关于建筑节能设计的研究

阿不都吉力力?艾买江

摘要：本文介绍了建筑设计的节能理念及节能建筑设计的基本条件，分析探讨了节能理念的建筑设计应用。

关键词：建筑设计；节能设计；研究

1 建筑设计的节能理念

据统计，目前我国的建筑能耗在国民经济总能耗中所占的比重约为28%，并且呈现出稳步增加的趋势，扩大了国家能源的供需缺口，其中伴随的低效率地使用能源的做法还给环境带来了负面影响。建筑设计要体现节能理念，是一种理性选择，势在必行。

1.1 满足居住消费需求

建筑设计与人们对居住环境的要求是密切相关的。在经济迅速发展的今天，人们对居住环境的消费要求也随之提高。环保、舒适和洁净的居住环境，日益受到人们的青睐。因此，改善建筑设计模式，不仅是节能的需要，也是满足更高建筑消费要求的需要。

1.2 提高建筑效能

优化建筑设计，不仅能降低生产能耗，而且能大幅度减少建筑的自重，提高建筑自身的热工性能。同时，改善建筑设计中的材料选择，也能增强建筑门窗等结构的气密性和水密性，并且多层和复合材料的选用也有利于增强保温和隔热的性能。总之，建筑设计的改进，有利于提高建筑效能，提高人们居住的舒适感和幸福感。

1.3 提高能源利用率

地大物博和资源丰富是我国的总量情况，但是受巨大人口数量的影响，我国的人均可以使用的资源数量是比较低的，而且人均储备资源也处于匮乏的困境中。我国建筑业的迅速发展，进一步增加了能源需求。目前，我国建筑的采暖和空调的能耗问题十分突出。比如，我国建筑的采暖能耗与相似气候条件下的发达国家相比，存在较大差距：外墙能耗是发达国家的4-5倍；屋顶能耗是发达国家的2.5-5.5倍；外窗能耗是发达国家的1.5-2.2倍；门窗的透气性是发达国家的3-6倍；总耗能是发达国家的3-4倍。如果不改变高能耗的建筑设计，从现在的情况看，建筑能耗的增长速度就会超出国家能源生产的增长速度的极限。我国国民经济的发展不可能减少能源需求的绝对总量，所以通过节能的建筑设计、提高能源的利用率，是缓解能源供需缺口增加的紧张局面的可行办法之一。

2 节能建筑设计的基本条件

当前国民经济的发展推动了我国各个城市建筑市场需求的增加，建筑业呈现出迅速发展的趋势，市场需求增加伴随着建筑能耗日益增加，如何降低能耗是实现国民经济健康发展的难题之一，对国民收入结构的优化产生重大影响。推动城市建筑业的健康和可持续的发展，需要社会各界牢固树立节能理念，并且将节能理念贯穿于建筑设计的每一个环节中，以在降低建筑工程能耗方面取得明显失效。

节2.1 体现”以人为本”的原则

在设计建筑时，应结合地区自然条件和其他实际情况，充分考虑建筑体系与气候条件的相互关系以及业主的实际需要，设计出合理的方案，对于疑难方案，还可以采取工程试点的办法以确保实用可靠，为建筑物的实际施工奠定良好的前提。

2.2 采用节能技术

采用节能技术是做好建筑节能设计的基础条件之一。但是，节能技术的使用应与当地经济和社会发展的实际情况结合起来，采取循序渐进的步骤。或者，在建筑设计中综合使用各种节能技术。比如，建筑施工初期可以采取封闭式门窗的技术，尔后再装设控温阀，建筑即将完工时再安装一些综合性的节能设备。采取渐进式和综合式的节能技术，是体现节能理念、优化建筑设计的有效途径。

