超高層建筑節能設計探析

李佳鍇

摘 要：在當前城市建設用地緊缺的新形勢下，超高層建筑在城市中不斷涌現。超高層建設具有自身的獨特性，具有普通高層建筑所無法比擬的優勢。但在超高層建設過程中，需要重視節能設計，以此來提高超高層建筑的綠色、環保性能。文章從超高層建筑的特點和優勢入手，分析了當前超高層建筑節能設計的現狀，并進一步對超高層節能設計進行了具體的闡述。

關鍵詞：超高層建筑；設計；節能設計；現狀；結構節能；材料節能

前言

以前對于超高層建筑在設計時對其節能設計落實設計理念。自《公共建筑節能設計標準》頒布實施以來，對于建設提出了節能設計的要求。在具體實施過程中，部分地區雖然也按照節能標準來進行設計，但由于受制于節能設計技術水平及現行節能設計標準缺乏約束力，這就導致在建筑設計中節能設計理念并沒有得到較好的落實。特別是在超高層建筑節能設計工作中還存在許多問題，當前迫切需要解決超高層節能設計上存在的一些阻礙，有效的提高超高層建筑節能設計的水平，為建筑行業的健康有序發展奠定良好的基礎。

1 超高層建筑的特點及優勢

1.1 超高層建筑的特點

在建筑設計防火規范中定義，通常將超過100米的建筑稱為超高層建筑，超高層建筑由于所占地面面積不大，但其容積率卻達到較高的水平。盡管超高層建筑地價不高，但其房價卻居高不下。這主要是由于超高層建筑面設計和施工工藝會與普遍建筑存在較大的差異，結構和相關設施更為復雜，而且要保證結構自身的抗震性能和荷載。也就是說在超高層建筑設計時，需要考慮的因素較多，其造價成本相對也較高。

1.2 超高層建筑的優勢

（1）提升城市和國家形象。城市中超高層建筑的興起，其作為現代建筑技術的結晶，標志著城市建筑的發展成就。而且超高層建筑造型較為突出，往往帶給人們強烈的視覺效果，這也使超高層建筑會成為一個城市和一個國家的名片，成為當地的地標性建筑，因此超高層建筑的興起，有效的提高了國家和城市的形象，代表著城市和國家的發展水平。

（2）超高層建筑具有較好的景觀效果，而且處于較高的位置，不僅濕度較小，而且遠離汽車尾氣和塵埃，空氣的質量較好，受干擾程度較小，居住環境較為理想。而且在超高層建筑中，往往工作與生活設施實現了集約化，在建筑內部就可以有效的解決一般性工作和生活問題，給人們帶來了更多的便利，有利于生活效率的提高，對緩解城市交通壓力也具有積極的作用。

（3）超高層建設有效實現了用地的節約。通過建造超高層建筑有效的提高了土地利用率，而且具有較大的容積率，實現了土地資源的充分利用，而且在土地緊缺的情況下還能夠有充足的區域用于綠化，有效的改善了人們的生活環境，超高層建筑對于土地集約化利用水平的提升具有積極的促進作用。

（4）超高層建筑的發展涉及到諸多的學科，如土木工程學、材料科學、機械工程、能源與動力、電子、通訊、自動化、計算機等諸多學科，這些學科的共同進步為超高層建筑提供了動力支撐，可以說超高層建筑的發展有效的促進了科學技術的進步。

2 我國超高層建筑的節能現狀

2.1 耗能大

當前我國建筑耗能為總體能耗量的一半以上，而高層建筑和超高層建筑能耗又為普遍建筑能耗的幾倍，這就造成當前大部分高層建筑和超高層建筑都處于低效率、高能源的狀態，存在著耗能大的問題。

2.2 標準的局限性

當前對于超高層公共建筑的節能問題還沒有統一的標準，很大一部分地區也沒有出臺針對超高層建筑的節能標準，這就導致在超高層建筑設計過程中沒有可參照的數據，因此給節能設計帶來較大的難度。現在建筑節能標準中的許多規定對超高層建筑并不適用。另外，當前能耗模擬軟件設計還不完善，對利用建模來對能耗進行評價帶來了一定的制約，這就導致當前超高層建筑節能工作在技術層面還無法達到節能的標準。

3 超高層建筑的節能設計分析

3.1 利用自然條件的節能設計

（1）自然通風。第一，建筑布局設計。當前超高層建筑多以單體建筑為主，這就需要在具體設計時要確保單體建筑的通風設計的合理性和科學性。在具體設計時，如果單朝向、具有較大進深，無法達到穿堂風的效果；如果風速過大還會對窗戶的開啟和冬季保溫帶來影響，因此在具體設計時需要進行有效調整，確保布局的合理性，從而實現對自然風的有效利用，使建筑內部實現自然通風。第二，形成豎井空間。在實際設計時，要避免出現中庭空間過高的情況，這種情況下容易有強烈的絮流產生，從而形成過大熱壓，會對居民的正常生活帶來較大的影響。第三，玻璃幕墻圍護。在高層建筑設計時，過高的熱壓和風壓問題是客觀存在的，因此在設計時，可以采用雙層玻璃來緩解這一難題。利用雙層玻璃在白天能夠起到蓄熱效果，同時開啟內層后能夠實現層間的自然通風，具有較好的節能效果。

（2）天然采光。在高層建筑節能設計中，需要充分的利用自然光照，在白天可以有效的滿足人們日常生活工作需求，而減少室內熱環境調節過程中能源消耗。在具體設計時，盡可能的將超高層建筑的陽臺進行拓寬，或是加寬落地窗面積，使陽光能夠充分的進入到室內。

3.2 建筑結構的節能設計

（1）朝向設計。通過合理設計超高層建筑的朝向，能夠有效的利用太陽能，實現人工能耗的節約。特別是對于我國北方地區，合理規劃超高層的朝向，能夠有效的節約取暖能耗。在具體設計時，需要先對太陽的高度角進行確定，然后設計出合理的日照影像圖，以此為依據來對冬季建筑日照有效時間進行確定。在滿足采光需求的基礎上，還要將建筑南向的開窗面積盡量拓寬，減少東北向開窗面積，這樣可以使室內獲得更多的日光照射，而且室內熱量流失率也能夠得到有效的控制。

（2）高度設計。建筑高度變化會直接導致相關的參數發生變化，使能耗發生一定的改變。特別當建筑高度超過百米時，所有氣象參數都會發生改變。因此一旦建筑高度過高，必然會導致能源消耗量增加。因此在實際設計過程中，需要以具體、詳細的參數作為依據來合理規劃建筑的高度，確保找到一個最優值，從而實現超高層建筑的節能。

3.3 建筑材料的節能設計

（1）高性能鋼的利用。高性能鋼主要有高張力鋼、低屈服點鋼、TMCP鋼與SN鋼。超高層建筑對鋼材的性能具有較高的要求。如鋼材的強度、硬度以及窄屈服幅度的耐久性、鋼材的可焊性及在精度深加工時的性能。高性能鋼的出現有效保障了超高層建筑的安全穩固性，節約建造材料與能源。

（2）新RC結構。新RC結構指的是鋼筋混凝土的改良。混凝土的強度能夠達到78.4mpa，遠遠超出傳統混凝土強度。這提高建筑耐久性和穩固性具有非常好的效果。

4 結束語

超高層建筑是未來建筑發展的主要趨勢，在當前能源嚴重緊缺的新形勢下，需要重視超高層建筑的節能設計，有效的提高超高層建筑的節能設計水平，為建筑業的健康發展奠定良好的基礎。

參考文獻

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