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摘要：随着科学技术的日新月异,能源短缺问题已不容忽视，节约能源已受到世界性的普遍关注，在建筑领域更是如此。目前，全世界有近30%的能源消耗在建筑物上，早在20世纪70年代，建筑节能概念就被正式提出。建筑节能的核心是减少建筑耗能，提高建筑中的能源利用效率。随着城市的发展，高层建筑增长势头迅猛，高层建筑由于体量庞大，能耗更高，因此，在建筑设计及建造过程中，注意增强节能意识，创造舒适的人居环境，是当前整个建筑行业面临的现实课题。
关键词：建筑节能；高层建筑；优化设计
随着科学技术的日新月异，能源短缺已不容忽视，节约能源已受到世界性的普遍关注，在我国亦不例外。早在20世纪70年代，建筑节能概念就被正式提出。建筑节能的核心是减少建筑耗能，提高建筑中的能源利用效率。
高层建筑体形庞大，相邻建筑容易互相遮挡、不通透，形成大面积阴影区，城市人居环境质量下降，市中心人口膨胀、交通拥挤。除此之外，近些年在某些城市建高层建筑已成风气，设计者往往贪大求高，大部分精力放在追求立面形式和使用功能上，而往往忽略生态环境的保护、建筑设计节能意识淡薄，造成高能耗、低效益，影响常年使用，浪费巨大。
我国的高层建筑有近70年的历史，东北地区，现代化高层建筑的诞生仅有二十几年的历史，然而城市中任何建筑都是城市设计、规划的一部分，城市设计是一项十分复杂的工作，我国在这方面的经验不多，而且管理机制尚不健全，往往受一些因素的影响，工作不甚周密和协调，甚至失去控制，有许多的问题等待我们去解决，有待于探索和改进，所以说，今天的高层建筑设计仍处在一个不太成熟的阶段。
建筑节能问题涉及城市的综合环境、气候条件、总体布局；建筑物自身的体形系数、朝向以及外围护结构保
温、隔热的性能、门窗性能等诸多屋里性能指标，都是在高层建筑节能设计过程中要着重考虑的问题。在当前的高层建筑创作及实践过程中，应针对上述几个方面采取合理、可行的构造措施，优化设计。
一、优化建筑位置及朝向设计
高层建筑的定位首先应考虑对城市环境的影响。据有关资料分析，地球每年接收的能量有60 亿亿千瓦，这么大能量弃之可惜，从某种意义上讲地球本身就是巨大的太阳能接收器，阳光不仅对人的身体健康有着很大影响，对建筑的节能也有着十分重要意义。寒冷地区城市规划应注重应用日照原理，合理地确定建筑位置与朝向，使每幢建筑能接收更多的太阳辐射热能，因此，建筑的方位与节能有着直接关系。如，在北纬40℃ ～45 ℃地区，冬天建筑的朝向所得到的辐射能量几乎比夏天多两倍，而在夏天东、西向所得到的能量比南向多2.5 倍，不同朝向，不同季节，建筑物所得到的太阳辐射热能量不同，热损失也不同，尤其是在冬至前后，由于太阳高度角低，房间所接收的太阳光线的面积比夏天多得多。在确定建筑的方位时首先应考虑环境情况，按其太阳高度角做出日影响图，以确定冬季每天的日照时间，建筑南向开窗面积尽可能大些，在满足采光条件下，北向、东向窗尽可能小些，从而获得更多的太阳光线，减少热损失，保持室内舒适的温度环境。
二、优化围护结构墙体设计
外墙是围护结构的主体部分，高层建筑的围护结构不同于砖石结构房屋，前者是钢筋混凝土框架或剪力墙
结构承重，因此，围护结构属于填充材料，为了减轻荷载，达到保温、隔热要求，采用轻质高效保温材料，目前在寒冷地区常用的墙体做法有：页岩陶粒混凝土空心砌块；粘土空心砖与实心砖复合墙体；粘土实心砖或空心砖岩棉夹心复合墙体等。但存在问题较多，节能的效果仍达不到标准的要求。围护结构的材料布置分外侧和内侧，在寒冷地区的同一气候条件下，由于材料层次布置不同所取得的保温效果也不尽相同，为防止墙体内产生冷凝水，保温层设在外侧相对更为稳妥些。