3 节能理念的建筑设计应用

节能理念在建筑设计上的应用是多方面的，主要表现在：

3.1 规划设计

规划设计是实现建筑节能设计的基础阶段。要从建筑能耗的影响因素和影响程度出发，充分考虑太阳辐射和自然通风等气候参数对提高建筑效能的积极作用，科学设计建筑的平、立、剖面形式。通过优化建筑设计，建筑物就可以在冬季有效利用太阳能，减少采暖负荷；而在夏季又可以减少太阳辐射并且利用自然通风的办法起到降温冷却的效果，减少空调制冷的能耗。为了达到这一目的，建筑物在规划设计中还可以优先考虑南北走向或者接近南北走向。

科学进行规划设计，还需要着力于合理选择建材、提高土地利用率、优化环境、改善景观和缓解热岛效应等方面。要改变大量使用水泥化建材的传统做法。水泥化建材对太阳辐射热的吸收能力较强，夏季太阳的照射可以使混凝土平台的温度高于气温的8℃左右。据测算，在夏季的江西赣州，较之于32℃的草坪温度，其水泥地的温度竟然可以达到57℃，两者之间相差25℃。如果建筑物的绿化率为30%以上，就可以实现改善景观和减少热岛效应的目标。据研究数据显示，30%以上的绿化覆盖率可以使绿地起到缓解热岛效应的作用。其中，40%以上的绿化覆盖率可以减少3/4的热岛面积；60%以上的绿化覆盖率可以基本控制热岛效应。

3.2 单体设计

进行科学合理的单体设计涉及优化建筑的体形、立面和平面设计等方面。

3.2.1 体形设计

为了体现节能理念在建筑体形设计中的应用，应该选择合理的建筑体形，尽量减少外界和建筑物之间交换热量的程度。建筑设计的实践已经证明，如果其他条件固定不变，那么建筑物的外围护面积除以其所包围的体积所得到的体型系数愈高，则单位面积的散热量也愈高，进而不利于节能理念的实现。所以，建筑体形的设计需要考虑到节能和建筑形式多样化的协调关系。实际上，在外形简单的建筑物的内部和外部环境中，由于其具有较小的外壳表面积，因此其所进行的热量交换活动也较少。有鉴于此，建筑物的体形设计不宜设计复杂的轮廓线，而以突出和完整的风格为宜。

3.2.2 立面设计

节能理念应用于立面设计中，就是要以实用原则为主，使外墙的凹凸面尽量减少，减少建筑物的体形系数，切实降低热量的散逸度。为此，在日照和采光等需要得到满足的基础上，依据建筑物朝向的不同情况确定合理的窗墙之比。出于节能的考虑，应该减少使用落地窗、转交窗、凸窗和大面积幕墙窗。同时，外墙立面的选材也应该有所讲究，宜将浅色饰面外墙作为主要设计思路，以取得反射太阳辐射、降低建筑能耗和提高投资效益等良好效果。

3.2.3 平面设计

节能理念也需要在建筑物的室内空间平面设计中有所体现。为此，居室的平面设计应发挥穿堂风的节能作用，以便在夏季时运用自然通风的降温作用以降低建筑能耗。同时，还需要根据建筑物的朝向优化其主要居室的平面设计，满足采光和冬季自然取暖的需要。

随着节能理念的普及和技术的进一步发展，笔者相信太阳能建筑将会有大幅度地推广。我国的太阳能资源比较丰富，全国有2/3 以上的国土面积年日照时数超过2200h。根据我国规划，在总能源的供给结构中，生态驱动和正常发展的两种模式所提供的太阳能利用率分别占到10%和4.7%。太阳能建筑的推行，必将促使室内平面设计产生明显的改進。

3.2.4 屋顶设计

屋顶是建筑物与外界相接触的重要构成部分，因此屋顶设计的优劣也关系到建筑物的节能效果。优化屋顶设计应从三个方面着手：一是优先考虑坡式屋顶的设计，既可以减少建筑物在风中所承受的阻力，也可以部分地解决自然降雨所带来的排水不畅的问题。二是加强屋顶的保温功能。三是建置一些自然设施于屋顶之上，如在屋顶上种植植被和添置蓄水池等，以起到保温和隔热的功能。

