淺談高層建筑節能設計措施

【摘要】當前，全球都進行快速發展階段，其中建筑行業能耗之大已經成為發達國家所擔心的主要問題，資料顯示，近些年我國建筑能源消耗也正在不斷提升，其能耗占我國能耗的32%，比例之大已經讓社會各屆不斷關注并呼吁建筑節能的全面推進。而相關數據也顯示，建筑節能有很多具體的方法與技巧，在部分發達城市實施中也取得了很好的效果。2016年1月，《墻材革新與建筑節能》刊發一篇名為《上海超額完成“十二五”建筑節能和綠色建筑目標任務》的文章，其中談到2015年上海建筑節能取得的新成就，建筑節能可以使能耗降低25%左右，可見建筑行業節能還有很大發展空間，需要我們進一步探索。

【關鍵詞】高層建筑；節能；設計；綠色

1.理論基礎分析

高層建筑節能設計是在設計滿足需要的高層建筑時本著節能的基本原則，充分考慮地區特點，利用氣候優勢，在建筑規劃分區、群體和單體、建筑朝向、間距、太陽輻射、風向以及外部空間環境等方面進行充分研究后，給出的低能耗建筑方案。

2.我國高層建筑節能設計現狀分析

當前，全球都進行快速發展階段，其中建筑行業能耗之大已經成為發達國家所擔心的主要問題，資料顯示，近些年我國建筑能源消耗也正在不斷提升，其能耗占我國能耗的32%，加上每年房屋建筑材料生產能耗約13%，建筑總能耗已達全國能源總消耗量的45%。龐大的建筑能耗，已經成為國民經濟的巨大負擔。我國現有建筑面積為600多億m2，絕大部分為高能耗建筑，且每年新建建筑近30億m2，其中90%以上仍為高能耗建筑。比例之大已經讓社會各屆不斷關注并呼吁建筑節能的全面推進。而相關數據也顯示，建筑節能有很多具體的方法與技巧，在部分發達城市實施中也取得了很好的效果。2016年1月，《墻材革新與建筑節能》刊發一篇名為《上海超額完成“十二五”建筑節能和綠色建筑目標任務》的文章，其中談到2015年，上海市獲得綠色建筑標識建筑98個，總建筑面積952萬平方米（二、三星高星級綠色建筑所占比例超過75%）；累計263個，2356萬平方米；2015年通過綠色設計項目603個，建筑面積3174萬平方米。完成既有公共建筑節能改造508萬平方米（400萬平方米的既有公建節能改造單位面積降耗達到25%以上）；實現可再生能源建筑應用423萬平方米。落實預制裝配式建筑600多萬平方米，預制構件生產能力達到130萬立方米。可見建筑行業節能還有很大發展空間，需要我們進一步探索。

3.高層建筑節能關鍵技術

3.1建筑群設計

（1）通風與采光設計

建筑群的整體設計應該考慮到夏季通風與冬季采光的重要性，為了更有效的通風，建筑群在整體布局上要考慮到每一棟建筑的位置、朝向，使大數建筑內房間能夠在夏季有自然風進入，達到防熱的目的；冬季有充足的陽光進入達到采暖的目的。設計中可以考慮“高低錯落”、“前低后高”的方式，也稱錯列式；也可以采用斜列式等其它模式，以保證建筑群整體的通風與采光。

（2）體形設計

建筑體形系數是指建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的體積的比值。住宅建筑耗熱量指標隨體型系數增長而增加，從有利節能出發，體型系數應盡可能小。《民用建筑節能設計標準》規定“建筑物體型系數宜控制在0.30及0.30以下；若體型系數大于0.30，則屋頂和外墻應加強保溫。”

可從以下幾個方面入手：合理擴大進深尺寸，合理利用住宅類型特征（小天井、內廊式），平面空間組合集中緊湊，盡量減少凹凸變化，合理提高層數，加大體積，加大建筑物體量，（應避免作2000m2以下的小體量，以3000～4000m2為宜），縮小建筑物長、寬、高邊長比率，減少體形系數。

3.2戶型設計

（1）戶型格局設計

在保證了建筑群整體的通風與采光后，針對每一戶型，可充分考慮到通風與采光設計。設計中盡量保證更多戶型可以通風、采光。同時，在建筑材料選擇上，一定要選擇節能環保的保溫材料。另外，還要充分考慮到空調、采暖設備的合理應用。