当前，在欧美多数国家普遍推广采用混凝土空心砌块用于高层建筑围护结构保温。如：美国研制的TB 型保温隔热复合砌块；波兰的咬合式保温砌块，两块组合成320 厚墙体，在空心砌块内填入高效保温材料，墙体传热系数K= 01209～1100W/ m2 K ；芬兰研制的一种空心砌块，空隙之间填入聚胺脂保温材料，300 厚，传热系数K= 0. 25～0. 28W/ ㎡k。某些欧美国家50 %左右的建筑已应用多种形式的混凝土空心砌块。由于混凝土空心砌块保温效果好，又具有一定强度，避免了轻质复合材料墙体的一些弊端。
三、外门窗节能措施
高层建筑的“风环境”。在冬季，风力对建筑的热损失很大，增大冷空气的渗透量，使室内热损失加大。外门窗是阻止冷风渗透的最薄弱部位，其能耗占建筑总能耗的比例较大，其中传热损失为1/3，冷风渗透为1/3，所以在保证日照、采光、通风、观景要求的条件下，尽量减小住宅外门窗洞口的面积，提高外门窗的气密性，减少冷风渗透，提高外门窗本身的保温性能，减少外门窗本身的传热量。其节能措施有：
（1）控制住宅窗墙比。住宅窗墙比是指住宅窗户洞口面积与住宅立面单元面积的比值，JGJ26-1995《民用建筑节能设计标准（采暖居住部分）》对不同朝向的住宅窗墙比做了严格的规定，指出“北向、东向和西向、南向的窗墙比分别不应超过20%、30%、35%”。
（2）提高住宅外窗的气密性，减少冷空气渗透。如设置泡沫塑料密封条，使用新型的、密封性能良好的门窗材料。而门窗框与墙间的缝隙可用弹性松软型材料（如毛毡）、弹性密闭型材料（如聚乙烯泡沫材料）、密封膏以及边框设灰口等密封；框与扇的密封可用橡胶、橡塑或泡沫密封条以及高低缝、回风槽等;扇与扇之间的密封可用密封条、高低缝及缝外压条等；扇与玻璃之间的密封可用各种弹性压条等。
（3）改善住宅门窗的保温性能。户门与阳台门应结合防火、防盗要求，在门的空腹内填充聚苯乙烯板或岩棉板，以增加其绝热性能；窗户最好采用钢塑复合窗和塑料窗，这样可避免金属窗产生的冷桥，可设置双玻璃或三玻璃，并积极采用中空玻璃、镀膜玻璃，有条件的住宅可采用低辐射玻璃；缩短窗扇的缝隙长度，采用大窗扇，减少小窗扇，扩大单块玻璃的面积，减少窗芯，合理地减少可开启的窗扇面积，适当增加固定玻璃及固定窗扇的面积。
（4）设置“温度阻尼区”。所谓温度阻尼区就是在室内与室外之间设有一中间层次，这一中间层次像热闸一样可阻止室外冷风的直接渗透，减少外墙、外窗的热耗损。在住宅中，将北阳台的外门、窗全部用密封阳台封闭起来，外门设防风门斗，防止冷风倒灌，楼梯间设计成封闭式的，对屋顶上人孔进行封闭处理等措施均能收到良好的节能效果。
四、屋面节能措施
在不断改进建筑外墙、外窗的保温性能后，还必须进一步加强屋面保温隔热的研究。屋面节能措施的要点，其一是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;其二是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出的水分。现在，高效保温材料已经开始应用于屋面，一些建筑的屋面保温，采用膨胀珍珠岩保温芯板保温层代替常规的沥青珍珠岩或水泥珍珠岩做法，就克服了常规作法的诸多缺点。这种保温芯板施工方便、价格低廉、不污染环境;芯板为柔性制品，不仅适用于具有平面的屋面，也可用于带有曲面的屋面，其保温工程更可显示出它的优越性。其主要技术指标，表观密度为110～150kg/m3；导热系数为0.04～0.06W/m·K；蓄热系数为0.90～0.11m2·K。抗压强度大于0.2Mpa；吸水率小于0.01%;蒸汽渗透系数为2.18×10-7g/m.n.Pa。这些指标充分体现了膨胀珍珠岩密度较小，导热系数较低，而且吸水率和蒸汽渗透系数也都很低。这是保温性能好的材料所必须具备的。
五、建筑物的体形系数
