建筑节能设计的必要性及技术措施探讨
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摘要：目前，世界能源日渐短缺，而我国建筑行业能耗巨大，建筑节能已经成为我国未来经济实现可持续发展的一个重要课题。本文从国内外能耗情况对比及节能发展状况，提出了我国建筑行业的节能设计必要性，并重点介绍目前常用的技术措施和解决办法，以提供借鉴和参考。
关键词：建筑设计； 能耗 ；建筑节能； 技术措施
Abstract: This paper from the contrast and energy development of the energy consumption at home and abroad, put forward construction industry's need for energy efficient design, and highlight the current technology and solutions in order to provide reference.Key words: architectural design; energy consumption; building energy efficiency; technical measures
中图分类号：TU201.5 文献标识码：A文章编码：
建筑节能设计的必要性
如今，在世界能源短缺的大环境下，建筑能耗巨大已经成为一个全球性的问题。建筑节能设计是改善和提高建筑节约能源、促进环境保护、减少温室气体排放量的重要措施之一。减轻大气污染；保护生态环境和提高建筑热环境的质量，可以缓解目前能源紧张的局面，推进社会经济发展。对于人口数量庞大且经济发展迅速的中家，建筑节能工作更显得意义重大。
建筑耗能与工业耗能、交通耗能，是我国能源消耗的三大“耗能大户”。我国建筑不仅耗能高，而且能源利用效率很低，随着建筑能耗的增加和大量空调设备的安装，“城市热岛效应”日益严重，使环境逐渐恶化。据统计，我国建筑能耗的总量正逐年上升，在全社会总能耗中所占的比例已从上世纪70年代末的10%，上升到近年的30%，而这“30%”还仅仅是建筑物在建造和使用过程中消耗的能源比例，如果再加上建材生产过程中耗掉的能源（占全社会总能耗的16.7%），和建筑相关的能耗将占到社会总能耗的46.7%。而国际上一些发达国家的建筑能耗一般只占全国总能耗的35%左右，所以，建筑耗能已成为我国经济发展的一大软肋。发达国家从20世纪70年代的能源危机起就关注建筑节能，我国建筑节能的研究和实施起步较晚，开始于20世纪80年代后期。如何改进我国的节能技术成为目前一个重要的难题。但即达到西方发达国家的目前的节能技术水平，相对于世界性的能源日渐短缺问题也是远远不够的。参照近年美国的能耗情况，其建筑能耗已经接近我国的能耗总量，而美国全国的能耗总量则占世界能耗总量的26%.因为我国人口是美国的4.5倍，设想我国的人均能耗如果达到美国现在的水平，那么我国的能耗总量将占当前世界的40%。这种情况是难以想象的。所以推广普及现有最先进的节能措施，大力发展和利用可再生能源是非常必要的。
建筑节能设计的技术措施
在建筑规划设计、建造和使用过程中，在满足室内环境舒适、卫生健康的条件下，采取有效的建筑节能技术，有利于实现建筑节能和环保共进的目标。日本近年来提出的“建筑的节能与环境共存设计”就是这一思想的体现。一般来说，实现建筑节能的技术途径为：尽量减少建筑内能源总需求量的同时，大力开发利用可再生的新能源，从而减少使用在建筑领域内容易引起污染的能源。
2.1减少建筑内的能源总需求量
建筑能耗即建筑使用能耗，包括家用电器、炊事、采暖、空调、热水供应等方面的 能耗。其中 ，以空调和采暖能耗为主，占建筑总能耗的50%-70%。所以减少建筑内空调、采暖、照明能耗是减少建筑内能源需求的重要内容。而建筑师在建筑设计过程中，可通过各种设计手法来减低建筑对设备的依赖程度，达到减少能耗的效果。
2.1.1建筑规划与设计