（2）門窗設計

其中涉及到房間的門窗位置、開口方向、開口面積、開口尺度等。在設計時盡量在保證開口面積的同時設計合理的開口位置，以室內空氣能有效流通、采光良好為標準。

通風口位置的設計應進量符合成年人上身為標準。而出風口位置的設置可以偏低，以增大風速，開口寬度盡量為開間寬度的三分之一到三分之二，開口大小應為地面面積的15%至25%，這樣可以有良好的通風。

門窗的體型在設計時也要充分考慮，門的形狀大至相同，但是當前很多高層建筑在窗的設計上為了追求視覺效果，五花八門。在設計上我們在追求外觀漂亮的同時，一定要從建筑節能的角度思考。由于窗戶采用的是玻璃隔斷，因此不及導速度比墻體要快很多，因此開窗面積不宜過大，否則在能源上勢必造成浪費。體形和面積越小，對于保暖越有效果。但體形系數過小，會造成平面布局困難，可能嚴重影響建筑功能。因此，在設計上要合理兼顧二者。另外，建筑設計師一定要充分考慮到地域差別，對于北方更傾向于采暖需求，而對于南方更傾向于夏季避暑需求。要提高窗戶的氣密性，減少冷風滲透；提高窗戶本身的保溫性能，減少窗戶本身傳熱量均是窗戶節能設計的重要方面。住宅節能設計標準規定北向窗墻面積比≤0.25，東西向≤0.30，南向≤0.35。

設計中應執行標準規定，若采用新型節能窗，其窗面積可以適當增大。關于外窗，單層透明玻璃和中空玻璃很難滿足遮陽系數的要求，常用單層熱反射玻璃，單層Low-E中空玻璃、Low-E中空玻璃。根據窗墻比選擇，在施工圖中寫明窗玻璃的傳熱系數K與遮陽系數Sw的要求。在外窗開啟方面，居住建筑外窗開啟面積占所在房問面積的10%，1～6層氣密性3級，7～7 層以上氣密性4級（強條）。

4.高層建筑節能設計注意事項

4.1地域針對性分析與設計不充分

所謂的建筑節能一定要地域特點。首先是要符合自然條件，因此對于地域的充分分析是十分必要的。地域的優勢要充分的利用，劣勢一定要在設計中給予彌補方案這才是建筑節能設計的核心所在。而部分建筑設計在設計中卻不能投入精力充分分析地域特點，設計了所謂的“節能建筑”。自然條件包括地域結構、風向、風力、溫度、適度、溫度變化區間、季節變化、降雨量、降雪量、日照時間等。

而除了自然條件以外，還要充分考慮人的因素。比如地域的生活方式、生活習慣、經濟發達情況、審美觀點、傳統觀念、文化傳統以及宗教習俗等。這些都是需要充分考慮到建筑節能當中的重要因素。

如果忽略了這些因素，就會造成節能設計的失敗，乃至建筑設計的失敗。例如，我國北方地區，以北應該為例，其夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥、日照較少，因此，冬季日照是十分重要的生活需求，也是節能的最好方法。在高層建筑群設計時，應盡量使空間開闊，以獲取充分的陽光照射。

因此，節能設計應與地域性相結合，“ 因地制宜” 才能讓建筑在消耗最少能源、釋放最少碳排放、對環境損害最小、經濟效益最高的情況下為人們創造舒適的建筑環境，建設具有地域特征的節能建筑，進而實現環境與社會經濟共同可持續發展。

4.2過度依賴節能材料造成的高成本

很多建筑設計師在設計節能建筑時，不在通風、采光等建筑設計本身上下功能，反而把目光集中在大量高品質節能材料當中。北京某如鋒尚國際公寓，在設計時利用了當前流行的八大節能技術手段。其中包括采用外墻子系統、健康新風子系統等。通過這些系統的應用可以實現高層住宅的節能目標。但是，由于節能材料應用較多，造成了造筑本身的高成本，因此樓房在銷售時價格較同地段其它樓盤的價樓高出一倍，也因此，銷售業績不佳，遭受冷門。分析其節能方案就是過度應用節能技術，從而導致成本過高。而這些高成本的投入所帶來的節能效益已經在生產成本中浪費掉了。

小結：

另外，在建筑設計時，一定要充分考慮到節能材料的應用。例如，采用節能環保且保溫性能強的墻體材料；選擇密閉好、隔熱性強的窗體材料；選用綠色節能的燈源等。另外，盡量應用建筑物自身可獲取的太陽能，也可以大大降低建筑物節能。還有，綠色植被的有效運用等方法，未來都可以在高層節能建設中運用。

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作者簡介：

丁啟明（1771.1-）男，吉林長春人，本科，技術職稱：高級工程師，研究方向：工民建。