建筑节能观在建筑设计中的体现

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摘要: 随着经济的发展，城市建设日新月异。建筑行业全面节能势在必行, 而建筑设计是其中一个很重要的环节。怎样在建筑设计过程中体现和落实全面的建筑节能观,作者从建筑的整体及外部环境、单体设计、围护结构的整体及细部构造设计等方面阐述和分析。

关键词:建筑节能建筑设计围护结构

1.前言

全面的建筑节能, 就是建筑全寿命过程中每一个环节节能的总和。是指建筑在选址、规划、设计、建造和使用过程中, 通过采用节能型的建筑材料、产品和设备, 执行建筑节能标准, 加强建筑物节能设备的运行管理, 合理设计建筑围护结构的热工性能, 提高采暖、制冷、照明、通风、给排水和管道系统的运行效率,以及利用可再生能源,在保证建筑物使用功能和室内热环境质量的前提下, 降低建筑能源消耗, 合理、有效地利用能源。

全面的建筑节能是一项系统工程, 必须由政府主导,由国家立法, 对建筑节能做出全面的、明确的政策规定;必须由相关部门按照国家的节能政策, 制定全面的建筑节能标准; 必须由设计、施工、各级监督管理部门、开发商、运行管理部门、用户等各个环节, 按照国家的节能政策和节能标准的规定, 全面地、严格地采取节能措施, 使每一位公民真正树立起全面的建筑节能观, 将建筑节能真正落到实处。

2.建筑节能的重要性

目前世界范围内石油、煤炭、天然气三种传统能源日趋枯竭, 人类将不得不转向成本较高的生物能、水利、地热、风力、太阳能、核能, 而我国的能源问题更加严重。我国能源发展主要存在四大问题: ①人均能源拥有量低、储备量低; ②能源结构依然以煤为主, 约占75% , 全国年耗煤量已超过13亿t; ③能源资源分布不均, 主要表现在经济发达地区能源短缺和农村商业能源供应不足, 造成北煤南运、西气东送、西电东送; ④能源利用效率低,能源终端利用效率仅为33% , 比发达国家低10%。

随着城市建设的高速发展, 我国的建筑能耗逐年大幅度上升, 已达全社会能源消耗量的32%, 加上每年房屋建筑材料生产能耗约13%, 建筑总能耗已达全国能源总消耗量的45%。我国现有建筑面积为400亿m2 , 绝大部分为高能耗建筑, 且每年新建建筑近20亿m2 , 其中95%以上仍是高能耗建筑。如果继续执行节能水平较低的设计标准, 将留下很重的能耗负担和治理困难。庞大的建筑能耗, 已经成为国民经济的巨大负担。因此建筑行业全面节能势在必行。

全面的建筑节能有利于从根本上促进能源资源节约和合理利用, 缓解我国能源资源供应与经济社会发展的矛盾;有利于加快发展循环经济, 实现经济社会的可持续发展;有利于长远的保障国家能源安全、保护环境、提高人民群众生活质量、贯彻落实科学发展观。

3.建筑设计中真正贯彻落实全面的建筑节能

建筑设计是全面的建筑节能中一个很重要的环节, 有利于从源头上杜绝能源的浪费。

3.1整体及外部环境的节能设计

建筑整体及外部环境设计是在分析建筑周围气候环境条件的基础上, 通过选址、规划、外部环境和体型朝向等设计, 使建筑获得一个良好的外部微气候环境, 达到节能的目的。

3.1.1合理选址

建筑选址主要是根据当地的气候、土质、水质、地形及周围环境条件等因素的综合状况来确定。建筑设计中,既要使建筑在其整个生命周期中保持适宜的微气候环境,为建筑节能创造条件, 同时又要不破坏整体生态环境的平衡。

3.1.2合理的外部环境设计

在建筑位址确定之后, 应研究其微气候特征。根据建筑功能的需求, 应通过合理的外部环境设计来改善既有的微气候环境, 创造建筑节能的有利环境, 主要方法为: ①在建筑周围布置树木、植被, 既能有效地遮挡风沙、净化空气, 还能遮阳、降噪; ②创造人工自然环境, 如在建筑附近设置水面, 利用水来平衡环境温度、降风沙及收集雨水等作用。

