對建筑節(jié)能設(shè)計措施的探討

鄭利華

摘要：現(xiàn)在由于我國建筑業(yè)的快速發(fā)展，城市中能源的使用也隨著增加，所以AA']對建筑節(jié)能也越來越關(guān)注。當前我國的建筑總能耗已達全國能源總消耗量的45%，建筑節(jié)能已刻不容緩，深入持久地開展建筑節(jié)能意義十分重大。所以本文簡述了我國建筑節(jié)能的現(xiàn)狀及能源的構(gòu)成，根據(jù)構(gòu)成的內(nèi)容優(yōu)化建筑設(shè)計，并且控制能的消耗。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計；節(jié)能；能源

前言

隨著我國建筑業(yè)的高速發(fā)展，我國的建筑能耗逐年大幅度上升，已達全社會能源消耗量的32%，加上每年房屋建筑材料生產(chǎn)能耗約13%，建筑總能耗已達全國能源總消耗量的45%。我國現(xiàn)有建筑面積為400多億平方米，且每年新建建筑近20億平方米，其中95%以上仍是高能耗建筑。如果繼續(xù)執(zhí)行節(jié)能水平較低的設(shè)計標準，將留下很重的能耗負擔和治理困難。因此建筑行業(yè)全面節(jié)能勢在必行，建筑的節(jié)能首先應(yīng)為設(shè)計者重視。

1 建筑節(jié)能的現(xiàn)狀及能耗構(gòu)成

1.1 建筑節(jié)能現(xiàn)狀

目前，我國正處于建筑業(yè)發(fā)展的鼎盛時期。由于建設(shè)工程量大，在建筑工程上的支出也隨之日益飆升。在2010年，中國向新建筑項目以投入逾1萬億美元，并首次超越美國，成為全球頭號建筑大國。一份最新報告預(yù)測，到2020年，中國將占到全球建筑業(yè)的五分之一，高于目前的14%。

我國既有建筑達400多億平方米，同時，每年新建16到20億平方米；然而，我國建筑95%以上是高耗能建筑。和我們氣候條件相近的發(fā)達國家相比，我國建筑采暖耗熱量，外墻大體上為4～5倍，屋頂為2.5～5.5倍，外窗為1.5～2.2倍，門窗透氣性為3～6倍，總耗能是他們的3～4倍。如果達到同樣的室內(nèi)舒適度，單位建筑面積能耗是這些國家的2～3倍。

1.2 建筑能耗的構(gòu)成

建筑能耗的構(gòu)成包括使用過程的能耗與建造過程的能耗，建造過程的能耗是指建筑材料、建筑構(gòu)配件、建筑設(shè)備的生產(chǎn)和運輸，以及建筑施工和安裝中的能耗；使用過程的能耗是指建筑在采暖、通風、空調(diào)、照明、家用電器和熱水供應(yīng)中的能耗。一般情況下，日常使用能耗與建造能耗之比約為8：2～9：1。可見，使用過程能耗是以采暖和空調(diào)能耗為主，故應(yīng)將采暖和降溫能耗作為建筑節(jié)能的重點。

2 優(yōu)化建筑設(shè)計控制能耗

控制建筑能耗涉及多方面內(nèi)容，是一個系統(tǒng)工程。通過上述分析可見，把握好建筑設(shè)計這一環(huán)節(jié)能有效地節(jié)約能耗，為建筑節(jié)能起到良好的效果。因此，重視和研究建筑物的節(jié)能設(shè)計問題已成為建筑節(jié)能的當務(wù)之急。

2.1 建筑規(guī)劃設(shè)計層面

節(jié)能規(guī)劃設(shè)計就是分析構(gòu)成氣候的決定因素一輻射因素、大氣環(huán)流因素和地理因素的有利及不利影響，通過建筑的規(guī)劃布局對上述因素進行充分利用、改造，如充分重視和利用太陽能、冬季主導(dǎo)風向、地形和地貌，確定建筑的朝向、間距和景觀綠化配置，利用多種自然因素，以優(yōu)化建筑的微氣候環(huán)境，從而有利于節(jié)能。如在朝向因素方面，應(yīng)考慮冬季應(yīng)有適量的陽光射入室內(nèi)，避免冷風吹襲；夏天則盡量減少太陽直射室內(nèi)及外墻面，有良好的通風。可見，從節(jié)能和熱環(huán)境考慮，建筑物以南北向或接近南北向為好，避免東西向，若不能都為南北向，主要房間宜設(shè)在冬季背風和朝陽的部位，減少圍護結(jié)構(gòu)的散熱量。合理確定建筑間距，使建筑南墻的太陽輻射面積在整個采暖季節(jié)中不因其他建筑的遮擋而減少，同時也最大程度地節(jié)約用地。再如通過合理地規(guī)劃景觀綠化，適當?shù)匕才艠淠净ú荩饶芷鸬矫阑饔茫彩墙ㄖ?jié)能的一項技術(shù)措施。所種植的樹木，應(yīng)該選擇長得較高、枝葉伸展較寬，夏日茂盛、冬天落葉的喬木，以便夏季利用樹木、爬藤遮擋陽光直灑，利用蒸騰作用降低環(huán)境溫度，節(jié)約空調(diào)能耗，到了冬天樹木落葉后又可讓陽光照進室內(nèi)。國外有的建筑在南面設(shè)游泳池，夏季可使周圍空氣濕潤涼爽：到了冬季，水面將陽光反射至建筑物，可獲得更多太陽能。

