綠色建筑外立面節能技術的創新應用研究

趙旭宇（煤炭工業太原設計研究院集團有限公司，山西 太原 030001）

近年來，我國建筑業取得了很大的成績，在建筑行業中，綠色建筑是當前發展的重點，其主要用途包括呼吸式、參數式等，并采用節能環保的建材[1]。外立面是一座建筑的外部結構，它與外部世界的聯系非常密切。在越來越復雜的建筑形態中，屋頂逐漸被包含在廣泛的外部外觀中，即“第五立面”，這一結構在設計過程中若存在不合理現象，則對于建筑整體節能效果和美觀性都會造成嚴重影響。此外，近幾年，由于建筑形態的多元化，外立面的構成和形態也在不斷地發生變化，所以，節能設計是一個重要的章節[2]。基于此，本文以某建筑作為依托，針對該建筑開展其外立面節能技術的創新研究。

1 建筑工程概況

為實現對綠色建筑外立面節能技術的創新研究，選擇將某城市發展中心大廈建筑作為依托，將該建筑的外立面結構作為研究對象，開展對其節能技術的相關研究。該建筑功能用途為商務辦公，并根據辦公需要配備了相應的設施；建筑整體規模為21萬m2，高度為302m；建筑占地面積為556.2m2[3]。除此之外，該建筑綠色節能技術指標如表1所示。

表1 某城市發展中心大廈建筑綠色節能技術指標

在明確該城市發展中心大廈建筑的基本節能技術指標后，將綠色、節能作為設計目的，開展對其外立面結構相關技術的創新研究。

2 綠色建筑外立面節能技術創新應用

2.1 設計綠色建筑呼吸幕墻

為了適應綠色發展的要求，優化建筑整體結構的綜合性能，下述將采用設計呼吸幕墻的方式，進行建筑結構外立面的初步優化設計[4]。設計中，明確幕墻結構是建筑外立面的主要構成，對此部分結構展開精細化設計，是指在建筑設計階段開始，到中期制作與后期施工，均將節能技術貫穿其中，基于此種設計方式，使建筑在投入使用后具有低能耗的優勢。

為了提高建筑通風幕墻的設計水平，滿足業主的要求，本文通過對箱形窗戶的實例，對建筑外墻進行節能設計。設計結構見圖1。

按照圖1所示的結構，進行呼吸幕墻的設計，在設計中，可以根據建筑樓層的整體高度及建筑柱網結構形式，將幕墻結構劃分為多個網格單元，根據幕墻的空間布局，進行網格結構的優化，按照此種設計方式，確保建筑結構中部署的每個網格單元結構，都具有獨立的通氣、通風隔斷，從而實現對整體布局的優化[5]。

圖1 綠色建筑外立面呼吸幕墻的設計

根據實際需求，在設計過程中，應結合建筑通風設計需求，進行單元網格中，通氣口與排氣口的連通設計，通過此種設計方式，使幕墻具有通風、通氣等優勢，確保室外環境中的空氣，可以通過建筑幕墻結構進入室內環境中，再從室內環境進行換氣，最終在建筑頂部的排氣口排出。

按照上述內容對建筑結構呼吸幕墻進行優化設計，可以使建筑結構具有通氣、通風的優勢，從而使建筑整體達到一種“呼吸”效果[6]。為進一步實現對此項工作的優化，可在此基礎上，在每個幕墻網格單元上設置獨立的進氣、出氣通道，避免建筑內不同房間出現聲音的傳播，以此種方式，達到一種“隔斷”設計效果。

2.2 建筑外立面設計材料選型

在上述設計內容的基礎上，可根據業主方提出的建筑節能設計需求，進行外立面設計材料的優化選型。在城市建筑呈現高速發展狀態后，傳統的高污染材料已逐步被淘汰，取而代之的是綠色材料，為滿足群體基本生活需求，應優先選擇低耗能、環保、綠色、生態材料作為設計材料，通過此種方式，提高建筑外立面的綜合性能。

根據設計需求，可進行外立面澆筑混凝土的生態化處理，選用新型水泥代替傳統水泥，新型水泥主要由廢棄物提煉構成，按照此種設計方式，降低綠色建筑在設計施工階段的成本[7]。同時，優化建筑玻璃結構，選擇具有保溫、隔熱、隔聲、光電轉換優勢的玻璃代替常規型玻璃，通過此種設計方式，實現對建筑內部溫度適宜性的調節[8]。此外，根據建筑綜合設計需求，可設計空心結構的磚塊代替實心砌塊在建筑外立面上使用，相比后者，前者在市場內屬于復合型材料，具有更加顯著的低污染性能，并在實際應用中具有一定的抗震優勢，可以有效提高建筑整體結構的穩定性、安全性與可靠性。

