浅谈建筑工程中的节能设计

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【摘 要】建筑能耗占我国总能耗较大比重。本文提出建筑设计、细部构造设计和环境控制设备及系统设计等三种节能设计策略。充分利用自然能，降低不可再生能源消耗，促进我国建筑可持续发展。

【关键词】建筑与气候； 建筑能耗； 节能设计；应变策略

1引言

随着现代技术水平的提高，人类有时过分地依赖人工设备技术力量，以期实现更高的室内热舒适度要求，结果导致高能耗和自然生态的破坏。我国是能源短缺的国家，但建筑能耗却是同等气候条件下发达国家的2~3倍。高能耗不利于建筑可持续性发展，需要我们重新研究节能设计策略，充分挖掘建筑节能的潜能。

2 设计应变策略

建筑节能设计就是从分析地区的气候条件出发，将建筑设计与建筑微气候，建筑技术和能源的有效利用相结合的一种建筑设计方法，也就是说在冬季最大限度地利用自然能来取暖，多获得热量和减少热损失；夏季最大限度地减少得热和利用自然能来降温冷却。

2.1 从建筑设计入手，综合分析地区气候特征，充分利用有利的气候条件和防御不利气候因素影响。

地区气候特征包括太阳能辐射强度、最热（冷）月平均气温及空气湿度、夏（冬）季主导风与平均风压、雨雪量等要素。这些要素是我们节能设计需要注意的“气候条件”。此外，还需注意区域的“微环境”，如地形条件、地表环境、地表土壤和环境植被等。只有这样，才能权衡利弊、趋利避害，统筹运用气候因素。

2.1.1 合理群体规划布局。设计中要充分考虑夏季有利的主导风向（通风致凉）和避免冬季不利的主导风向（避风保暖），综合考虑采光、通风、保温和防晒等因素，合理安排群体布局和建筑朝向。

2.1.2 合理控制体形系数。体形系数就是指建筑物与室外大气接触的外表面积F0（m2）和其所包围的体积V0（m3）之比值。也就是说，单位建筑空间的外表面积越大，体形系数越大，能耗就越高，反之亦然。因此，在考虑节能设计时，建筑平面外形不宜凹凸太多，力求完整，避免因凹凸太多增大而提高体形系数。在所有几何形体中，球面体体形系数最小，同等条件下能耗最低。

2.1.3 合理控制窗墙比。窗墙比就是建筑外窗总面积与护墙体总面积之比值。由于护墙体的热工性能比玻璃窗户要好。尽管外窗面积比外墙面积要小得多，但通过外窗得失热量却占护结构得失热量的40%左右，因此需根据不同地区气候特征合理控制窗墙比。

2.2 从细部构造设计入手，有效利用隔热保温、遮阳和自然通风等被动式节能技术，改善建筑室内微环境。

2.2.1 外墙体的隔热保温与遮阳。目前，我国正提倡新型复合墙体自保温系统和外隔热保温技术，外保温的优点：建筑室内温度受室外温度波动影响小，有利于主体结构保护和避免热（冷）桥的产生。

2.2.2 玻璃门窗的隔热保温与遮阳。外墙玻璃门窗是阻挡夏季太阳辐射热进入室内和冬季室内热量散失的最薄弱环节，其能耗是同面积墙体的4倍，屋顶的5倍，对建筑能耗影响较大。除控制窗墙比外，需增加玻璃门窗的热工性能：一是设计选用单层或多层中空或低辐射玻璃和经热断桥处理的门窗型材，同时加强窗墙间、框扇间的接缝气密性设计。二是增加外墙玻璃门窗遮阳设计，防止夏季太阳辐射热透过玻璃门窗直接进入室内而耗能。由于遮阳位置和方式不同，主要有:①水平式外遮阳，适用于接近南向外窗，遮挡高度角较大、从窗口上方射来的阳光。②垂直式外遮阳，适用于东北向、西北向外窗，遮挡高度角较小、从窗口两侧斜射过来的阳光。为克服传统固定式遮阳在采光、自然通风、视野等方面的矛盾，上述两种遮阳方式在生态节能建筑中较多地采用活动百叶遮阳，可根据光线变化自动调节百页角度遮阳，不影响自然采光和通风。③活动内遮阳，主要有遮阳卷帘和遮阳百页等。相比外遮阳，更灵活，更便于用户根据季节天气变化调节使用。但内遮阳有较大的缺点，除部分热量被反射出窗外，其余热量留在了室内而增大空调制冷能耗。