另外規(guī)劃也還要關(guān)心設(shè)備和電氣的問題，這與節(jié)能問題也有密切關(guān)系。負荷中心在什么地方，動力中心、機房、變配電室在什么地方，線路損耗到底多少，整個外部管線走向和系統(tǒng)是否合理，容量是否科學，都非常關(guān)鍵。建筑設(shè)計總把冷凍機、熱力、變配電等設(shè)施放在邊邊角角的地方，但是多了幾米、幾十米，線路損耗就會相差很多。據(jù)統(tǒng)計，一般電能傳輸過程當中的損耗在10%～20%左右，配電過程中變壓器損耗超過60%。所以管線、管網(wǎng)的布置和走向的規(guī)劃相當重要。

2.2 建筑單體設(shè)計層面

在建筑單體設(shè)計中，應(yīng)該從與建筑節(jié)能關(guān)系密切的建筑平面設(shè)計與組合、窗墻比、建筑體型、建筑體量、各圍護結(jié)構(gòu)、建筑外遮陽諸多方面進行考慮，設(shè)計出符合新節(jié)能標準要求的節(jié)能建筑（建筑物總能耗不高于當?shù)毓?jié)能規(guī)范標準），其重點是各圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能指標的滿足。

如適當控制建筑體形系數(shù)，即建筑物外表面積與其所包圍的體積之比，減少建筑面寬，加大進深或增加組合體，建筑外形選用長條型，而體型復(fù)雜，凹凸面過多的塔式住宅對節(jié)能不利。應(yīng)重視造型規(guī)整，如住宅應(yīng)盡量采用多單元的“一”字型，特別是采暖住宅建設(shè)應(yīng)增加層數(shù)，避免建造單元太少，特別是點式平面的低層住宅。現(xiàn)行住宅多為北入口、北樓梯，目的在于減少北側(cè)房間。但是，對于多數(shù)城市來說，冬季主要風向是北風，造成入口的冷風侵入量太大，加大了住宅的采暖能耗。因此，寒冷地區(qū)多層住宅不應(yīng)采用開敞式樓梯間，入口處設(shè)置門斗或采取其他避風措施，減少散熱。

