節約型建筑技術設計策略

摘 要：筆者從建筑技術設計角度出發，闡述了從建筑表皮、遮陽和采光系統及太陽能利用三個層面探討了建筑技術設計的節能策略及方法。

關鍵詞：建筑節能；技術設計；控制策略

引言

目前，以住宅建筑為主的中國建筑業是一個高能耗高污染的行業。未來如此大的建設量，對生態環境的沖擊是可想而知的。可見，在中國，將節約的思想引入建筑設計中，其意義是不可言喻的。筆者就建筑技術設計角度，闡述節約型建筑設計策略。

1 提高圍護結構的隔熱保溫性能

提高表皮的保溫隔熱性能，能夠減少維持室內舒適溫度的能源消耗。采用保溫隔熱性能好的新型墻體材料，這是建筑節能的重點措施。鼓勵采用高效能的墻體材料，嚴格按國家要求禁止使用實心黏土磚。推廣新型墻體材料要與完善建筑體系結合起來，在減少普通磚混結構的同時，積極發展大空間的框架結構及復合結構，為應用新型墻體提供載體。

1.1 單層構造：以單層材料形成保溫隔熱界面。

這主要是對單層材料本身形態的探索。現代科學技術的發展可以更方便地改造自然材料，并創造新的人工材料。傳統的建筑外圍護結構往往是承重結構與保溫隔熱功能相結合，改造較為簡單，單純用磚石、混凝土或木材筑成，外皮也相當單薄。這種材料的保溫隔熱效能很差。例如傳統的普通粘土磚砌體的導熱系數高達0.81w/m.k，而近期迅速發展的、能夠工業化大生產的泡沫聚苯乙烯板、巖棉板、玻璃棉板等高效保溫材料，則可低到0.035-0.04w/m.k)左右，也就是說，其保溫效能高出20倍。與此同時，以往透明材料的保溫隔熱性能通常較弱，因此在追求建筑透明性的同時，往往犧牲了表皮的保溫隔熱性能。然而隨著技術的發展，出現了吸熱、熱反射中空玻璃、低輻射中空玻璃、硅氣凝膠特種玻璃等等這些新材料。它們在滿足功能需求的同時，更增加了保溫隔熱系統的豐富的表現力。

1.2 復合構造：由多種材料組合而成。

這些材料以層的次序組合成多層結構。復合結構通常有兩種建筑方式，三明治建筑方式：各層像三明治一樣相疊，中間的保溫層可為空氣層所代替；箱式建造式：在保溫材料和面層之間保留空氣層，起保溫作用。使用高效保溫材料、隔汽材料和覆面加強材料組合而成的復合墻體，可以以薄得多的結構，取得高許多倍的保溫隔熱效果。

2 提高建筑表皮的遮陽性能和采光性能

2.1 采光系統

對自然光線的利用分為直接利用和間接利用兩種方式。光線的直接利用主要表現為傳統的側面采光概念。這種方式往往會造成眩光。并且只對窗邊的局部區域有效，產生了很大的局限性。因此現在更注重的是對光線的間接利用，通常稱為光學系統或線折轉系統。這不僅能在更大區域范圍內提供自然光線，而且能夠提高光線質量和視覺舒適度，防止眩光的產生。這對房間進深很大，阻礙了對自然光線直接利用的地方，或是對光線質量具有較高要求的區域，如計算機工作間等等是非常必需的。

2.2 遮光系統

遮光構件系統的遮陽方式和設計手法可以從三個方面來考慮：

適應性。遮光固定系統不能夠隨季節、太陽位置的改變來相應地調節遮光構件，對于常年氣候炎熱的地區，這種系統較為適合。活動的系統則可以由使用者根據具體情況來控制，適應于不同季節不同時段太陽高度的改變，因而能夠達到最佳的遮陽效果，對于氣候變化較大的地區來說，具有極大優越性。

