建筑節能設計研究探討

邢智勇

【摘 要】節能環保已經成為時代潮流，建筑節能設計對提高能源利用效率、降低建筑能耗意義重大。我國能源日漸短缺，但是建筑能耗卻沒有被控制在合理范圍，加劇社會能源短缺。從可持續發展的戰略出發，加強建筑節能設計，充分利用自然能源，降低環境污染，是未來建筑發展的方向。本文簡述了當前建筑節能設計的現狀，重點分析了建筑總體設計、細節構造設計、環境控制技術、建筑材料選擇四個方面的建筑節能設計措施。

【關鍵詞】建筑節能；建筑設計；節能研究；節能設計

人類賴以生存的地球只有一個，地球上的資源和能源是有限的，我們現在所依存的能源形式有以上來自于化石能源，這些能源是無法再生的，如石油、煤炭、天然氣等。如今全世界探明的石油儲量僅供開采余年，煤為年左右。我國正處于經濟快速發展時期，對能源的需求及消耗更是逐年呈遞增的趨勢。能源的緊缺必將影響人類的生存和發展，如何節省能源消耗、提高能源的利用效率成為當今各行各業積極研究探討的課題。

1. 我國建筑節能的現狀

隨著經濟的發展，人們對居住和工作環境舒適度的要求也越來越高，例如南方城市家庭空調器擁有率年增加速度達到，夏熱冬冷地區城市居民冬季普遍開始采暖。這一方面反映出人們對室內熱環境舒適性要求的提高，同時也從一個側面反映出我國建筑的圍護結構保溫隔熱性能差，加上空調采暖系統效率低，導致了單位建筑面積能耗高約為同緯度氣候相近國家的三倍左右，能源浪費十分嚴重。另外，我國的主要能源以煤炭為主，每年因建筑耗能而導致大量、煙塵的直接或間接排放。據估計，我國因建筑耗能所引起的溫室氣體排放己占溫室氣體排放總量的三分之一左右，嚴重影響了大氣環境。

所以，無論從整個國際經濟氣候還是中國宏觀經濟大勢來看，中國能源問題已經日趨嚴峻，節約能耗勢在必行，如果不采取措施，積極促進建筑節能，降低建筑能耗，必將影響國家經濟的可持續發展。

2. 建筑節能設計的策略

2.1 平面布局

不同的建筑布局及平面形式將形成不同的冬季熱量需耗和夏季熱量盈余。如一個簡單的敞開式長方形平面，當長向兩端的窗戶盡可能垂直于當地夏季主導風向時，則通風效果最好。應盡可能使其凹口部分面向夏季主導風，以形成“漏斗”效應。

平面布局還要注重為房間的通風組織創造有利條件。在炎熱地區，可以采用通透的平面形式來創造自然通風條件，保持房間的干燥，降低由日曬引起的升溫。例如馬來西亞建筑設計的公寓一般每套都是獨立的，只有少量共用的墻。公共的走廊把相互之間具有很多通風空隙的公寓串聯起來。通過這些縫隙，自然風可以帶走很多熱氣。典型的如Pingiran公寓，平面雖為內廊式，但每套公寓都是獨立的單元，并在南北向、東西向、豎直向均有通風空隙，明顯的改善了居住環境而節省了機械通風的能耗。

另外，在住宅平面構成中，起居室、臥室、書房等屬于室內主要使用空間，而衛生間、廚房、樓電梯間、儲藏室屬于輔助空間，前者的室內計算溫度一般比后者高3～4℃，這樣在設計時就可以采用“溫度分區法”。既將主要空間設置于采集自然能源角度的區域（如南向或東南向），而輔助空間設置于較易散失能源或受外界不利干擾較嚴重的區域（如北向或西北向），并且用輔助空間將受太陽輻射較強的部位如東西向墻面等隔開。

2.2 加強圍護結構的保溫及隔熱性能

加強圍護結構的保溫及隔熱性能，減少傳熱耗熱量；提高門窗的氣密性，減少空氣滲透耗熱量。現有居住建筑圍護結構的熱工性能和門窗氣密性普遍較低，直接影響了室內熱舒適度。我國制定的三個地區的居住建筑節能設計標準，都把提高建筑圍護結構的熱工性能作為核心內容，這也是建筑節能的最有效手段。建筑圍護結構主要包括屋頂、外墻和外窗三個部分：

