高层建筑的节能设计

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【摘 要】随着城市化的不断推荐,建筑耗能占整个能源消费总量的比重不断上升,每年由于新建和改建建筑,消耗大量能源,造成自然环境的恶化.因此,在新的历史时期,强化建筑的节能设计非常有必要.本文探讨了如何实现高层建筑的节能设计.

【关 键 词】高层建筑门窗围护建筑体形节能设计

建筑节能是指在建筑物的规划、设计、新建（改建、扩建）、改造和使用过程中,执行建筑节能标准,采用节能型的建筑技术、工艺、设备、材料和产品,提高保温隔热性能和采暖供热、空调制冷制热系统效率,加强建筑物用能系统的运行管理,利用可再生能源,在保证建筑物室内热环境质量的前提下,减少采暖供热、空调制冷制热、照明、热水供应的能耗.建筑节能,包括了降低能耗、提高用能效率和利用可再生能源三个方面的内容.三者互相促进,缺一不可.与发达国家相比,中国住宅的单位采暖建筑面积要多消耗2～3倍以上的能源；中国建筑外墙热损失是发达国家同类建筑的3～5倍,窗的热损失在2倍以上.因此,加强建筑的节能设计迫在眉睫.下面谈谈高层建筑的节能设计.

1.墙体节能设计

多年以来,我国建筑墙体一般采用单一材料,如空心砌块墙体、加气混凝土墙体等.单一材料导热系数大,一般为高效保温材料的20倍以上,由于建筑节能的需要,新型复合墙体已经出现,复合墙体主要通过在墙体主体结构基础上,增加一层或几层复合的绝热保温材料来改善整个墙体的热工性能.复合墙体很好地发挥了两种材料的长处,既不会使墙体过厚,又能承重,保温效果又好,因此,发达国家新建建筑已基本上采用了此种方式.我国要达到节能50％的要求,使用复合墙体将是大势所趋.

2.门窗的保温隔热设计

对于高层建筑的不同立面,均应有相应的窗墙比取值范围,在强化墙体保温性能的同时,必须处理好洞口面积和墙面面积之比例的协调问题,否则墙体保温材料的增加所达到的节能效果会被过大的洞口率所抵消,造成浪费.可以通过提高门窗的气密性,采用适当的窗墙面积比,增加窗玻璃层数,采用百叶窗帘、窗板等措施来提高门窗的保温隔热性能.一是合理确定窗墙比.窗户洞口面积与房间立面单元面积的比值为窗墙比,其值的大小对室内的热环境和热能的消耗有重大影响.在满足住宅室内房间采光和通风的基础上,不同朝向的房间的窗墙比应满足《标准》要求：北向为0．25,东西向为0．3,南向为0．35.二是选择保温性能良好的门窗材料.目前常用的门窗材料有木、钢、铝合金和塑钢为4种,其中,塑钢门窗具有保温隔音、耐腐蚀、造价低,制作、表面色泽鲜艳美观等优点,与木、钢和铝合会等门窗相比可节约取暖能源的30％-50％,而塑钢门窗又是我国大力推广的一种新型材料.三是增加窗扇的保温性能.单层玻璃本身的热阻力很小,在寒冷地区可采用增窗扇层数,或在单扇窗上设置2层玻璃来增加热阻,2层玻璃间距保持20—30ram的空间.可采取选择中空玻璃等新型材料,或在窗的内侧或在双层窗间挂窗帘等措施,来减少室内向室外辐射的热损失,提高门窗的保温能力.四是提高门窗气密性,减少冷空气渗入.可采用推拉门窗和大块玻璃窗扇,以减少扇与框、扇与扇、扇与玻璃之间的缝隙,并在缝隙中嵌入密封胶条,以防止冷空气渗入.门窗框与墙之间的缝隙应用保温砂浆或泡沫塑料等材料密封填充,使冷空气从门窗渗入的可能性大大减少,气密性提高.

3.屋顶节能设计

对屋顶使用高效保温材料、架空型保温、倒置保温等方式进行合理的保温和隔热设计,这样可以很好地保证在冬季低温地区、夏季高温地区给室内提供适宜的居住温度,同时为冬季的暖气供暖、夏季的空调降温节省出大量能源.合理的屋顶保温和隔热设计可以省出大量的能耗.可以用屋顶绿化设计,为节约能源和调节气候作出很大贡献,在增加绿化面积和建筑节能上起到了很大作用.屋面节能的主要措施为：①屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料,以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果,如选用吸水率较高的保温材料,屋面上应设置排气孔以排除保温层内不易排除的水分②屋面保温层不宜选用密度较大、导热系数较高的保温材料,以免屋面重量、厚度过大.

4.建筑体形设计

建筑的体形系数是建筑体形设计的重要参数.建筑物的体形系数是指外表面积与外表面积所容纳的体积之比,体形系数越小,单位建筑面积对应的外表面积越小,护结构的导热损失就越小.体形系数还与建筑的造型、布局、采光、通风等紧密相关.建筑物的朝向合理能使建筑在被动式和主动式太阳能系统中充分利用太阳能,对于建筑节能有着很大的影响.对于高层建筑来说,设计合理的平面进深也是一种有效的被动式节能设计方法.

5.合理利用资源

一是清洁能源的利用.太阳能是一种资源丰富的清洁能源,在建筑中可加强太阳能的利用,如设计并建造太阳能光电屋顶、太阳能电力墙和太阳能光电玻璃,将太阳能转化为建筑本身需要的电能和热能.此外,风能也是一种开发利用较为方便的清洁能源,除了建筑的自然通风外,还可以安装风力发电和风力致热设备,将风能转化为建筑内可直接使用的能源.二是回收利用旧建筑材料.加大旧建筑材料的回收利用,尽可能地降低能源和物质投入及废弃物和污染物的产出,这是绿色建筑体系最重要的内在机制.可将建筑拆除过程中的建筑材料,如木地板、木制品、混凝土预制构件、铁器、钢材、砖石、保温材料等,经过加工和改造,在满足规范和设计要求的条件下,利用到新建筑中.三是可再生材料的利用.建筑中加大木材、废纸、纤维保温材料等可再生材料的利用,不仅减少建筑的投资,还可减轻人类过度开采自然资源引发的生态问题.

6.优化高层建筑的朝向设计

朝向系数应针对建筑所处环境、气候条件和室内热环境要求,认识到朝南并不就是朝向系数高,当然一般而言,建筑面南是好的,但在一些有空调、热舒适要求较高的场合,朝南反而变成了坏事,所以具体情况要具体分析,确定相对应的参数来指导建筑师的工作.

7.自然通风设计

风压与热压是实现自然通风的两种手段,二者互为补充、密不可分.风压通风是利用建筑的迎风面与具有良好外部风环境的地区,选择有利于通风的建筑朝向、控制建筑进深、“引导”自然通风等,可实现良好的风压通风效果.热压通风（即“烟囱效应”）是利用热空气上升,从建筑上部排风口排出污浊的热空气,从建筑底部吸入新鲜的冷空气,实现建筑内部的自然通风.一般在不良的外部风环境地区或进深较大的建筑,多利用热压或热压风压兼用,实现自然通风.在设计中,可利用建筑物内部贯穿多层的竖向空间（如楼梯间、中庭）,结合拔风井、风塔等构造,创造出满足热压式自然通风进出风口的高差.

结束语：

总之,我们应该把建筑节能作为我国可持续发展战略的一部分.在提高和保证住宅舒适性的前提下,有效地利用建筑节能设计原理,尽量降低建筑物使用过程中的能耗.