3.1.3合理的规划和体型设计

合理的建筑规划和体型设计能有效地适应恶劣的微气候环境。它包括对建筑整体体量、建筑体型及建筑形体组合、建筑日照及朝向等方面的确定。像蒙古包的圆形平面,圆锥形屋顶能有效地适应草原的恶劣气候, 起到减少建筑的散热面积、抵抗风沙的效果; 对于沿海湿热地区, 引入自然通风对节能非常重要, 在规划布局上, 可以通过建筑的向阳面和背阴面形成不同的气压, 即使在无风时也能形成通风, 在建筑体型设计上形成风洞, 使自然风在其中回旋, 得到极好的通风效果, 达到节能的目的。

日照及朝向选择的原则是冬季能获得足够的日照并避开主导风向, 夏季能利用自然通风并防止太阳辐射。然而建筑的朝向、方位以及建筑总平面的设计应考虑多方面的因素, 建筑受到社会历史文化、地形、城市规划、道路、环境等条件的制约, 要想使建筑物的朝向均满足夏季防热和冬季保温是困难的, 因此, 只能权衡各个因素之间的得失, 找到一个平衡点, 选择出这一地区建筑的最佳朝向和较好朝向, 尽量避免东西向日晒。

3.2单体的节能设计

单体的节能设计, 主要是通过对建筑各部分的节能构造设计、建筑内部空间的合理分隔设计, 以及一些新型建筑节能材料和设备的设计与选择等, 来更好地利用既有的建筑外部气候环境条件, 以达到节能和改善室内微气候环境的效果。

3.2.1建筑各部位的节能构造设计

建筑各部位的节能构造设计, 主要是在满足其作为建筑的基本组成部分的要求之外, 通过对各部位(屋顶、楼板、墙体、门窗等)的造型、结构、材料等方面加以进一步设计, 充分利用建筑外部气候环境条件, 达到节能和改善室内微气候环境的效果。

1) 屋顶的节能设计。屋顶是建筑物与室外大气接触的一个重要部分, 主要节能措施为: ①采用坡屋顶; ②加强屋面保温; ③根据需要, 设置保温隔热屋面(架空隔热屋面、蓄水屋面、种植屋面等) 。

2) 楼板层的节能设计。主要是利用其结构中空空间,以及对楼板吊顶造型加以设计。如将循环水管布置在其中,夏季可以利用冷水循环降低室内温度, 冬季利用热水循环取暖。

3) 建筑墙体的节能设计。墙体的节能设计除了适应气候条件做好保温、防潮、隔热等措施以外, 还应体现在能够改善微气候环境条件的特殊构造上, 如寒冷地区的夹心墙体设计、被动式太阳房中各种蓄热墙体(如水墙)设计、巴格达地区为了适应当地干热气候条件在墙体中的风口设计等; 而在马来西亚, 杨经文设计的槟榔屿州MennaruUmno大厦外墙中, 则外加了一种“铺风墙”的特殊构造设计, 在建筑两侧设阳台开口, 开口两侧外墙上布置两片挡风墙, 使两通风墙形成喇叭状的口袋, 将风铺捉到阳台内,然后通过阳台门的开口大小控制进风量, 形成“空气锁”,可以有效地控制室内通风。

4) 建筑门窗的节能设计。据统计资料, 在我国既有的高耗能建筑有40%的耗能是通过门窗散失的。因此, 解决好门窗节能的问题相当重要。门窗的节能设计应主要考虑:①控制建筑不同朝向的窗墙面积比; ②设置遮阳措施, 我国节能标准中规定, 夏热冬暖地区、夏热冬冷地区以及寒冷地区中制冷负荷大的建筑的外窗(包括透明幕墙)宜设置外部遮阳; ③根据需要合理地组织门窗的通风换气, 尽量采用自然通风; ④严寒、寒冷地区建筑的外门宜设门斗或采取其它减少冷风渗透的措施, 其它地区建筑外门也应采取保温隔热节能措施; ⑤选择高性能的建筑门窗和幕墙技术, 建筑门窗和建筑幕墙要改变消极保温隔热的单一节能观念, 把节能和合理利用太阳能、地下热(水)能、风能结合起来, 积极选择节能和用能(利用太阳能、冷能、风能、地热能)相结合的门窗及幕墙产品。