2.3 設置綠色建筑外立面遮陽結構

在上述內容的基礎上，可根據建筑工程項目所在地，從地區氣候角度出發，對遮陽結構展開優化設計。在進行此方面內容的設計時，應根據建筑整體外形、建筑構造、建筑樓群之間的距離，設計遮陽結構規范化的排列方式，從而達到對建筑的遮陽效果。

在進行遮陽設計時，遵循美觀性原則，通常情況下，人們對建筑物的視覺美感較為重視，建筑物設計需要具備鮮明的個性與自身獨特的特點。建筑結構設計人員需要從美學角度出發，在保證建筑結構功能良好的基礎上，增加建筑物的藝術特色，使建筑物的整體美觀度得到顯著提升。基于提出的原則，設計三種外立面遮陽形式，見圖2。

圖2 建筑外立面遮陽形式

圖2中第一種遮陽形式主要用于遮擋中午陽光折射光線，一般設置在建筑南側外立面結構上，第二種遮陽形式主要用于遮擋上午與下午陽光折射光線，第三種遮陽形式主要用于遮擋太陽正射光線。可在設計中，根據建筑節能設計的不同需求，選擇不同的遮陽形式。

在此基礎上，為避免遮陽結構對建筑內部通風造成影響，可在設計中增設輔助性機械開關進行遮陽結構的綜合調整，居住在建筑內的群體可以在實際應用中根據其個人需求，主動調節遮陽結構，通過此種設計方式，使遮陽結構在建筑中發揮預期的效果。

除上述提出的內容，還可以從節能角度進行遮陽結構的優化設計，例如，在東向或西向方向上，可以采用增加橫向遮陽條帶的方式，進行建筑進光量的綜合調整，避免陽光直射導致建筑室內溫度升高，按照此種方式進行綠色建筑結構外立面的優化設計，可以使外立面形成一個相對優化的生態氣候，從而使建筑在完成設計后，滿足或符合綠色化設計標準。綜合上述分析，完成基于節能技術的綠色建筑外立面結構整體優化設計。

3 節能效果分析

在完成對技術創新應用的研究后，為了確保上述提出的節能技術在實際應用中能夠充分發揮其優勢，針對這一技術在該城市發展中心大廈建筑中對外立面設計的應用效果進行探究。為方便驗證，選擇將完成設計施工后外立面實際節能情況與表1中節能預計情況進行對比。外立面實際節能可通過下述公式計算得出：

式中m-為外立面節能比例；

w-為規定能源消耗上限；

w'-為實際能源消耗量。

根據上述計算公式，得出外立面的節能比例，并將其與表1中的數據進行比較。為方便對比，將計算結果記錄如表2所示。

表2 外立面節能效果記錄表

從表2中數據可以直觀看出，在應用本文上述提出的節能技術后，該城市發展中心大廈建筑的外立面五個分區節能比例均在20%以上，均明顯高于節能預計要求。因此，通過得出的結果能夠證明，上述提出的節能技術在實際應用中可以有效降低外立面能源消耗，達到綠色、節能效果，促進建筑整體綠色可持續發展。同時，通過上述得出的節能效果進一步分析得出，在實際開展綠色建筑外立面設計時，若合理運用本文提出的節能技術能夠在極大程度上促進建筑經濟效益的提升，并同時保障建筑與周圍環境的和諧共生，使其社會效益得到更大保障。

4 結語

通過本文上述研究內容可以看出，外立面是建筑最主要的構成結構之一，在設計過程中，不僅需要綜合考慮外立面功能需要，同時還應當做好外立面與周圍環境之間的協調，降低能源的使用量，從而為解決全球范圍內的能源危機問題提供幫助。同時，通過本文進一步研究得出：

在建筑節能設計中，建筑外墻的合理設計與開發是降低能耗、促進綠色發展的重要環節。在建筑外立面設計、開發和施工等眾多環節當中，外立面的選材、設計、施工、維護等都會在極大程度上，影響到整個建筑的能源消耗情況，并且還會產生對周圍生態環境的影響。因此，根據綠色建筑的設計需求，嘗試將節能技術和建筑外墻相結合，以解決建筑建成后能源消耗大、環境污染大等問題。

在此基礎上，根據不同的特點進行合理的結構設計，以滿足不同的需求。本文針對實際情況，從通風幕墻、墻體材料優化、增加遮陽結構等方面進行了優化設計。期望本文的研究成果能用于節能技術的改善，真正實現基于綠色建筑產業的產業結構升級。