淺談高層建筑設計中的綠色技術的應用

【摘 要】我國的高層建筑剛剛起步，而且在快速的發展中，然而城我國在這方面的經驗不多，而且管理機制尚不健全，往往忽略生態環境的保護、建筑設計節能意識淡薄，造成高能耗、低效益，影響常年使用，浪費巨大。所謂建筑節能不僅是建筑本身的節能，且由城市的綜合環境、氣候條件、總體布局；建筑物的形體變化、朝向；外圍護結構保溫、隔熱的性能；門窗質量等許多綜合性因素構成，因此，高層建筑的節能首先應為設計者重視。

【關鍵詞】高層建筑；優化設計；綠色技術

1、建筑設計層面上的節能

①建筑的朝向設計。建筑的方位與節能有著直接關系。如，在北緯40度～45度地區，冬天建筑的朝向所得到的輻射能量幾乎比夏天多兩倍，而在夏天東、西向所得到的能量比南向多2.5倍，不同朝向，不同季節，建筑物所得到的太陽輻射熱能量不同，熱損失也不同，尤其是在冬至前后，由于太陽高度角低，房間所接收的太陽光線的面積比夏天多得多。在確定建筑的方位時首先應考慮環境情況，按其太陽高度角做出日影響圖，以確定冬季每天的日照時間，建筑南向開窗面積盡可能大些，在滿足采光條件下，北向、東向窗盡可能小些，從而獲得更多的太陽光線，減少熱損失，保持室內舒適的溫度環境。

②體形與平面布置。體形系數，即建筑物外表面面積與其所包圍的體積之比值。對于相同體積的建筑物，其體形系數越大，說明單位建筑空間的熱散失面積越高。體形系數每增大0.01，能耗指標約增加2.5%。外表面面積越大，熱損失越多，不規則的外圍護結構，往往是薄弱環節。因此，應該正確處理體形、平面形式與保溫的關系。建筑平面的巧妙布置常能獲得較為滿意的節能效果。如將電梯、樓梯、管道井、機房等布置在建筑物的南側或西側，可以有效阻擋日射；設置空中庭院，以樓梯或坡道聯系，空中庭院不但是人們的交往空間，也起到組織自然通風的作用，又克服了空調是內空氣品質差的弱點。

③綠化與節能。近年來由于城市綠地不斷減少，加之空調的大量使用，導致“熱島效應”，空氣環境日益惡化，給建筑帶來負效應。一塊草地和一塊瀝青地面的表面溫度差可達14攝氏度以上。綠地蒸發大量水分，帶走大量熱量，為建筑物創造了十分有利的周圍環境條件，同時美化了城市，改善了空氣品質。

2、優化圍護結構墻體設計

2.1 外墻是圍護結構的主體部分，高層建筑的圍護結構不同于磚石結構房屋，前者是鋼筋混凝土框架或剪力墻結構承重，因此，圍護結構屬于填充材料，為了減輕荷載，達到保溫、隔熱要求，采用輕質高效保溫材料，目前在寒冷地區常用的墻體做法有：頁巖陶?；炷量招钠鰤K；粘土空心磚與實心磚復合墻體；粘土實心磚或空心磚巖棉夾心復合墻體等。但存在問題較多，節能的效果仍達不到標準的要求。圍護結構的材料布置分外側和內側，在寒冷地區的同一氣候條件下，由于材料層次布置不同所取得的保溫效果也不盡相同，為防止墻體內產生冷凝水，保溫層設在外側更為妥些。

2.2 高層建筑的圍護墻體不宜采用外側保溫的聚苯乙烯泡沫板（舒樂板、PG板），巖棉板等輕質保溫材料。一幢建筑的壽命少則幾十年，多則上百年，材料的應用與建筑整體的壽命應同步。對于輕質的外保溫復合墻體，存在以下不足之處：（1）抗震能力差，易松散，與結構構件結合不好，整體性能差。 （2）不能承受外部裝修貼、掛荷載，如：貼石材，安裝裝飾構件等。（3）不能承受有振動的鑿、刨的裝修，如：剁斧石面層、予留洞、槽易出現冷橋。（4）墻表面易出現裂紋。除此之外，復合墻體由于框架梁拉、剪力墻的嵌入，墻體內容易造成冷橋，是保溫、隔熱的薄弱環節。據測定，高層建筑所出現的冷橋約占整個熱損失的5%～13%，因此應引起設計者重視，采取有效構造措施盡可能避免產生冷橋。

