寒冷地區高層公共建筑節能設計方法探究

許晨

摘 要：在寒冷地區的高層建筑設計中，除了應當注重對新技術成果和新型節能材料的應用，還應當從具體工程實踐、當地氣候環境因素出發，尋找提升優化高層建筑節能設計的策略。在我國寒冷地區的高層建筑工程設計中，設計師以節能降耗的設計原則為基礎，同時考慮到人們對建筑使用性能的需求，降低建筑工程成本費用，提升經濟效益。下文中，筆者將結合個人從事高層建筑節能設計的實踐經驗，分析高層公共建筑節能設計的現狀，總結優化節能設計的要點與建議。

關鍵詞：節能環保；綠色低碳；寒冷北方地區；高層公共建筑

1 前言

加強北方地區高層公共建筑設計節能分析，有利于增強這類建筑物長期使用中的節能效果，優化其節能設計方式的同時滿足可持續發展戰略要求，保持北方地區高層建筑良好的應用下效果。因此，需要提高對北方地區高層公共建筑節能設計重要性的正確認識，運用科學的節能設計方法、健全設計方案，優化高層公共建筑組成結構，促進北方各地區城市化發展。

2 寒冷地區高層建筑節能設計綜述

高層建筑節能設計水平的不斷提升，有利于提高其長期使用中的能源利用效率，優化高層建筑設計方式的同時為其實際應用范圍擴大打下了堅實的基礎，一定程度上緩解了能源危機；在可靠的節能設計理念及方法支持下，能夠優化高層建筑使用功能，增強其性能可靠性，為用戶提供良好的使用環境，給現代城市建設注入活力；依據低碳經濟理念要求，北方地區高層建筑節能設計水平的提升，有利于增加現代建筑企業未來發展中的經濟效益與社會效益，促使高層建筑性能可靠性得以不斷增強，為使用者提供優質的服務。這些方面的不同內容，客觀了說明了注重北方地區高層建筑節能設計的必要性。

3 寒冷地區高層建筑節能設計策略

3.1 朝向與位置的設計策略

針對北方寒冷的區域，應加強日照原理分析與利用，充分考慮用戶對高層建筑的實際需求，確定其最佳的位置與朝向，促使高層建筑使用中能夠接受更多的太陽輻射能量，實現對這些能量的高效利用，優化高層建筑服務功能；根據北方地區季節變化特點，在高層建筑節能設計中需要對不同季節太陽輻射熱量狀況進行分析，并考慮高層建筑所在區域的環境情況，優化設計圖紙，增強高層建筑位置與朝向設計合理性；設計過程中應根據高層建筑結構特點，對不同方向所受日照時間進行考慮：朝南面的高層建筑開窗面積盡可能的大。當高層建筑建筑所在區域具有良好的采光條件時，應減少其東西窗面積，減少建筑物使用中的熱量損失，確保室內溫度適宜性，為人們創造出舒適的居住環境。同時，高層建筑位置與朝向設計中應考慮與周圍環境之間的協調性，保持其良好的設計理念，實現對周圍環境的有效保護，逐漸提升北方地區高層建筑節能設計水平。

3.2 圍護結構的設計策略

一是，高層公建多為框架、框架—剪力墻結構，維護結構應選用輕質材料，常見的有如下幾種：普通混凝土小型空心砌塊、輕骨料混凝土小型空心砌塊，蒸壓加氣混凝土砌塊，墻體的保溫可分為內保溫系統、外保溫系統、夾芯保溫系統。根據圍護結構的功能特性，合理設置保溫層，并選擇輕質高效保溫材料，實踐過程中也需要結合北方地區氣候特點，設置符合圍護結構墻體要求的保溫層：將其設置在圍護結構墻體外側效果更加顯著。重視圍護結構墻體保溫層的合理設置。外墻外保溫具有較內保溫有明顯的阻斷“熱橋”的作用，而受到廣泛推廣。近些年多發的火災事故，與外墻保溫材料的可燃性能都有很大關系，因此，節能設計的同時更需要考慮防火設計。《建筑設計防火規范》（GB50016-2014）中明確提出了不同使用性質、不同建筑形式下的外墻保溫材料的燃燒性能，在正確的燃燒等級下選擇相應的保溫材料。在同一限值范圍內，混凝土砌塊+巖棉系統所需要的材料厚度最小，也就是成本最低，是優先選擇的形式。而巖棉的不燃燒性能更滿足了高層建筑的使用功能要求。