高层建筑外围护墙体耗能量较大，占整个建筑耗能的25 %左右。建筑的形体变化是建筑外露面积的主要因素之一，体形系数越大耗能越多，国外的一些高层建筑造成圆塔形，比如美国洛杉矶的好运饭店、法国戴高乐机场候机楼、纽约第三大街53 号办公楼都是圆型或椭圆形，我们知道，相同的面积，圆的周长最短，这样使建筑外露面积较小。因此，基于能量损耗的考虑，高层建筑的形体变化不宜过多、复杂。
编辑/刘文捷
关键词：建筑节能；高层建筑；优化设计
随着科学技术的日新月异，能源短缺已不容忽视，节约能源已受到世界性的普遍关注，在我国亦不例外。早在20世纪70年代，建筑节能概念就被正式提出。建筑节能的核心是减少建筑耗能，提高建筑中的能源利用效率。
高层建筑体形庞大，相邻建筑容易互相遮挡、不通透，形成大面积阴影区，城市人居环境质量下降，市中心人口膨胀、交通拥挤。除此之外，近些年在某些城市建高层建筑已成风气，设计者往往贪大求高，大部分精力放在追求立面形式和使用功能上，而往往忽略生态环境的保护、建筑设计节能意识淡薄，造成高能耗、低效益，影响常年使用，浪费巨大。
我国的高层建筑有近70年的历史，东北地区，现代化高层建筑的诞生仅有二十几年的历史，然而城市中任何建筑都是城市设计、规划的一部分，城市设计是一项十分复杂的工作，我国在这方面的经验不多，而且管理机制尚不健全，往往受一些因素的影响，工作不甚周密和协调，甚至失去控制，有许多的问题等待我们去解决，有待于探索和改进，所以说，今天的高层建筑设计仍处在一个不太成熟的阶段。
建筑节能问题涉及城市的综合环境、气候条件、总体布局；建筑物自身的体形系数、朝向以及外围护结构保
温、隔热的性能、门窗性能等诸多屋里性能指标，都是在高层建筑节能设计过程中要着重考虑的问题。在当前的高层建筑创作及实践过程中，应针对上述几个方面采取合理、可行的构造措施，优化设计。
一、优化建筑位置及朝向设计
高层建筑的定位首先应考虑对城市环境的影响。据有关资料分析，地球每年接收的能量有60 亿亿千瓦，这么大能量弃之可惜，从某种意义上讲地球本身就是巨大的太阳能接收器，阳光不仅对人的身体健康有着很大影响，对建筑的节能也有着十分重要意义。寒冷地区城市规划应注重应用日照原理，合理地确定建筑位置与朝向，使每幢建筑能接收更多的太阳辐射热能，因此，建筑的方位与节能有着直接关系。如，在北纬40℃ ～45 ℃地区，冬天建筑的朝向所得到的辐射能量几乎比夏天多两倍，而在夏天东、西向所得到的能量比南向多2.5 倍，不同朝向，不同季节，建筑物所得到的太阳辐射热能量不同，热损失也不同，尤其是在冬至前后，由于太阳高度角低，房间所接收的太阳光线的面积比夏天多得多。在确定建筑的方位时首先应考虑环境情况，按其太阳高度角做出日影响图，以确定冬季每天的日照时间，建筑南向开窗面积尽可能大些，在满足采光条件下，北向、东向窗尽可能小些，从而获得更多的太阳光线，减少热损失，保持室内舒适的温度环境。
二、优化围护结构墙体设计
外墙是围护结构的主体部分，高层建筑的围护结构不同于砖石结构房屋，前者是钢筋混凝土框架或剪力墙
结构承重，因此，围护结构属于填充材料，为了减轻荷载，达到保温、隔热要求，采用轻质高效保温材料，目前在寒冷地区常用的墙体做法有：页岩陶粒混凝土空心砌块；粘土空心砖与实心砖复合墙体；粘土实心砖或空心砖岩棉夹心复合墙体等。但存在问题较多，节能的效果仍达不到标准的要求。围护结构的材料布置分外侧和内侧，在寒冷地区的同一气候条件下，由于材料层次布置不同所取得的保温效果也不尽相同，为防止墙体内产生冷凝水，保温层设在外侧相对更为稳妥些。
当前，在欧美多数国家普遍推广采用混凝土空心砌块用于高层建筑围护结构保温。如：美国研制的TB 型保温隔热复合砌块；波兰的咬合式保温砌块，两块组合成320 厚墙体，在空心砌块内填入高效保温材料，墙体传热系数K= 01209～1100W/ m2 K ；芬兰研制的一种空心砌块，空隙之间填入聚胺脂保温材料，300 厚，传热系数K= 0. 25～0. 28W/ ㎡k。某些欧美国家50 %左右的建筑已应用多种形式的混凝土空心砌块。由于混凝土空心砌块保温效果好，又具有一定强度，避免了轻质复合材料墙体的一些弊端。
