分析建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法概述

范乃波 洪效祥 葉祥義

摘 要：隨著我國新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，建筑工程項(xiàng)目得到了快速的發(fā)展，隨之而來的便是建筑耗能問題。當(dāng)前，建筑耗能在全社會(huì)耗能中的比重越來越大，呈現(xiàn)出急劇上升的趨勢(shì)。因此，強(qiáng)化建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)，也就成為了當(dāng)務(wù)之急，同時(shí)其也是降低建筑能耗的治本之策。在本文中，筆者即分析建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能；優(yōu)化設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)方法

在我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過程中，有三個(gè)”耗能大戶”，也就是工業(yè)耗能、交通耗能和建筑耗能。在這三個(gè)“耗能大戶”中，建筑這個(gè)“耗能大戶”在全社會(huì)總耗能中的比重越來越大，與我國建立資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的社會(huì)發(fā)展目標(biāo)相背離。所以，必須高度重視建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)，切實(shí)降低建筑能耗，緩解我國能源資源緊張的局面。

1 建筑技能及其優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.1 建筑節(jié)能的內(nèi)涵

建筑節(jié)能的內(nèi)涵主要包括兩個(gè)方面，第一個(gè)方面指的是建筑在正常發(fā)揮其功能條件下的能耗問題；簡(jiǎn)單來說，在滿足人們?nèi)粘Ｉ钏柚薪ㄖ枰馁M(fèi)的能量；第二個(gè)方面是建筑外圍結(jié)構(gòu)的隔熱和保溫問題。如果隔熱和保溫材料的質(zhì)量不高，則會(huì)增加建筑耗能總量。

這兩個(gè)方面的問題好比一枚硬幣的兩面，如果把兩個(gè)方面的問題同時(shí)解決，或者是在設(shè)計(jì)過程中叫好解決這兩個(gè)方面的問題，則可一石二鳥，不僅實(shí)現(xiàn)建筑物的節(jié)能，而且可以節(jié)省工程造價(jià)。

建筑節(jié)能問題關(guān)系著國家能源資源戰(zhàn)略、可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)等等，對(duì)于擴(kuò)大內(nèi)需、提高國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的質(zhì)量和效益有著重要的作用和意義。

1.2 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)優(yōu)化

建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的優(yōu)化問題，指的是在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，通過節(jié)能方案的對(duì)比等，找到節(jié)能的最優(yōu)辦法，從而實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的目標(biāo)。而其中最難的便是“最優(yōu)”兩個(gè)字，筆者把這來給個(gè)字理解成一定的范圍，也就是根據(jù)建筑的具體能耗情況，設(shè)計(jì)多種節(jié)能方案，通過對(duì)比研分析和研究，確定采用哪個(gè)建筑節(jié)能優(yōu)化方案。

而建筑節(jié)能方案的制定，需要綜合考慮建筑群的朝向、間距和道路的布局情況等，以及綠地分布范圍。

2 建筑節(jié)能技術(shù)和內(nèi)容

2.1 建筑節(jié)能技術(shù)

現(xiàn)階段，建筑節(jié)能技術(shù)主要包括維護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能技術(shù)、采暖節(jié)能技術(shù)和太陽能技術(shù)等。

2.1.1 維護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能技術(shù)

建筑物的維護(hù)結(jié)構(gòu)，也就是通常所說的墻體、屋面及門窗工程。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能技術(shù)是指通過采用墻體保溫（外保溫、內(nèi)保溫、自保溫、夾芯保溫等技術(shù)）、門窗及屋面節(jié)能等措施，減少建筑的使用能耗。其節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，直接影響著建筑物的整體耗能情況。如住宅節(jié)能就是通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)，達(dá)到比傳統(tǒng)住宅節(jié)約能耗25%的目標(biāo)。

2.1.2 太陽能節(jié)能技術(shù)

太陽能取之不盡，用之不竭，太陽能技術(shù)當(dāng)前在現(xiàn)階段的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了建筑散熱、遮陽效果和能量收集三者的有機(jī)結(jié)合；其中混合型節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，為建筑物提供了光照和熱能，并在一定程度上降低建筑物整體耗能。

2.1.3 采暖節(jié)能技術(shù)