二是，在選用高層建筑圍護墻體材料時，并充分地考慮材料的性能可靠性與建筑物壽命之間的關系，因此，運用高層建筑圍護墻體構造措施時，應確保實際的操作有效性，避免產生冷橋，增強圍護結構墻體設計的合理科學性。

三是，結合北方地區高層建筑實踐應用中節能設計要求，設置圍護結構墻體時應提高砌塊利用效率，增強整個圍護結構墻體保溫效果，實現北方地區高層建筑節能設計。像西方國家所用的咬合式保溫砌塊，使用過程中能夠優化墻體性能，保持其良好的傳熱系數，確保了圍護結構墻體設置有效性。實際操作中若將聚氨酯保溫材料置于空心砌塊中，有利于增強墻體保溫效果，滿足北方地區高層建筑節能設計要求。因此，在設置北方地區高層建筑圍護結構墻體時，應重視混凝土空心砌塊使用，提高墻體強度的同時保持其良好的保溫效果。

3.3 能耗與風力的設計策略

北方地區節能及高層建筑設計分析中也需要對其它影響因素進行高效處理，確保高層建筑節能效果良好性，給予高層建筑安全使用科學保障，促使其節能設計水平可以達到行業技術規范要求。這些影響因素包括以下方面：

一是，設計師應當注重對能耗數值的控制。在高層公共建筑的墻體和圍護結構設計中，應當考慮如何優化圍護結構設計，以實現建筑能耗數值的降低，從而提升節能效果。筆者認為，高層公共建筑的墻體圍護設計應當盡量簡潔、避免復雜的結構設計，同時對墻體圍護的能耗數值進行檢測，確保滿足節能降耗的設計目標。

二是，高層公共建筑設計中應當加強對風力因素的考量。我國北方地區的氣候特征為冬季寒冷、干燥，設計師應當考慮到強風對高層建筑熱量的消耗。因此，在設計方案中，要盡量防止高層建筑內部流入冷空氣，避免高層建筑內部熱量流失和溫度降低。筆者建議，在高層公共建筑設計中，除了科學合理的內部結構設計，還應當選擇保溫效果好的建筑材料，對熱量損耗的數值、風力數值進行評估計算，提升節能設計的準確性。

3.4 其他設計要點

針對我國北方寒冷地區的地理環境、氣候因素，在高層建筑設計中應對下列事項與因素做出分析和思考，從建筑工程項目的實際情況和條件出發，設計出最佳的節能方案：

一是，在高層公共建筑設計中，一方面應當思考如何降低能耗，從實現情況和氣候環境等具體內容出發，實現節能環保的設計目標；另一方面，應當確保高層建筑設計的質量、穩定與安全。

二是，借助計算機軟件和信息數據處理技術，構建BIM三維立體建筑設計模型，認真管控每一項設計環節與施工流程，提升節能效果。

三是，作為設計師應當樹立科學的節能環保設計理念，掌握并合理運用節能設計的相關理論及知識，學習和借鑒國內外高層建筑節能設計的成功經驗與案例成果，同時從實際情況出發，因地制宜，提升高層公共建筑節能設計的水平。

4 結論

綜上所述，隨著國內市場經濟的持續發展、人們物質生活水平的穩定增長，城市建設與發展的速度也在加快，高層建筑工程項目數量日漸增多，以滿足城市居民對生活、工作的空間使用需求。高層公共建筑工程的設計方案中，如何實現綠色節能、減排降耗，提升對能源的利用效率，成為高層建筑工程亟待解決的問題與未來發展趨勢。作為相關企業及設計師應當秉持科學的節能環保設計理念，利用先進的技術手段，對高層建筑工程的能耗因素、設計方案進行模擬、評估及優化，提升設計質量，促進建筑產業可持續發展。

參考文獻：

[1] 李俊明.淺談北方地區高層公共建筑節能設計[J].建材與裝飾，2017（31）.

[2] 張濤.淺談寒冷地區住宅建筑節能設計——以昔陽陽煤職工住宅小區高層住宅樓節能計算為例[J].建材與裝飾，2017（17）.