現代高層建筑的節能設計

聶悅

摘 要：本文通過分析高層建筑節能設計的現狀和節能設計中應該注意的問題，進一步提出高層建筑節能設計的的途徑。

關鍵詞：高層建筑；節能設計；途徑

1 我國高層建筑節能設計的現狀

我國的建筑節能設計開始于80年代，最初主要應用于北方的采暖節能設計。80年代到90年代間，我國制定了關于建筑節能的標準，主要在門窗氣密性、墻體保溫、加大圍護結構熱阻等方面采取措施。后來國家對民用建筑也出臺了相應的建筑節能標準。《中華人民共和國節約能源法》最初將建筑節能設計的重點放在北方地區，因為北方地區冬季較為嚴寒，相比來說采暖能耗較大。而隨著南方經濟的發展，空調的使用用戶攀升，進一步加大了建筑能耗，建筑設計過程中能源浪費程度也因此加劇。為此，全國范圍內的建筑節能工作正式展開。

2 高層建筑節能設計應該注意的問題

2.1 優化建筑結構設計

對于高層建筑來說，外表墻體是消耗較大的一部分，建筑的外表形體直接影響到建筑外露的墻體面積，墻體面積外漏越大，耗能越大。所以在對高層建筑結構進行優化時，盡量采用圓形結構，因為相同面積情況下，圓形是最為節能和環保的建筑設計結構。另外，在建筑結構設計過程中還要注意建筑結構的形狀不宜多變，因為變化越大，耗能就越大。

2.2 合理設計建筑位置和朝向

建筑定位和朝向是建筑設計首要考慮的問題，最終目的是要保障高層建筑能夠接觸到充足的陽光。既是為了人類健康的需要，同時也有助于建筑節能。比如在我國北方，因為維度較高，冬季較為寒冷，建筑物要盡可能地接觸到陽光，才能滿足房屋采暖的需要，但是不同地區、不同緯度、不同季節的陽光擁有不同的輻射量。因此，建筑人員在建筑設計時應該綜合考慮各項因素，設計出合理的建筑位置和朝向，針對不同地區的環境特點，對房屋采取不同的采暖設計。

2.3 合理利用可再生能源

可再生資源對高層建筑節能設計有極大的幫助作用，最容易用到的可再生資源便是太陽能，比如太陽能的發電技術和熱水技術。隨著太陽能產業的發展及人類對太陽能的廣泛利用，在未來的高層建筑中，外墻、屋頂都可以安裝太陽能，發揮產電作用的同時還能起到遮陽的效果。另外在高層建筑中應該廣泛利用地源熱泵這種新型技術，從而減少對空調的使用。這些可再生能源帶來的新技術，勢必會促進高層建筑的節能設計發展。

2.4 優化外圍墻的保溫隔熱設計

因為高層面積受光面較大，建筑的保溫隔熱性能由外圍墻決定。因此，高層建筑在外圍墻的設計過程中，應該加大保溫和隔熱技術的應用，減少室內對空調的使用，由此可以降低對電的消耗。在圍墻建筑材料的選用上可以使用導熱系數小的多孔磚，北方地區的高層建筑門窗應采用雙層玻璃設計。

3 高層建筑的節能設計途徑

3.1 建筑圍護結構體系的節能設計

首先是建筑外墻的節能設計。我國傳統的外建筑外墻材料主要是燒結粘土磚，這種外墻材料對土地資源的消耗較為嚴重。而建筑外墻的承重作用較小，因此可以考慮復合墻體的設計，墻體不會過厚，又能夠起到保溫隔熱的作用。外墻體節能設計在建筑圍護結構中，外墻占據了百分之六十以上的位置，其所消耗的能源也是非常大的，對外墻體的設計，主要包括外墻體保溫隔熱系數的控制，減少墻體保溫隔熱性能的關鍵點是熱橋效應，在外墻體結構層的外側設置保溫層，可以使得建筑當中形成有效地保溫層，使得建筑所受到的外界濕度、溫度等的因素變小。其次是建筑的門窗節能設計。門窗是風、陽光和空氣進入的重要通道，因此必須具備較好的氣密性。在高層建筑的門窗節能設計中，要采用中層窗或雙層窗的設計。在高緯度較為寒冷的地區，可以采用二層窗設計。玻璃的導熱系數較大，因此在設計時要采用雙重或低輻射玻璃等保溫性較好的玻璃材質。再次，墻和窗的比例節能設計。合理的墻窗比是高層建筑節能設計的主要環節，窗和墻之間熱工性能的差異是高層建筑耗能的取決因素，這種差異和耗能呈現正比例關系，差異越大，耗能就越大。另外，墻窗比不僅影響耗能，同時影響建筑的地面效果以及室內的采光通風效果。因此，合理設計窗墻比，防止東西開窗，是高層建筑節能設計應該遵守的原則。