3.3 外部环境设计

建筑外部环境的设计如何，会直接对建筑的微气候特征产生较大影响，进而影响到建筑的能耗水平。良好的外部环境设计主要包括两个方面：一是在建筑物的周围营造植物绿化带，既可以挡住风沙和净化空气，又可以降低噪音的分贝水平，也可以遮挡一部分照射在建筑物上的阳光。二是营造人工环境，比如构建湖体或者水池等，通过水体来调节建筑物的温度，并且湖体或者水池等设施还可以起到雨水收集和减少风沙侵害等作用。

参考文献：

[1]周广德.浅谈建筑节能技术发展方向[J].中国建材科技.2012，（08）.

李华

摘要：本文通过对建筑节能设计、建筑围护结构节能设计两方面进行研究，提出了可再生资源节能设计的方案。

关键词：建筑节能设计；设计

1 建筑节能设计

1.1建筑选址、建筑布局与节能设计

建筑基地不适宜选择在山谷、洼地及凹地等处，因冬季冷气流在凹地里易形成对建筑物的“霜冻”效应。位于凹地的底层或半地下层建筑为保持所需的室内温度所消耗的能量就会相应的增加。建筑物尽量布置在向阳和避风的地方，向阳有利于建筑物充分利用太阳能，避风可尽量减少建筑物的热损失。建筑布局时，一方面要控制城市规模，并在规划设计中，注意避免人口密度与建筑密度较高的功能区连片布置，控制区域密度。

1.2建筑体型设计与节能

节能建筑的形态不仅要求体型系数（外表面积/体积）小，同时需要夏季日辐射得热少，冬季还需要对避寒风有利。有研究表明，体型系数每增大0.01，耗热量指标约增加2.5%。建筑体型系数一般宜控制在0.30以下。一般来说，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，增加建筑物的层数，选用长条型建筑外形等，而形体复杂、凹凸面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型是否规整及建筑的体量大小有关。在建筑设计中，应注意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数相对应的最佳节能体型。一般来讲，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体型是最佳体型；而当各面的平均传热系数相同时，体型系数最小的体型是最佳体型。

1.3建筑间距设计与节能

日照间距是影响生活质量的重要因素。制定日照间距的最终目的是确保居民生活的日照时间。阳光对于个人不仅有卫生学的意义，同时对人的心理及精神也具有一定的影响。较大的建筑间距可以使建筑物有充分的日照时间和良好的日照质量，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。在建筑设计中，要合理解决这一矛盾。在总平面设计时，合理布置建筑物，使其达到有良好日照和较小间距的最优组合。在建筑单体设计中，可以采用退层处理、降低层高等方法。

2 建筑节能设计应用

2.1墙体节能设计

建筑节能设计的主要手段是外围护的选材和构造。墙体作为外围护結构的主体，因而外墙体的保温设计相当重要，必须改变以往的外墙设计，采用新的节能墙体材料。在禁止使用黏土砖以后，应该把外墙的节能构造列为重要课题。墙体节能是采用高效保温隔热材料附着或填入墙体内，以提高墙体的热阻。复合墙体越来越成为当代节能墙体的主流。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。墙体改革，推动了新型墙体材料的发展，多种节能型墙体应运而生，主要有以下几种：内保温复合墙体、外保温复合墙体，夹芯复合墙体等。随着建筑节能技术的不断完善和发展，外墙外保温技术逐渐成为建筑保温节能形式的主流。从科学的合理性而言，外墙外保温形式是一种先进的、有应用前景的保温节能技术。目前主要有聚苯板薄抹灰外墙保温，聚苯板现浇混凝土外墙保温、聚苯颗粒浆料外墙保温等几种墙体外保温技术。