安裝位置。安裝在室外一側，這在能源的節約方面較為有利，對傳統東西朝向立面，與沒有遮光系統的玻璃立面相比，使用外部遮光以后用于制冷的能耗可以減半。該系統應與外層表皮保持一定距離，使空氣能夠自由流通；安裝在室內一側，就夏天能源節約的角度而言，其潛力不如前者大。使用內部遮光制冷能耗只能減少20%。但冬天時，這潛在的熱能吸收可以提高室內溫度；安裝在空氣間層，一方面，由于遮光系統安裝在空氣緩沖層之內，受氣候影響較小。另一方面，光線在進入室內之前就己被有效阻止，其遮光效果與室外遮光系統基本相同。

構件形態。遮光構件系統主要形式可分為3類：水平遮光利用本身的形態特征，在建筑立面上形成水平的造型要素，并創造出豐富的光影變化；垂直遮光主要針對太陽高度角較低的側邊日照情況。當構件與內層表皮之間完全垂直時，便不能抵擋太陽高度角較高的炙熱陽光。因此這種方式一般都使遮光構件偏轉一定的角度以加大遮光面，或是設計為可調節角度的活動式，與平面板式相結合，增強其適應性；水平與垂直組合式遮光這種方式兼有前兩者的優點，遮光面廣，對于各種朝向和高度角的陽都比較有效，比較適用于氣候炎熱地區。

3 太陽能的利用

3.1 被動式太陽能系統

不依賴設備，通過建筑自身的因素利用太陽能通風降溫和采暖。這種方式技術較為簡單，經濟可靠，按照利用太陽能方式的不同，可以分為直接得熱式和間接得熱式。

直接得熱式。冬季讓太陽從南面窗直接射入房間內部，用樓板層、墻及家具設備等材料作為吸熱和儲熱體，當室溫低于這些儲熱體表面溫度時，這些物體就會像低溫輻射器那樣向室內輻射供熱。輻射供熱比空氣對流供暖更有效和舒適。此外，為了減少熱損失，夜間必須用保溫窗簾或窗蓋板蓋在窗戶的外側，以消除或減少窗玻璃內側面的凝結水。采用直接得熱式的設計時，南向表面的最佳朝向是正南的15度之內，且朝南的表面不需要全部位于同一墻面上。

間接得熱式。附加陽光間太陽溫室是指那些由于直接獲得太陽熱能而使溫度產生較大波動的空間。這一較高的溫度使其作為緩沖區減少了建筑的熱損失。除此外，溫室還可栽種花卉，以及用于觀賞風景，交通聯系，娛樂休息等多種功能，從而創造了一個置身大自然的室內環境。

3.2 主動式太陽能利用系統

傳統的太陽能利用是純建筑的方式，代價較高昂。主動式太陽能技術力圖使遮陽、散熱與太陽能收集一體化，未來的趨勢是混合型太陽能技術，它是技術同建筑的真正結合。

橡膠陽光集熱板。這是一種相當簡易而傳統的太陽利用方式。將這種以黑色橡膠組成的集熱板放置在屋面或地面上，可將棒內冷水加熱至50℃，這樣的水溫滿足洗浴方面的要求已經足夠。如鋪設在屋面上，這種集熱板還可起到降溫和降低熱反射的作用，大面積使用可有效減少城市中的“熱島”效應。

陽光反射裝置。陽光反射裝置有兩個方面的作用，一是提供光照，二是提供熱量。

太陽能電池板。經過數十年的發展，民用太陽能發電技術現已相當成熟，一塊A4紙大小的電池陣列可發出70-10W的電力。國外節能建筑中己有不少將電池板與屋面或墻面結合的例子。日本更是突破了硅電池組不能彎曲的傳統工藝，使電池板附著于曲面形瓦片上，并將這種太陽能發電，技術從實驗室走向社會。

結語：

與國外相比，我國的單位建筑能耗是同等氣候條件下發達國家的3倍，外墻的傳熱系數為3.5-4.5倍，外窗傳熱系數為2-3倍，屋面傳熱系數為3-6倍，門窗的空氣滲透為3-6倍。建筑年消耗標準煤量更是比國外落后很多，可見我國的建筑節能潛力巨大，節能改造的任務仍然十分繁重，在建筑設計階段進行技術方面的節能研究具有重要意義。

參考文獻

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[2]鐘力.我國生態建筑的示范性實踐[J].建筑學報，2005.9.

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作者簡介：喬麗麗，女，1978年生，本科，工程師，研究方向：建筑設計及其理論。