首先是基地选址，建筑基地应尽量选择在向阳、避风的地段上，为争取日照创造必要的条件。利用建筑楼群的合理布局，充分结合特定地点的自然环境因素、气候特征和建筑物功能，人的行为活动特点等，建立自然-人工生态平衡系统，创造良好的室内微气候，尽量减少对建筑设备的依赖。其次是合理设计建筑朝向，在规划条件允许的情况下，建筑的主要朝向应选择本地区最佳朝向，一般采用南北向或接近南北向。主要房间朝向南偏东15度至偏西15度范围，但不宜超出南偏东45度至偏西30度范围。经测试表明：对一个长宽比为1：4的建筑物，东西向比南北向的冷负荷约增加70%。为了组织好房间的自然通风，引风入室并能形成一定的风速，房屋朝向要力求接近夏季主导风向，并合理选择房间开口位置的面积，积极采取各种通风构造措施。第三是要控制体形系数，体形系数就是建筑物外表面积F与其所包围的体积V之比值，体形系数的大小对建筑能耗影响非常显著。研究表明：体形系数每增大0.01，能耗指标约增加2.5%。合理的建筑形体设计是通过建筑各部件的结构设计和建筑内部空间的合理分隔设计得以实现。同时，可借助相关软件进行优化设计，如运用天正中的建筑日照及阴影模拟，辅助设计建筑朝向和居住区的道路、绿化、室外休闲空间。利用CFD软件，如：PHOENICS,Fluent等，分析室内外空气流通是否通畅。
2.1.2建筑围护结构的优化
建筑的围护结构包括：屋顶、外墙、地基、挑空楼板、外门窗及遮阳设施等。这些部件的设计对建筑能耗、环境性能、室内空气质量与用户所处的视觉和热舒适环境有根本的影响。据有关资料介绍，围护结构的传热系数每增大1W/M2・K，在其他条件不变的情况下，空调系统负荷增加近30%。一般增大围护结构的费用仅为总投资的3%-6%,而节能却可达20%-40%。所以改善建筑护结构的保温隔热性能是建筑节能的首要措施。
2.1.2.1门窗节能的技术措施，门窗是建筑能耗散失最薄弱的部位，面积约占建筑护结构面积的30%时，其能耗约占建筑总能耗的2/3，其中传热损失为1/3。所以门窗是护结构节能的重点。
2.1.2.2外墙的节能技术措施
采用新型、环保、节能的自保温墙体。自保温墙体即是充分利用材料自身的特点而发展起来的一种环保、节能的新型外墙体系。构成墙体的材料不但有变废为宝、净化环境、减少污染的优点，还具有重量轻、强度高、抗震性能好、保温隔热性能好的特点；所砌筑的墙体可用于不同厚度的框架填充墙体，还可满足不同气候区建筑节能标准。如目前广泛使用的蒸压加气混凝土砌块，它在稳定传热条件下，1M厚的材料板，两侧表面温差为1度时，单位时间通过1平方米面积的传递热量为0.11-0.18W，仅为普通混凝土的1/6左右。实践证明200mm厚的加气混凝土砌块的保温效果相当于490mm厚的粘土砖墙，隔热性能相当于240mm厚的普通砖墙。
改善护构件的保温性能，尽量避免热桥，同时采用新技术，加强外墙保温。如复合夹心保温墙体、外贴聚苯板保温墙体等。外表面对太阳辐射热吸收的强弱也是个值得关注的问题，表面吸收的太阳辐射热越多，墙面温度就越高，通过墙体进室内的热量也就越多，墙体采取浅色的外饰面（如浅色粉刷、涂料和面砖等）或绿化植物覆盖表面（如种植攀爬植物爬山虎、长春藤等）等措施，就可以反射或吸收相当大一部分的太阳辐射。
2.1.2.3屋顶采用保温材料
屋顶在整个外包面积中所占的比例不大，但对顶层房间而言，却是比例最大的围护结构，而且水平面的太阳辐射远远大于垂直墙面，屋顶保温隔热设计类似于外墙。屋面保温可采用板材、块材或整体喷聚氨酯保温层等。
隔离太阳辐射热，减少阳光直射，可采用浅色屋面，种植屋面等。种植屋面应根据地域、气候、建筑环境、建筑功能等条件，选择相适应的屋面构造形式。对屋面进行植被覆盖，既可遮阳又能隔热，而且通过光合作用，可消耗或转化部分能量，也起到美化环境作用；还可采用架空屋面、蓄水屋面等节能措施。但应注意的是架空屋面宜在通风较好的建筑物上采用，不宜在寒冷地区采用；蓄水屋面不宜在寒冷地区、地震地区和振动较大的建筑物上采用。
2.1.2.4楼地面的节能技术措施