2.3 國外普遍推廣采用混凝土空心砌塊用于高層建筑圍護結構保溫，歐、美各國取得不少先進經驗。如：美國研制的TB型保溫隔熱復合砌塊；波蘭的咬合式保溫砌塊，兩塊組合成320厚墻體，在空心砌塊內填入高效保溫材料，墻體傳熱系數K=01209～1100W/m2k；芬蘭研制的一種空心砌塊，空隙之間填入聚胺脂保溫材料，300厚，傳熱系數K=0.25～0.28W/m2k.某些歐美國家50%左右的建筑已應用多種形式的混凝土空心砌塊。由于混凝土空心砌塊保溫效果好，又具有一定強度，避免了輕質復合材料墻體的一些弊端。

3、影響建筑節能的其他因素

3.1 高層建筑外圍護墻體耗能量較大，占整個建筑耗能的25%左右。建筑的形體變化是建筑外露面積的主要因素之一，體形系數越大耗能越多，國外的一些高層建筑造成圓塔形，比如美國洛杉磯的好運飯店、法國戴高樂機場候機樓、紐約第三大街53號辦公樓都是圓型或橢圓形，我們知道，相同的面積，圓的周長最短，這樣使建筑外露面積較小。因此，基于能量損耗的考慮，高層建筑的形體變化不宜過多、復雜。

3.2 高層建筑的“風環境”是影響建筑耗能因素之一。 在冬季，風力對建筑的熱損失很大，增大冷空氣的滲透量，使室內熱損失加大。由于建筑某些部位處理不當，墻體內部易產生冷凝水。因此，建筑保溫材料的選用，建筑構造的合理性應建立在科學、可靠的基礎上。節能與高層建筑設計

3.3 窗的節能技術。玻璃窗不僅傳熱量大，而且由于其熱阻遠小于其他圍護結構，造成冬季窗戶表面溫度過低，對靠近窗口的人體進行冷輻射，形成“輻射吹風感”，嚴重地影響室內熱環境的舒適。目前，就窗的節能措施，主要是從以下幾個方面考慮：首先，控制窗墻面積比。窗戶既有引進太陽輻射熱的有利方面，又有因傳熱損失和冷風滲透損失都比較大的不利方面。就其總效果而言，窗戶仍是保溫能力最低的構件。由于通過窗戶的熱損失比例較大，因此我國規定：南向的窗墻比≤0.35，東西朝向的窗墻比≤0.25（單側窗）、≤0.30（雙側窗），北向的窗墻比≤0.20。

其次，提高氣密性，減少冷風滲透。最后，提高窗戶的保溫能力。包括改善窗框的保溫性能以及使用中空玻璃來改善窗玻璃部分的保溫能力。

4、結語：

我國近年來提出可持續發展這個概念，但是卻在現實生產中步履艱難，但是這是一條必然的路，我們沒有放棄對綠色技術的追求，相繼出現了許多關于綠色建筑的條文和法規，經過多年努力，我國民用建筑節能的管理規定、法規體系初步建立，形成了建筑節能的技術支撐體系，建立了一些試點項目，并且還進行了一些國際交流的合作項目。

在國外已經十分完善的綠色建筑技術的系統中有很多東西值得我們學習，單憑建筑師一個人的努力是完全不夠的，還應該有社會各界的配合和各個專業的共同發展。綠色高層建筑是我們要走的一條必然的路。

參考文獻：

[1]《生態建筑：面向未來的建筑》東南大學出版社

[2]《發展生態建筑，改善人民環境》劉海龍.住宅科技

[3]《21世紀人居環境的建設》李熙成，等.住宅科技

[4]《21世紀新型建筑的特點》趙里云.建筑