當(dāng)前，水源熱泵系統(tǒng)是應(yīng)用最廣的是采暖節(jié)能技術(shù)。水源熱泵系統(tǒng)把地表水源吸收太陽能，把地下水源吸收的地?zé)崮苁占饋恚纬杀容^豐富低溫低熱的能量，大幅降低了高位電能輸入，實(shí)現(xiàn)建筑物熱能的轉(zhuǎn)移。由于前期投入成本較高南方地區(qū)應(yīng)用較少。

2.2 建筑節(jié)能的內(nèi)容

建筑的內(nèi)容主要包括三個(gè)方面的內(nèi)容：

2.2.1 建筑主體節(jié)能

建筑主體節(jié)能的優(yōu)化設(shè)計(jì)，需要根據(jù)不同氣度的氣候和建筑能耗特點(diǎn)來進(jìn)行，需要遵循兼顧冬夏、整體優(yōu)化的原則，通過模擬建筑能耗，優(yōu)化建筑能耗設(shè)計(jì)，主要是選擇體型系數(shù)、合理布置空間格局、控制不同朝向的窗墻比例等等，從整體上降低建筑物的能耗。

2.2.2 常規(guī)能源的優(yōu)化利用

常規(guī)能源的優(yōu)化利用可以從四個(gè)方面入手：①因地制宜選擇冷熱源優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高采暖、空調(diào)等能源的轉(zhuǎn)換效率；②采用合理的調(diào)控方式，節(jié)省輸配系統(tǒng)的能耗；③優(yōu)化照明的控制系統(tǒng)，降低照明能耗；④選用合適的能源制備生活用水。

2.2.3 可再生能源的綜合利用

根據(jù)建筑物的類比、建筑物所在地的氣候特點(diǎn)，以及可再生能源的綜合利用情況，選擇上文中所提到的各種建筑節(jié)能技術(shù)，也就是采暖節(jié)能技術(shù)、太陽能技術(shù)和地?zé)崮芗夹g(shù)等。

3 建筑節(jié)能的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

建筑節(jié)能，從設(shè)計(jì)角度來講，指的是在住宅、公共建筑等規(guī)劃和設(shè)計(jì)中，執(zhí)行國家現(xiàn)行的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，通過采用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)和施工工藝流程，利用可再生能源系統(tǒng)等，降低建筑的能耗。

3.1 屋頂節(jié)能優(yōu)化方法

實(shí)際上，屋頂屬于建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其可以讓室內(nèi)和室外產(chǎn)生溫差，如果室內(nèi)外的溫差過大，則會(huì)增加建筑能耗。屋面節(jié)能一般通過材料和構(gòu)造來實(shí)現(xiàn)，如選用傳熱系數(shù)小、蓄熱性大的材料，同時(shí)注意材料層的排列。現(xiàn)代建筑中平屋面相對(duì)較多，倒置型保溫屋面被廣泛使用，此種屋面保溫層在防水層之上，使保溫層還起到了防水層作用，這些材料必須防水和耐氣溫性能好，不易老化。（如礦（巖）棉或玻璃棉板具有良好的憎水性，稅率低，熱阻大，10m厚相當(dāng)于50m厚混凝土板隔熱效果），在建筑設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。提高建筑屋頂?shù)谋馗魺嵝阅埽诙究梢杂行У謸鹾畾膺M(jìn)入到室內(nèi)，夏季可以吸收太陽的輻射，減少熱能，從而減低空調(diào)的能耗。

而屋頂節(jié)能優(yōu)化的方法另一個(gè)是依靠太陽能技術(shù)。相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示，地球所攔截的太陽輻射能量相當(dāng)于當(dāng)前全球電力消費(fèi)的1500倍，而在當(dāng)前的技術(shù)水平條件下，太陽能技術(shù)僅僅有一小部分被開發(fā)利用。因此，太陽能開發(fā)有著非常巨大的潛力。

此外，太陽能作為一種可再生能源，代替常規(guī)能源的可能性非常大，同時(shí)其也是一種清潔能源，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何的污染和破壞。現(xiàn)階段，太陽能應(yīng)用在建筑節(jié)能上的方式包括：被動(dòng)式太陽能采暖、主動(dòng)式太陽能采暖、太陽能發(fā)電和太陽能供熱水等。而過把太陽能技術(shù)應(yīng)用到建筑屋頂節(jié)能中，無疑是建筑屋頂節(jié)能的最好設(shè)計(jì)方法。