2.2窗节能

在保证日照、采光、通风、观景等要求的条件下，尽量减小建筑物外门窗洞口的面积，是节能设计中应遵循的原则，影响窗的热损失的因素有以下几种：（1）窗子面积与空调负荷大小有一定关系。窗墙比宜适当控制。在窗墙比的选择上，应区别不同的朝向。对南向窗，在选择合适玻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，充分利用太阳辐射热；而对其他朝向的窗，应在满足居室采光环境质量要求的条件光间来使用，是冬季减少耗热的一个有效措施。适当减少开窗面积以降低热耗。（2）窗材料热阻方面。

a.窗框：选用金属材料窗型与隔热保温材料窗型的窗框材料进行复合，加大窗框的热阻，或利用空腹钢窗内的空气间层达到增加窗框热阻的目的。同时，选用导热系数较小的塑料窗框以减少通过窗框部分的热耗。b.玻璃：吸热玻璃是在玻璃本体内掺入金属离子使其对太阳能有选择地吸收同时呈现不同的颜色。吸热玻璃也可用镀膜方法生产。吸热玻璃的节能是通过太阳光透过玻璃时将30～40%的光能转化为热能而被玻璃吸收，热能以对流和辐射的形式散发出去从而减少太阳能进入室内。c.加强窗的气密性，采用气密条，提高外窗气密水平，提高窗用型材的规格尺寸、准确度、尺寸稳定性和组装的精确度以增加开启缝隙部位的搭接量，减少开启缝的宽度达到减少空气渗透的目的。近年来涌现的节能门窗的保温性和气密性都较好。加强窗户的气密性是节能的关键措施。但是，加强窗户的气密性以减少空气渗透耗热量是以保证室内最低限度的换气次数为限度的。窗户过于密闭，室内空气质量达不到基本的卫生要求，也会使窗户造价提高。因此窗户的气密性达到Ⅱ级和Ⅲ级即可。③安排好门窗相对位置及开启方式，组织穿堂风通过；设置可调节的活动遮阳，如遮阳棚、窗盖板、窗帘、百页、热反射帘或自动卷帘等，以便夏季减少太阳辐射得热，冬季又得到日照，特别对西向、南向窗要更加重视。

3 利用可再生能源的节能设计

我们人类目前消费的能源，包括建筑使用消费的能源，主要是煤炭、石油和天然气等化石能源。化石能源的枯竭是不可避免的，大部分化石能源本世纪将被开采殆尽。太阳能作为可再生能源，它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。

太阳能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径。建筑物利用太阳能的方式有被动式和主动式两种。被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室内冬季最低温度升高、夏季最高温度降低。主动式利用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所需的热能和电能。

其中热利用的太阳能热水器技术已趋成熟，我国目前是世界上太阳能热水器的最大生产国和使用国，但是综合利用的技术水平低。为了更好地利用太阳能，必须综合考虑太阳能技术和经济、环境、人文等因素之间的合理关系，将太阳能设计成一个子系统融合在建筑之中，即实现太阳能与建筑的一体化是今后建筑设计的一个方向。

太阳能电池发电系统是利用光伏效应原理将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统。西方发达国家应用已有比较成功的经验。由于成本高，在国内的大面积推广应用还需要时间，可以优先考虑在公共建筑和较高档的住宅区中试用，以积累设计和使用经验。预计 21 世纪中叶太阳能光伏发电将发展为重要的发电方式，在世界可持续发展的能源结构中占有一定的比例。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。

4 结束语

综上所述：要想建筑节能设计真正做到节而所能，关键要明确建筑节能设计目的，端正心态，多学习节能方面的系统知识，从建筑能耗构成中最大的部分着手制定出切实有效并可行的节能措施，达到建筑节能效果。以保证尽可能的为人们提供健康、舒适、安全的居住、工作、学习和活动的绿色建筑。

参考文献：

[1]罗忆，刘忠伟.建筑节能技术与应用[M].化学工业出版社，2010.

[2]黄振利，陈全良，等.外墙保温应用技术[M].中国建筑工业出版社，2011.