2.2.3 “可呼吸”玻璃幕墙。它一般由双层玻璃幕墙构成（外层通常为单层玻璃，内层为绝热的双层玻璃），在两层幕墙间形成一定宽度的空气夹层，并配有可调节的百页。在冬季，双层幕墙间的空气夹层形成一个利用太阳能的玻璃温室，有利于建筑的保温采暖；在夏季，则利用热压通风和百页遮阳，达到降温的目的。

2.2.4 屋面隔热保温与遮阳。屋面隔热保温除采用倒置式设计外，蓄水屋面和种植屋面越来越引起人们的重视。①蓄水屋面，就是利用屋面蓄水层蒸发带走太阳辐射热（蓄水层深度一般保持在200mm为宜），从而有效地减弱屋面的传热量和降低屋顶内表面温度（可比一般屋面低2~4℃），具有明显的隔热效果。②种植屋面，是一种生态节能型屋面，不仅能够提高屋面的隔热保温性能，还能增加城市绿地面积，改善城市气候环境。

2.2.5 自然通风。风压与热压是实现自然通风的两种手段，二者互为补充、密不可分。风压通风是利用建筑的迎风面与具有良好外部风环境的地区，选择有利通风的建筑朝向、控制建筑进深、“引导”自然通风等，可实现良好的风压通风效果。热压通风（即“烟囱效应”），是利用热空气上升，从建筑上部排风口排出污浊的热空气，从建筑底部吸入新鲜的冷空气，实现建筑内部的自然通风。在设计中，可利用建筑物内部贯穿多层的竖向空间（如楼梯间、中庭），结合拔风井、风塔等构造，创造出满足热压式自然通风进出风口的高差。

2.3 从环境控制技术入手，合理利用太阳能、地源热泵等主动式节能技术，开发运用可再生能源。

2.3.1 太阳能技术。太阳能是我们取之不尽、用之不竭的可再生能源。我国的太阳能资源丰富，大部分地区太阳辐射量大，具有开发利用太阳能的优良条件。目前主要的太阳能利用方式有：①被动式太阳能热水系统，利用太阳能集热器或真空管吸收太阳辐射热，为用户提供生活热水。②主动式太阳能系统，在太阳能居室采暖方面具有更大的选择性，但需要外在能源启动运行，并需借助电扇或泵等装置来转换和传递太阳能，以此获得生活热水或提供居室供暖。③太阳能光伏发电系统，是利用太阳能光伏电池板吸收太阳能，并将太阳能转化为电能，提供室内设备用电或接入市政电网送电。

2.3.2 地源热泵技术设计。利用地下水、深层土壤和水库、湖泊等深水层受自然季节气候影响小、温度相对保持稳定的特点，通过水作为媒介，与地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热交换提供热泵的冷热源。冬季地能作为“热源”，从地下或水中“取”出来，供给室内采暖。夏季作为“冷源”，供室内致冷，同时将室内热量释放到地下水、土壤或地表水中，贮存起来作为冬天采暖的“热源”。地源热泵系统根据换热方式的不同分为：土壤源热泵系统、地下水热泵系统、地表水热泵系统等。因不同工程的地质条件、地表环境、地表土壤、场地状况等有所不同，需因地制宜地选择设计不同的换热方式。

在生态建筑和低能耗建筑中，太阳能技术和地源热泵技术往往采用联合运行的方式，可以克服自身技术存在的局限性，提高资源利用效率。

3 结论

建筑节能研究是建筑可持续发展的重要研究课题。在我国现阶段，主要提倡运用与经济发展水平相适应的简单节能技术为主，切不可为片面追求低能耗目标而不顾经济成本，大量使用节能新技术。同时注重太阳能、风能、地能等可再生自然能技术的研究和开发，降低可再生能源的利用成本，逐步从大城市与经济比较发达地区向全国推广运用，实现我国建筑节能既定目标。

参考文献：

[1]宋德萱.节能建筑设计与技术.上海.同济大学出版社.

[2]中华人民共和国建设部建筑节能办公室.夏热冬冷地区建筑节能技术.北京.中国建筑工业出版社.