3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能優(yōu)化方法

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能優(yōu)化方法主要包括三種：

（1）外墻內(nèi)保溫技術(shù)。該技術(shù)主要是指在建筑的外墻結(jié)構(gòu)內(nèi)部增設(shè)保溫層，內(nèi)保溫層的施工進(jìn)度比較快，施工方式也比較靈活，同時(shí)還可以對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行有效的控制。內(nèi)保溫技術(shù)已經(jīng)成熟，國內(nèi)這方面的施工經(jīng)驗(yàn)也比較多，因此可大范圍推廣；

（2）外墻夾芯保溫技術(shù)。該技術(shù)主要在我國東北等冬季較為寒冷地區(qū)有著廣泛的應(yīng)用，其主要是在是把保溫層夾在內(nèi)外墻的中間，而建筑主體需要時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)或者磚墻結(jié)構(gòu)。這種技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是：防水性能良好、耐候性能良好等。

（3）外墻外保溫技術(shù)。該技術(shù)是現(xiàn)階段正在大力推廣的一種節(jié)能保溫技術(shù)，就是在垂直外墻的表面建設(shè)保溫層，所以，建筑主體結(jié)構(gòu)需要是混凝土結(jié)構(gòu)或者磚墻結(jié)構(gòu)。這種技術(shù)的技術(shù)含量比較高，適用范圍也比較廣，不僅可以用于新建樓房的節(jié)能保溫，而且可以用于危舊樓房的改造。

（4）外墻自保溫技術(shù)。該技術(shù)是指通過對(duì)墻體自身采取一系列新型技術(shù)，使其導(dǎo)熱系數(shù)極低，甚至達(dá)到了絕熱的程度。一般采用保溫砌塊為主要外圍護(hù)材料，在造價(jià)上較為經(jīng)濟(jì)，且施工周期較短，可大大加快施工進(jìn)度，絕熱材料設(shè)置在外墻中間，有利于較好的發(fā)揮墻體本身對(duì)外界的防護(hù)作用。作者在建筑設(shè)計(jì)過程中，特別是公建設(shè)計(jì)中用外墻自保溫較多。

3.3 門窗節(jié)能優(yōu)化方法

對(duì)于建筑門窗的節(jié)能優(yōu)化，主要是減少門窗的滲透量、傳熱量和太陽輻射能量三個(gè)方面。具體的優(yōu)化方法是：盡可能縮小門窗的面積；選擇最適合建筑物的窗型；在門窗上增設(shè)保溫隔熱層；合理確定門窗的材料；增加遮陽設(shè)施等。其中玻璃及型材的選擇在節(jié)能優(yōu)化起著相當(dāng)重要的作用，一塊12mm厚的透明玻璃的傳熱系數(shù)為5.5，而6mm透明玻璃+12mm空氣層+6mm透明的中空玻璃的傳熱系數(shù)能達(dá)到了2.8，因此中空玻璃在門窗節(jié)能設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。

通過以上分析，我們可以指導(dǎo)，建筑節(jié)能的一個(gè)重點(diǎn)便是建筑主體維護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能措施。所以，在建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)中，應(yīng)在這方面多設(shè)計(jì)幾套節(jié)能方法，通過對(duì)比分析，選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

4 結(jié) 語

作為我國三大“耗能大戶”之一的建筑耗能，在我國社會(huì)總耗能中的比重有逐年上升的趨勢(shì)。而隨著我國新型城鎮(zhèn)化進(jìn)行的不斷加快，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)成為當(dāng)務(wù)之急。在本文中，筆者介紹了建筑節(jié)能及其優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)涵，并介紹了當(dāng)前集中借助節(jié)能技術(shù)，最后指出了建筑節(jié)能的優(yōu)化方法，主要是建筑屋頂節(jié)能優(yōu)化、內(nèi)外墻保溫節(jié)能優(yōu)化和門窗節(jié)能優(yōu)化這三個(gè)方面。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡陽軍，毛建新.淺析建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].江蘇建筑，2010（3）.

[2]高華.淺談建筑節(jié)能與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2009（31）.

[3]謝豐榮，李艷輝.，建筑節(jié)能與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].土木建筑學(xué)術(shù)文庫，2010（11）.

[4]張雪舟，趙鳳山，聶梅生.建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)案例分析[J].住宅研究，2012（9）.

[5]王正鵬，陸元晶.城市地下空間結(jié)構(gòu)規(guī)劃若干問題探討[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2009（12）.

作者簡(jiǎn)介：范乃波（1981-），女，本科，工程師，主要從事建筑設(shè)計(jì)工作。