5) 建筑物围护结构细部的节能设计。细部的节能设计对于建筑物的整体节能也非常重要, 应从以下各部位着手:①热桥部位应采取可靠的保温与“断桥”措施; ②外墙出挑构件及附墙部件, 如阳台、雨罩、靠外墙阳台栏板、空调室外机搁板、附壁柱、凸窗、装饰线等均应采取隔断热桥和保温措施; ③窗口外侧四周墙面, 应进行保温处理;④门、窗框与墙体之间的缝隙, 应采用高效保温材料填堵;⑤门、窗框四周与抹灰层之间的缝隙, 宜采用保温材料和嵌缝密封膏密封, 避免不同材料界面开裂, 影响门、窗的热工性能; ⑥采用全玻璃幕墙时, 隔墙、楼板或梁与幕墙之间的间隙, 应填充保温材料。

3.2.2合理的建筑空间设计

合理的空间设计是在充分满足建筑使用功能要求的前提下, 对建筑空间进行合理分隔(平面分隔和竖向分隔) ,以改善室内保温、通风、采光等微气候条件, 达到节能目的。如在北方寒冷地区的住宅设计中, 就经常将使用频率较少的房间如厨房、餐厅、次卧室等房间布置在北侧, 形成对北侧寒冷空气的“温度阻尼区”, 从而达到节能及保证使用频率较多房间的舒适度的目的; 在印度柯里亚的管式住宅及干城章嘉公寓楼的设计中, 就通过空间的竖向分隔,起到了极佳的通风降温效果。

3.2.3选用建筑节能材料

合理选用建筑节能材料也是全面建筑节能的一个重要方面。建筑材料的选择应遵循健康、高效、经济、节能的原则。一方面, 随着科技的发展, 大量的新型高效材料不断被研制并应用到建筑设计中去, 更好地起到节能效果。如新型保温材料、防水材料在墙体屋顶中的应用, 达到了更好的保温防潮效果; 新型透光隔热玻璃在门窗中的应用,起到了更好的透光隔热效果; 采用可调节的铝材遮阳板,达到遮阳的目的。另一方面, 要结合当地的实际情况, 发掘出一些地方节能材料, 更好地应用到建筑节能中去。

4.建筑设计中应加强建筑节能方面的学习

4.1学习现有的节能技术

当前, 很多建筑师不太懂节能技术, 以及如何把节能技术应用到建筑当中。建筑师不能只是设计时套用标准图,更重要的是要明白节能原理, 才能在设计中按照不同的工程、不同的部位, 采取相应的节能措施, 所以必须加强建筑节能方面的学习。

4.2学习建筑节能新“理念”

在推行节能理念同时, 眼睛不仅要“向外看”, 引进学习国外先进节能理念, 而且要学会“向内看”, 从传统建筑模式、风格中学习节能办法。强调中国节能建筑发展的民族性、地域性应该是设计师们的共同理念。中国传统民居(如京津风格的四合院、桂北风格的吊脚楼、岭南风格的骑楼长街、陕北风格的窑洞、草原风格的蒙古包⋯⋯)都蕴含了丰富的节能理念, 它们的设计和用料都给建筑师以无穷的启示。

京津地区的四合院, 就是传统社会中的节能典范。这种以房子包围院子的建筑方式, 有效地减少了冷空气入侵,符合京津一带夏季炎热, 冬季严寒的气候特点。吊脚楼为每扇四柱撑地, 横梁对穿, 上铺木板呈悬空阁楼, 绕楼三面有悬空的走廊, 廊沿装有木栏扶手, 符合南方夏季炎热、湿度大、空气流通需求量高的特点。中国传统民居都是在与周边生态环境共存共生的条件下, 各类功能利用与自然环境达到完备效果的典范, 并且各自拥有独立的形态样式,可以成为当代建筑节能的借用范式, 形成新的节能理念。

结束语

当前, 世界范围内的能源供应日趋紧张。我国建筑能耗在能源总消耗量中占很大比重, 建筑行业全面节能势在必行, 而建筑设计是其中一个很重要的环节。建筑设计应结合当地的地理环境、气候条件, 按照国家的节能政策和节能标准的规定, 在传统民居中吸取营养, 充分地利用地方材料, 从建筑的整体及外部环境、单体设计、围护结构的整体及细部构造设计等方面全方位进行节能设计。