大空間建筑外觀的節能與設計分析探索構架

邵耀東

（山東圣凱建筑設計咨詢有限公司，山東 煙臺 264000）

建筑行業是我國傳統的資源消耗性行業，隨著節能環保觀念在全社會各個領域的深入，建筑行業也需要更加積極地采取節能環保措施。而在建筑外觀的設計中，設計人員應充分了解施工區域的環境條件，并根據建筑工程的使用功能及要求來確定其朝向以及布局結果，合理選擇建筑外觀形式，并積極采用新型節能環保材料以及先進的技術工藝，提高建筑外墻等外圍結構的隔熱保溫功能，并將其與外觀的裝飾美化設計有機地整合成一個整體，從而實現節能減排效果，減少對資源的消耗。

1 大空間建筑朝向以及外觀形式的節能設計

為了提高大空間建筑的節能效果，在設計中應選擇南北朝向，其原因在于與東西朝向相比，采用南北朝向具有更小的冷負荷。以4∶1長寬比的建筑為例，在采用南北朝向時，其冷負荷將比東西向減少70%左右[1]。同時，在建筑外觀設計中還應通過合理的設計手段減小建筑結構的外表面積。當建筑體積相同條件下，減小建筑的外表面積能夠有效減少能耗以及冷負荷。在大空間建筑中，由于其具有較為開闊的空間布局，因此應充分利用自然通風條件，減少空調的使用，以節約能耗。此外，設計人員在大空間建筑外觀的設計中，還應充分考慮建筑的體形系數因素。所謂體形系數主要是指建筑外表面積和其包圍體積二者之間的比例。當建筑體積相同時，較大的體形系數意味著建筑在單位空間內散失熱量的面積比較大，而且隨著體形系數的加大，建筑的能耗指標也將隨之增加。所以建筑人員應對建筑體形系數進行合理的控制。而大空間建筑往往體系系數相對較大，為了降低能耗，設計人員可以采取適當增加圍護結構的方式來使建筑熱阻增加，并要滿足建筑外觀在美觀性以及造型方面的要求。

2 大空間建筑外觀的門窗節能設計

2.1 積極采用節能技術

建筑的門窗設計是建筑外觀節能設計中的重點環節。一般來說，在建筑中散失熱量消耗能源的主要薄弱部位就是建筑的門窗部分，而門窗的總面積通常在建筑外觀面積中的占比會達到30%左右，其所產生的能耗則是建筑能耗整體的2/3左右，在門窗會造成的能耗中，大約1/3屬于傳熱損失[2]。因此，設計人員應在保證大空間建筑的基本通風和采光要求的基礎上，對門窗洞口面積進行合理的控制，以減少熱量的散失。

2.2 加強遮陽設備的設計

在大空間建筑中，設計人員應合理設置相關的遮陽設備，以避免陽光輻射直接進入到建筑的室內空間。在設計中應結合空調設備的具體布局安排，通過設置陽臺、遮陽板、建筑外廊、反射窗簾以及挑檐結構等方式來減少由窗戶、建筑墻體以及屋頂等進入室內的陽光輻射、此外，在門窗的設計中還可以通過窗簾、特種或者雙重玻璃以及遮陽板等方式減少輻射。

2.3 加強門窗氣密性的設計

減少建筑空間的換氣次數是有效降低建筑耗冷的有效途徑。設計人員在進行大空間建筑的外觀節能設計時，更需要通過選擇具有更好氣密性門窗以及采用設置密封條對門窗結構加以改進等方式，使門窗的氣密性得到有效的改善，減少空氣在對流過程中所產生的傳熱損失。

2.4 積極采用節能保溫效果更好的新型門窗設備

為了提高大空間建筑外觀的節能設計效果，設計人員需要采用具有更大熱阻以及更低能耗的新型門窗結構材料，從而使門窗結構的熱工性能得到有效的改善。設計人員還應在保證采光度的基礎上合理選擇門窗所使用的玻璃材料。玻璃不僅在冬季會消耗掉10%到20%左右的熱量負荷，而且其在夏季所消耗的制冷負荷也達到了20%到30%左右，所以合理選擇玻璃材料是大空間建筑外觀節能設計中的核心問題之一[3]。設計人員應將窗墻比控制在30%到50%之間，同時應在條件允許的情況下，盡可能選擇隔熱遮光膜、吸熱玻璃以及反射玻璃等特性玻璃材料，以提高節能的效果。

3 大空間建筑外立面的節能設計

在大空間建筑外觀的節能設計中，設計人員應盡量采取簡單的外形設計，從而減少建筑外表面的總面積，以達到降低熱交換量的目的。同時，在設計建筑外立面時，設計人員也應對建筑體形加以改善，盡量避免使用凹凸不平的外墻設計方案，從而使建筑的體形系數能夠符合節能設計要求，降低散逸的熱量損失。同時，在保證大空間建筑的基本采光日照需求的基礎上，設計人員應對窗墻比進行合理的設計，在大空間建筑中應減少落地窗、凸窗、面積較大的幕墻窗以及轉角窗等形式的使用，以提高大空間建筑外觀的節能性[4]。此外，在選擇建筑的外立面材料時，既要考慮材料的節能保溫效果，也要合理選擇外墻飾面的色彩，一般應選擇顏色較淺的色彩來提高對太陽輻射的反射效果，從而達到節約能耗的目的。

4 大空間建筑屋面的節能設計

屋面的節能設計也是大空間建筑外觀節能設計中的重要內容。在屋面保溫層的設計中，為了有效控制屋面的厚度以及重量，應避免使用導熱系數較大以及高密度的材料。同時也要注意，控制屋面保溫材料的吸水率，避免保溫層由于吸收水分過大而造成其保溫性能下降。如果受客觀條件限制，所選用的保溫材料具有較強的吸水性時，設計人員應在屋面采取設置排氣孔等方式來促使保溫層內水分能夠及時排出。設計人員也可以采取新型的符合泡沫板等高效保溫材料的方式來提高節能效果，并減少對環境的污染。此外，也可以在屋面設計中采用曲面形式，以提高其保溫性能，節約能源消耗。

5 大空間建筑外圍圍護結構的節能設計

在大空間建筑外觀的節能設計中，建筑外圍圍護結構的設計對于提升節能效果具有十分重要的影響。設計人員應選擇吸收率以及導熱系數均相對較低的貼面磚材料，從而使建筑導熱值下降，減少熱量從建筑墻體的散失，并有效保存陽光照射溫度。同時也要考慮到貼面磚的裝飾效果，在建筑外觀的美觀性設計以及節能設計中尋找平衡點。在選擇外墻涂料時，設計人員應選擇對環境污染比較小、防水和節能效果更好的天然涂料，以提高建筑的保溫效果，減少對資源的消耗。如果在建筑外觀中采用了幕墻的外觀結構，則應根據建筑的實際條件采取相應的節能處理措施；如果建筑外墻已經采用了節能設計的，可以在設計方案中將幕墻功能限定在裝飾性方面；而如果建筑墻體的保溫節能處理尚未能達到預期效果時，還應選擇具有較好保溫性能的幕墻建筑材料。

6 結語

大空間建筑在外觀設計時對節能設計提出了更高的要求。因此，設計人員與應根據建筑所在地區的具體環境條件以及大空間建筑的特點來制定相應的節能設計方案，既要滿足建筑基本功能的需要，為建筑的使用者提供更加舒適的工作生活環境；同時，也要積極應用先進的技術工藝以及新型的節能材料降低建筑的能耗，節約有限的資源；要加強對可再生性新能源的有效利用，從而促進我國建筑行業的綠色低碳發展。