高层建筑节能结构设计探讨

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摘要：随着城市化进程的加快，城市人口数量剧增，城市人均住房问题开始呈现，为了解决这一问题，城市中涌现了越来越多的高层建筑，高层建筑虽然解决了人们的居住问题，但是由高层建筑带来的能源消耗加大问题开始映入人们的眼帘，如何尽可能减少高层建筑的能源消耗，实现建筑的最优化设计成为了当前热议的话题。

关键词：高层建筑；节能设计；探析

中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：

随着城市化发展的进一步提高，高层建筑如雨后春笋般拔地而起，城市中高楼林立，高层建筑在提升城市形象、节约土地资源等方面发挥了巨大作用，但是也随之衍生了诸多的问题，诸如光污染、高耗能等问题，因此，对于高层建筑节能设计的研究成为了当前建筑领域中热门的一个研究话题，如何实现高层建筑结构的最优化设计，实现能源的高效利用，尽可能实现节能减排，实现可持续发展等，这些问题都是在高层建筑设计中所应充分考虑的问题。下面本文就从建筑结构设计方面探讨如何实现高层建筑的节能优化。

一、高层建筑能耗特点分析

1、能耗组成及特点分析

高层建筑容纳人数众多，信息处理量大。为保持正常的运作，高层建筑在电梯、空调、供水、供暖、管理等方面要消耗大量的能源。主要的能源消耗形式包括电、煤、天然气以及集中供热的蒸汽和热水等。其中供暖空调系统、照明系统、动力系统和办公设备系统是建筑能耗的4个主要系统。

2、采光和通风的要求

高层建筑基本空间由主要使用房间、交通联系空间（水平交通和垂直交通）、辅助使用房间（餐饮和卫生间）以及设备系统等几部分构成，平面布局与空间组织相对固定，各部分功能空间对自然采光与通风的需求都不容忽视。因此，高层建筑能耗对气候的依赖性较弱，若通过调节建筑与环境的关系来达到节约能耗的目的，效果甚微。高层建筑的节能问题应从建筑自身出发（如平面形式、进深大小、围护构件、设备系统等），进行节能措施的探讨。

二．高层建筑节能结构设计优化

1.高层建筑位置、朝向与环境优化设计

高层建筑节能在规划设计阶段就要引起重视，要从节能的角度，充分考虑建筑朝向、日照间距、空间形态、以及建筑与周边环境的关系等问题，从总体上为建筑节能创造前提条件。首先，建筑的主要朝向应迎合当地夏季的主导风向，利于自然通风；在夏季，南北朝向的建筑物所受到的太阳辐射相对东西朝向建筑要少很多，这样可以节省空调能量的消耗；而在冬季时，建筑受到太阳辐射的情况刚好与夏季相反，从而节约了建筑保温所需的能耗。第二，高层建筑设计时应在节约土地与合理的建筑间距之间找到最佳的平衡点，优化节能设计。适当增加建筑物的间距有利于空气流动，增大风量、提高风速，从而使建筑物与空气的热交换增加，有效降低建筑物的温度，降低建筑能耗。第三，高层建筑及其组合的群体应结合周边环境，充分考虑整体的空间形态，优化节能设计，将现有建筑和拟建高层建筑作为一个建筑群体考虑，实现建筑群内的自然通风。

2. 高层建筑围护结构节能优化设计

2．1外墙的节能技术

外墙是围护结构的主体部分，高层建筑的围护结构不同于砖石结构房屋，前者是钢筋混凝土框架或剪力墙结构承重，因此，围护结构属于填充材料，为了减轻荷载，达到保温、隔热要求，主要是采用环保节能型建筑材料，采用新型墙体材料与复合墙体围护结构。复合墙板构造复杂一些，但它将材料区别使用，可采用高效的隔热材料，能充分发挥各种材料的特长，板体较轻，热工性能较好，适用于住宅、医院、办公楼等高层建筑的外墙。在进行经济性、可行性分析的前提下，在墙体内外侧敷设保温隔热的新材料。另外，目前还有可调节的外墙，即采用多向、多层、可开、可闭的外墙，以适应不同的气候，减少空调，采暖的时间，降低能耗。

2.2 窗的节能技术

玻璃窗不仅传热量大，而且由于其热阻远小于其他围护结构，造成冬季窗户表面温度过低，对靠近窗口的人体进行冷辐射，形成“辐射吹风感，严重地影响室内热环境的舒适。目前，就窗的节能措施，首先，控制窗墙面积比。窗户既有引进太阳辐射热的有利方面，又有因传热损失和冷风渗透损失都比较大的不利方面。就其总效果而言，窗户仍是保温能力最低的构件。由于通过窗户的热损失比例较大，因此我国规定：南向的窗墙比≤0.35，东西朝向的窗墙比≤0.25（单侧窗）、≤0.30（双侧窗），北向的窗墙比≤0.20。其次，提高气密性，减少冷风渗透。最后，提高窗户的保温能力。包括改善窗框的保温性能以及使用中空玻璃来改善窗玻璃部分的保温能力

3. 房顶屋面的节能设计

屋面做为建筑物的主要结构之一，其应具有二个最基本的功能，即是保温隔热和防水。普通的屋面材料具有单一性，不能保温和防水二项性能同时兼备。所以我们在对房顶屋面的保温层材料进行选择时可以考虑性能稳定的高强的保温材料来做保温层，这种材料吸水性低，甚至有些材料是不吸水的，同时用这样的材料做屋面时为了保证材料的干燥和防止其老化，可以在材料上面加上混凝土来做保护层。同时，在考虑保温的同时，还要具有隔热的效能，现在高层建筑中许多层面的材料选择都不具备隔热的节能标准，在进行隔热的措施操作时没有很好的对节能材料进行选用，这样就很大程度的影响了热环境的效果，使传系统和传热能耗无法降低，从而达不到节能的要求。目前聚酯弹性体、喷涂聚氨酯硬泡屋面保温防水一体化技术能起到保温、隔热、防水一体化的效果。

三、小结

建筑节能是国家发展的基本国策之一， 随着高层建筑数目的不断增加，实现高层建筑的节能减排将引领窝工建筑行业发展风尚，推动全社会高层建筑节能技术的发展，因此，在高层建筑设计中，设计工作者应该从建筑设计的实用性和环保性出发，针对具体的建筑工程及其外部环境，做出科学合理的节能设计方案。

参考文献：

[1]陈慧，刘苗苗，徐晓晨，等.高层建筑的建筑节能设计[J].工程建设，2009.

[2]徐钟.高层建筑节能设计[J].河北煤炭，2009.[3]李效军，陈翔.可持续的生态建筑设计[J].建筑学报，2001（5）.

[4]王晶.浅谈几种建筑围护结构节能设计[J].甘肃科技，2006（7）.