屋頂，采用高效的保溫隔熱屋面，其傳熱系數、熱惰性指標應滿足標準規定，有條件的可采取屋頂綠化等措施，降低夏季太陽輻射熱。屋面保溫層材料應選用密度較小、導熱系數較低、吸水率較小的保溫材料。目前通常采用的屋面保溫材料為擠塑聚苯板、聚氨酯硬泡沫塑料等高效保溫材料外墻，墻體是建筑外圍護結構的主體，在建筑物外圍護結構中，墻體所占的面積最大，冬季通過外墻散失的熱能約為總耗熱量的22%，其所用材料的保溫性能直接影響建筑物的耗熱量。外墻材料有復合外墻和單一外墻材料兩大類。單一材料外墻包括頁巖燒結磚、陶粒混凝土空心砌塊、蒸壓加氣混凝土砌塊、粉煤灰空心砌塊等；復合墻體一般用磚 或鋼筋混凝土作承重墻，外貼保溫絕熱材料，建筑用絕熱材料主要是巖棉、礦棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫板、泡沫聚氨酯等。由于節能標準的提高單一外墻材料保溫性能很難滿足設計要求，復合墻體越來越成為當代墻體的主流。復合墻體做法主要有內保溫、外保溫、中間保溫。 其中外墻外保溫技術結構適用性廣、構造合理、熱橋影響小、不占建筑使用面積、施工方便、綜合經濟效益顯著等優點，一般為首選做法。

外窗，建筑圍護結構熱工性能最薄弱的環節是窗戶，在建筑能耗方面，鋁、鋼、塑窗散熱量平均約占建筑外圍護結構總散熱量的50%。因此，控制窗墻比，提高窗戶的保溫隔熱性能，是提高建筑外圍護結構節能指標的有效途徑。在保證居室采光通風條件的前提下，盡量減小住宅外門窗洞口的面積，控制窗墻比，減少外墻傳遞的熱量；門窗框設置泡沫塑料密封條，門窗框與墻間的縫隙用彈性型材料、密封膏等密封，提高外門窗的氣密性；采用中空玻璃、鍍膜玻璃鋼塑復合窗和塑料窗，戶門或陽臺門芯板空腹內填充聚苯乙烯板或巖棉板等絕熱性能；南方地區還應采用合適的外遮陽措施；陽臺的外門、窗用密封陽臺封閉起來，并對陽臺頂層頂板首層底板陽臺欄板保溫，樓梯間和外廊設置門窗，嚴寒地區入口設置門斗，減少外墻、外窗的熱損失。

2.3 太陽能、地源熱泵等節能技術的利用。

（1）利用太陽能。太陽能綠色無污染、可再生，我國大部分地區太陽能豐富，開發潛力大。合理利用太陽能，可以有效降低建筑能耗，減少污染。無論哪種形式的太陽能技術，太陽能收集器是必需的，太陽能收集器的形式、朝向、角度、材料、面積大小是決定收集太陽能效率的關鍵因素。太陽能收集器設計于建筑外界面上，根據建筑的特點，可以為太陽能收集器提供承載界面的典型建筑元素包括如下幾部分屋面、陽臺板或遮陽板等建筑構件、墻體、窗和封閉式陽臺、樓梯間或中廳等豎向式貫通空間。

（2）采用地源熱泵技術。冬季使用熱泵機組可以從地下水體、土壤等地源中獲得熱量，然后向建筑物供暖；夏季使用熱泵機組可以從室內吸收熱量，然后轉移到地源中，可以使建筑物內降溫，同時室內的熱量也可以釋放到地源中貯存起來作為冬天取暖時的熱源。

3. 結語

綜上所述，為了實現我國可持續發展戰略，建筑節能勢在必行。只要結合我國國情和實際情況，綜合利用各種節能技術措施，趨利避害，選擇經濟合理的節能方案，必定可以獲得顯著的節能效果。