三、外门窗节能措施
高层建筑的“风环境”。在冬季，风力对建筑的热损失很大，增大冷空气的渗透量，使室内热损失加大。外门窗是阻止冷风渗透的最薄弱部位，其能耗占建筑总能耗的比例较大，其中传热损失为1/3，冷风渗透为1/3，所以在保证日照、采光、通风、观景要求的条件下，尽量减小住宅外门窗洞口的面积，提高外门窗的气密性，减少冷风渗透，提高外门窗本身的保温性能，减少外门窗本身的传热量。其节能措施有：
（1）控制住宅窗墙比。住宅窗墙比是指住宅窗户洞口面积与住宅立面单元面积的比值，JGJ26-1995《民用建筑节能设计标准（采暖居住部分）》对不同朝向的住宅窗墙比做了严格的规定，指出“北向、东向和西向、南向的窗墙比分别不应超过20%、30%、35%”。
（2）提高住宅外窗的气密性，减少冷空气渗透。如设置泡沫塑料密封条，使用新型的、密封性能良好的门窗材料。而门窗框与墙间的缝隙可用弹性松软型材料（如毛毡）、弹性密闭型材料（如聚乙烯泡沫材料）、密封膏以及边框设灰口等密封；框与扇的密封可用橡胶、橡塑或泡沫密封条以及高低缝、回风槽等;扇与扇之间的密封可用密封条、高低缝及缝外压条等；扇与玻璃之间的密封可用各种弹性压条等。
（3）改善住宅门窗的保温性能。户门与阳台门应结合防火、防盗要求，在门的空腹内填充聚苯乙烯板或岩棉板，以增加其绝热性能；窗户最好采用钢塑复合窗和塑料窗，这样可避免金属窗产生的冷桥，可设置双玻璃或三玻璃，并积极采用中空玻璃、镀膜玻璃，有条件的住宅可采用低辐射玻璃；缩短窗扇的缝隙长度，采用大窗扇，减少小窗扇，扩大单块玻璃的面积，减少窗芯，合理地减少可开启的窗扇面积，适当增加固定玻璃及固定窗扇的面积。
（4）设置“温度阻尼区”。所谓温度阻尼区就是在室内与室外之间设有一中间层次，这一中间层次像热闸一样可阻止室外冷风的直接渗透，减少外墙、外窗的热耗损。在住宅中，将北阳台的外门、窗全部用密封阳台封闭起来，外门设防风门斗，防止冷风倒灌，楼梯间设计成封闭式的，对屋顶上人孔进行封闭处理等措施均能收到良好的节能效果。
四、屋面节能措施
在不断改进建筑外墙、外窗的保温性能后，还必须进一步加强屋面保温隔热的研究。屋面节能措施的要点，其一是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;其二是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出的水分。现在，高效保温材料已经开始应用于屋面，一些建筑的屋面保温，采用膨胀珍珠岩保温芯板保温层代替常规的沥青珍珠岩或水泥珍珠岩做法，就克服了常规作法的诸多缺点。这种保温芯板施工方便、价格低廉、不污染环境;芯板为柔性制品，不仅适用于具有平面的屋面，也可用于带有曲面的屋面，其保温工程更可显示出它的优越性。其主要技术指标，表观密度为110～150kg/m3；导热系数为0.04～0.06W/m·K；蓄热系数为0.90～0.11m2·K。抗压强度大于0.2Mpa；吸水率小于0.01%;蒸汽渗透系数为2.18×10-7g/m.n.Pa。这些指标充分体现了膨胀珍珠岩密度较小，导热系数较低，而且吸水率和蒸汽渗透系数也都很低。这是保温性能好的材料所必须具备的。
五、建筑物的体形系数
高层建筑外围护墙体耗能量较大，占整个建筑耗能的25 %左右。建筑的形体变化是建筑外露面积的主要因素之一，体形系数越大耗能越多，国外的一些高层建筑造成圆塔形，比如美国洛杉矶的好运饭店、法国戴高乐机场候机楼、纽约第三大街53 号办公楼都是圆型或椭圆形，我们知道，相同的面积，圆的周长最短，这样使建筑外露面积较小。因此，基于能量损耗的考虑，高层建筑的形体变化不宜过多、复杂。
编辑/刘文捷