3.2 屋頂設計

屋頂在建筑物節能是中非常重要的部分，其主要有2個特征，包括直接與大氣觸摸和室內與外部空間發生能量交流而導致室內能量丟失的首要部分。對于屋頂的節能保溫設計需要采取有效的措施進行控制，主要是：（1）屋面設保溫層；（2）屋面選型選用帶閣樓層的坡房頂以及遮陽房頂等；（3）設置保溫隔熱屋面、架空隔熱屋面、蓄水屋面、綠化屋面等。

3.3 建筑細節的節能設計

第一，遮陽板的節能設計。尤其在陽光照射比較充足的地域，高層建筑在遮陽板的節能設計過程中，不僅要考慮遮陽板的構造設計，同時還要綜合利用陽臺及垂直綠化帶等因素實現良好的遮陽效果，共同實現遮陽板的形態設計和節能設計。第二，立體綠化的節能設計。隨著城市化的發展，綠化對于高層建筑的節能設計起著至關重要的作用。綠化不僅能起到凈化空氣、吸收陽光等作用，高層建筑節能設計中綠化在吸塵方面發揮巨大作用，減少了建筑吸塵的耗能。

3.4 太陽能及雨水對建筑節能設計的應用

太陽能作為一種常見的可再生能源，是高層建筑節能設計中廣泛使用的能源之一，當前，我國對于太陽能資源的使用已經進入較為成熟的階段。例如，我國第一座太陽能建筑已經在北京建成，該建筑內的洗浴、供熱、供電等所有能耗均由太陽能來提供。太陽能在高層建筑中的應用可以為冬季采暖提供熱量，為夏季空調的使用提供電源，同時可供家庭日常生活耗電等。其次，對于屋頂和地面的雨水收集主要是在綠化用水或者是景觀用水當中進行用水，不僅能夠對水文景觀進行營造，還能夠對局部的熱島效應進行改善。

3.5 推廣水資源的循環利用

就目前的情況來看，關于雨水的收集、沉淀以及利用都在進行應用，單位對于我國還處于一個發展的階段，當前主要是研究采用何種方式將雨水從建筑場地當中進行排放，如今也有很多的住宅和寫字樓都開始安裝中水系統，其效果也是受到廣泛好評。

3.6 做好后期的維護工作

對于建筑節能設計而言，維護工作也是一項非常重要的內容，所以在實際的過程中，應當對建筑當中的能源需求不斷降低，同時不斷的使用可再生能力，等到建筑節能完成工作后，需要采取有效的措施進行維護，從而能夠更好的保障節能設計的使用壽命。

4 結語

建筑本身就是較為復雜的行業，當建筑與節能綜合發展時，需要考慮眾多環節、更多因素。在國家對節能減排的呼吁下，建筑設計要充分考慮節能效果，新環境、新要求就會面臨新挑戰，建筑行業要想取得可持續發展的長遠目標，必須在以后的發展過程中不斷更新和轉變建筑設計方法，注入建筑節能概念，尤其注重高層建筑的節能設計和創新。

參考文獻：

[1] 連津.淺析建筑節能設計在高層建筑中的應用[J].建筑·建材·裝飾， 2015（1）.

[2] 安玉芹.高層建筑節能設計要點分析[J].裝飾裝修天地，2018（1）.

[3] 韓興杰，鄭甜甜.高層建筑節能設計的主要途徑[J].城市建設理論研究：電子版，2015（1）.

[4] 尹超，李子正.高層建筑節能設計及城市空間的分析[J].中國科技投資，2016（7）.

[5] 謝文韜. 綠色建筑設計在高層民用建筑設計的應用[J].引文版：工程技術， 2016（5）：293.