楼地面的节能技术，可根据层间楼板、架空或外挑楼板和底层地面这些不同部位，采用不同的节能措施。层间楼板可采取保温层直接设置在楼板上表面或楼板底面，也可采取铺设木龙骨或无木龙骨的实木地板。铺设木龙骨的木地板构造中，可以在木龙骨间嵌填板状保温材料，使楼板层的保温和隔热性能更好。在楼板上面的保温层，宜采用硬质挤塑聚苯板、泡沫玻璃保温板等板材或强度符合地面要求的保温砂浆等材料。楼板底面的保温层，宜采用强度较高的保温砂浆抹灰。严寒及寒冷地区采暖建筑的底层地面应以保温为主，在持力层以上的土壤层的热阻已符合地面热阻规定值的条件下，宜在地面面层下铺设适当厚度的板状保温材料，进一步提高地面的保温性能。
2.1.3提高终端用户的用能效率
高能效的采暖、空调系统与上述削减室内冷热负荷的措施并行，才能真正地减少采暖、空调能耗。首先，根据建筑的特点和功能，设计高能效的暖通空调设备系统，例如：热泵系统、蓄能系统和区域供热、供冷系统等。然后，在使用中采用能源管理和监控系统监督和调控室内的舒适度、室内空气品质的能耗情况。如欧洲国家通过传感器测量周边环境的温度、湿度和日照强度，然后基于建筑动态模型预测采暖和空调负荷，控制暖通空调系统的运行。在其他的家电产品和办公设备方面，应尽量使用节能认证的产品。
2.1.4提高总的能源利用效率
从一次能源转换到建筑设备系统使用的终端能源的过程中，能源损失很大。因此，应从全过程进行评价，才能全面反映能源利用的效率和能源对环境的影响。建筑中的能耗设备，如空调、热水器、洗衣机等应选用能源效率高的能源供应。例如，作为燃料，天然气比电能的总能源效率更高。采用第二代能源系统，可充分利用不同品味热能，最大限度地提高能源利用效率，如热电联产（CHP）、冷热电联产（CCHP）。
2.2利用新能源
在节约能源、保护环境方面，新能源的利用起至关重要的作用。新能源通常指非常规的可再生能源，包括太阳能、地热能、风能、生物质能等。人们对太阳能的各种利用方式进行了广泛的探索，逐步明确了发展方向，使太阳能初步得到了一些利用，如：1，作为太阳能利用的重要项目，太阳能热发电技术较为成熟，美国、以色列、澳大利亚等国投资兴建了一批实验性太阳能发电站，以后可望实现太阳能热发电商业化；2，随着太阳能光伏发电的发展，国外已建成不少光伏发电站和“太阳屋顶”示范工程，将促进并网发电系统的快速发展。3，目前，全世界已有数万台光伏水泵在各地运行；4，太阳热水器技术比较成熟，已具备相应的技术标准和规范，但仍需进一步地完善太阳热水器的功能，并加强太阳能建筑一体化建设；5，被动式太阳能建筑因构造简单、造价低，已经得到较广泛应用，其设计技术已相对较为成熟，已有可供参考的设计手册；6，太阳能吸收式制冷技术出现较早，目前已应用在大型空调领域；太阳能吸附式制冷目前处于样机研制和实验研究阶段；7，太阳能干燥和太阳灶已得到一定的推广应用。但从总体而言，目前太阳能利用的规模还不大，技术尚不完善，商品化程度也较低，仍需要继续深入广泛地研究。在利用地热能时，一方面可利用高温地热有发电或直接用于采暖供热和热水供应；另一方面可借助地源热泵和地道风系统利用低温地热能。风能发电较适用于多风海岸线山区和易引起强风的高层建筑，在英国和香港已有成功的工程实例，但在建筑领域，较为常见的风能利用形式是自然通风方式。
３.结论
目前，我国建筑用能浪费及其严重，而且建筑能耗增长的速度远远超过我国能源生产可能增长的速度．回顾历年中国的能源问题时，电荒、油荒、煤荒……各种能源短缺的现实警示着我们，节能环保对中国经济健康有序的发展具有重大意义．在当前和今后相当长的时间内，是建筑节能发展的大好时期，随着节能技术的不断发展，一定会有更多更好的节能思路和节能产品涌现，我们应积极地研究并推广使用节能产品来满足节约能源、改善环境的要求，建立生态建筑思想，尊重自然环境，用科学技术、经济效益和社会效益相统一的方法进行规划和设计，将节能意识贯穿于设计的每一个环节，使建筑节能获得巨大的实际应用价值，满足各阶段节能目标的需要。
参考文献：
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