另外，要重視屋檐、挑檐、遮陽板、窗簾、百葉窗等構(gòu)造措施，對于調(diào)節(jié)日照、節(jié)省能源是十分有效的。尤其是玻璃幕墻建筑，一般的玻璃不節(jié)能，但是LOW-E、真空是有節(jié)能效應(yīng)的，所以當前的節(jié)能標準并不是完全否定玻璃幕墻，而是規(guī)定了幕墻的傳熱系數(shù)，這樣更科學合理一些。在圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)造處理上，采用各種高效保溫的節(jié)能材料。在建筑物外圍護結(jié)構(gòu)中，墻體所占的面積最大，冬季通過外墻散失的熱能約為總耗熱量的22%，屋頂散熱量約為9%。因此，搞好外墻和屋頂?shù)谋卦O(shè)計十分重要。采用各種新型保溫材料形成多樣化的高效節(jié)能經(jīng)濟的新型圍護體系，可以減小散熱量，提高保溫性能，實現(xiàn)節(jié)能的要求。從墻體節(jié)能來看，有復(fù)合外墻和單一外墻材料兩大類，復(fù)合外墻又包括內(nèi)保溫復(fù)合外墻、保溫材料夾芯復(fù)合外墻和外保溫復(fù)合外墻三類。單一材料外墻包括加氣混凝土外墻、空心磚外墻、空心砌塊外墻等。從屋面節(jié)能來看，有高效保溫材料建造的屋面和結(jié)構(gòu)與保溫合一的復(fù)合節(jié)能屋面板兩大類。采用保溫材料屋面，不宜選用密度大，導(dǎo)熱系數(shù)較高、吸水率大的保溫材料。工程上用膨脹型泡沫聚苯板、上鋪防水層的正鋪法為多，也有采用倒鋪法，使防水層不直接受日光暴曬，以延緩老化，但聚苯板應(yīng)采用擠出法生產(chǎn)的閉孔型，不與屋面黏結(jié)，上用壓塊固定。此外，南方地區(qū)在屋頂上設(shè)置隔熱架空層，也是減少能耗的一個重要構(gòu)造措施。除外圍護結(jié)構(gòu)外，還應(yīng)重視內(nèi)部結(jié)構(gòu)的節(jié)能，如對蓄熱量大的鋼筋混凝土柱、梁和樓板以及“冷橋”部位采用保溫材料保護，既能減少熱量的流失，也能很好地隔聲、隔噪，使節(jié)能效果更加明顯。外門窗是建筑能耗散失的最薄弱部位，其能耗散失約占建筑總能耗散失的50%以上，所以在保證日照、采光、通風、觀景要求的條件下，盡量減小外門窗洞口的面積，《民用建筑節(jié)能設(shè)計標準》JGJ26對不同朝向的窗墻面積比作了嚴格的規(guī)定，規(guī)定指出“北向、東向和西向、南向的窗墻面積比不應(yīng)超過20%、30%、35%”；提高窗戶的氣密性，減少冷風滲透，如設(shè)置泡沫塑料密封條、彈性松軟輕型材料、彈性密閉性材料等，使用新型的密閉性能良好的門窗材料，以及選擇吸熱玻璃、熱反射玻璃、低輻射玻璃和中空玻璃等等，提高窗戶本身的保溫性能，減少窗戶本身的傳熱量。

2.3 建筑設(shè)備設(shè)計層面

建筑設(shè)備設(shè)計內(nèi)容包括建筑電氣、供暖、通風、空調(diào)、消防、給排水、樓宇自動化設(shè)計等。建筑電氣設(shè)計中，照明系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)是建筑物用電最主要的三大塊。照明系統(tǒng)的節(jié)能措施主要有：選擇相對高效的光源、選擇合理的照明方式和合理的控制方式；動力系統(tǒng)的節(jié)能措施主要有：根據(jù)電動機的不同負荷特征來選擇使用型號、積極選用高效率的電動機和改進電動機的控制方式，提高其在運行過程中的效率。配電系統(tǒng)的節(jié)能主要措施有：慎重選用供電電壓、選用簡單的供配電系統(tǒng)、選擇合理的變壓器容量、電纜電線的截面是否符合電流密度以及把握整體功率等。給排水設(shè)計中，合理利用市政管網(wǎng)余壓，采用變頻的供水設(shè)備；合理設(shè)計熱水供應(yīng)系統(tǒng)，盡可能利用太陽能作為熱源；推廣使用節(jié)水器材、器具，禁用淘汰產(chǎn)品，減少用水量及加壓能耗以及雨水收集和綜合利用等措施來實現(xiàn)節(jié)能。采暖供熱系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)選用節(jié)能產(chǎn)品，合理設(shè)計熱負荷及房間散熱器面積。熱力站的設(shè)計應(yīng)選用結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱系數(shù)高、自動脫垢或易于除垢以及使用壽命長的換熱器。熱力站應(yīng)設(shè)置調(diào)節(jié)裝置，為量化管理創(chuàng)造必要條件。鍋爐、鼓風機、引風機、除塵器等設(shè)備的選用應(yīng)符合節(jié)能標準。設(shè)計熱水管網(wǎng)時應(yīng)選取經(jīng)濟合理的敷設(shè)方式，其供熱管道的保溫應(yīng)符合國家標準《設(shè)備和管道保溫設(shè)計導(dǎo)則》GB8175。

3 結(jié)語

建筑節(jié)能作為一個系統(tǒng)工程，涉及到設(shè)計、技術(shù)、材料、施工等多方面的問題。通過以上分析可見，把好設(shè)計關(guān)、精心設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計是取得建筑節(jié)能效果的重要環(huán)節(jié)。作為建筑設(shè)計的技術(shù)人員，必須以改變高能耗的建筑設(shè)計現(xiàn)狀為己任，各專業(yè)除了在自己設(shè)計領(lǐng)域中努力探索建筑節(jié)能方法外，還必須與其他專業(yè)通力協(xié)作，相互支持、配合，創(chuàng)作既符合建筑學原理，又符合節(jié)能原則的優(yōu)秀建筑。