐射强烈而引起顶层房间过热是- -个十分普遍产品本身导热系数小，与传统的粘土砖墙体材料相比，导热的问题，必须认真对待。应加强隔热层，可以设架通风层，还系数约为粘土砖砌体的29%，是一种保温性能好、节能显著可设倒置式屋面;采用种植隔热屋顶，改善生态环境;另外的墙体材料。②页岩多孔砖:主要以页岩石和煤矸石等为主还可采用坡屋顶，利用阁楼通风散热。要原料，其导热系数小(0. 62w/m.k),明显优于砌块并稍优于层而构造中设詈的馬热层阻挡了屋面吸收粘土砖，可以利用荒山进行生产，施工方便，便于二次装修，的太中国煤化工度升高以增大屋面与是适合多山地区的推广的墙改材料。③内保温复合外墙:绝环境;YHCNMHG吸收的太阳辐射热向热材料复合在外墙内侧，构造特点与单一材料墙相比，构遥环境和空气散发。屋面内部可以设置贴铝箔的封闭空气层，58中国街方数据Technical Exchange |技术交流采用含水多孔材料做屋面面层。高效保温材料的应用，提高我国近百米内的土壤每年可采集的低温能量达1.5万亿千了屋顶的隔热性能。瓦，是我国目前发电装机容量4亿千瓦的3750倍，而百米内地(2)倒置式屋顶:采用倒铺法，保温材料设在防水层以上，.下水每年可采集的低温能量也有2亿千瓦。因此，许多专家将使防水层不直接接受日光暴晒，保护防水层以延缓其老化，.浅层地能比喻为-个巨大的“绿色聚宝盆"。水泵的作用是把水使之耐久。从低处往高处送，热泵就是热传导的“水泵"。 把低温的热源提(3)架空型保温屋顶:屋顶最外层是遮阳板，下带通风空.升，提供生活用能。用1千瓦的电驱动热泵后，可以“搬运" 4气间层，遮阳板拦截了直接照射到屋项的太阳辐射热，并通千瓦的浅层地能。冬天代替锅炉从土壤中取热，向建筑物供暖，过遮阳板与空气接触的上下两个表面把所吸收的太阳辐射热夏天代替普通空调向土壤排热，给建筑物制冷。转移到空气随风带走，风速越大，带走的热量越多，隔热效地源热泵高效节能，不破坏建筑的外观，使用寿命长达果也越好。50年以上，一套系统可以替换原有的供热锅炉、制冷空调和(4)种植隔热屋项、蓄水屋面:在屋顶上种一些植物，在生活热水家人的三套装置或系统，设备的运行没有燃油、燃遮挡太阳辐射热的同时还吸收这些热量用于植物的光合作煤污染。不抽取地下水，没有地下水位下降、地面沉降和开用、蒸腾作用和呼吸作用，把照射到屋顶的太阳辐射热转化凿回灌井等问题，是真正的绿色环保能源利用方式。为植物的生物能量和空气的有益成分，实现太阳辐射热的资因此，因地制宜、有序开发浅层地热能(或与太阳能耦合)源性转化，因此屋面温度变化比较小。种植隔热屋顶的植土是解决建筑制冷采暖空调、热水供应、温控农业用能的经济不能太厚，植物扎根远不如地面，因此只适用于弱风环境不途径，对替代常规商品能源，改善能源结构，保障能源安全，适用于强风环境。建设资源节约型、环境友好型社会以及实现可持续发展具有重要战略意义。3.利用可再生能源的节能设计4.结束语3.1太阳能太阳能是常被建筑利用的可再生能源，它资源丰富，我国煤、石油、水能等不可再生能源的储量与世界上许既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。太阳能多国家相比量少，开发利用率比较低。我国在建筑节能设计与建筑结合为我们有效利用可再生能源提供了一个理想途与缘色建筑设计方面与世界发达国家存在一定差距，但我们径。建筑物利用太阳能的方式有被动式和主动式两种。被可以通过屋顶节能设计、外墙节能设计、门窗节能设计及太动式利用太阳能是指建筑物直接利用太阳辐射的能量使其阳能、风能、水能的利用来降低建筑能耗，提高建筑的智能室内冬季最低温度升高、夏季最高温度降低。主动式利用化程度，以保证尽可能的为人们提供健康、舒适、安全的居太阳能是指通过一定的装置将太阳能转化为人们日常生活住、工作、学习和活动的绿色建筑。CHF所需的热能和电能。目前，已有很多利用太阳能的建筑实例，值得进一步推广。太阳能在建筑上的应用不仅可以节省能源，更重要的是有利于保护环境。利用太阳能供电、供热、供冷、照明，最终实现绿色能源的建筑是世界上许多发达国家的热门研究课题，也是21世纪-一个应用面很广、需求量很大的多学科交叉的综合性课题。这是太阳能利用的一个引人注目的发展趋势。3.2地源热泵地源热泵一一是目前效率最高、对环境最有利的热水、取暖和制冷系统。.中国煤化工地球表面吸收了太阳能的47%，相当于人类-年所需能量的500多倍，地球深处热流或较深层的地热能对地表浅层YHCNMHG也起到了加热作用。CHINA HOUSING FACILITIE 59