建筑设计中节能建筑设计探讨

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  摘要:在当下大力倡导节能环保的大环境下,节能建筑做为共同关注的重要问题被提上日程。本文阐述了现代建筑节能的重要性,讲述了节能型居住建筑应从整体规划设计、建筑单体设计、建筑细部构造设计等多方面综合考虑,以求得节能建筑的最佳设计方法。
  关键词:建筑设计;节能建筑;设计
  Abstract: under the circumstances of the present advocates energy conservation and environmental protection, energy saving construction as the important issues of mutual interest has been on the agenda. This paper expounds the importance of modern architectural energy saving, tells the story of energy-saving residential buildings should overall planning, single architectural design, the construction detail structure design aspects of the comprehensive consideration, in order to get the optimal design method in the energy saving buildings.
  Keywords: architectural design; Energy-saving buildings; design
  中图分类号:TU2文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
  TU2
  
  引言
  节能建筑是指遵循气候设计和节能的基本方法,对建筑规划分区、群体和单体、建筑朝向、间距、太阳辐射、风向以及外部空间坏境进行研究后,设计出的低耗能建筑物。其内涵既通过高新技术的研发和先进适用技术的综合集成,极大地减少建筑对不可再生资源的消耗和对生态环境的污染,并为使用者提供健康、舒适、与自然和谐的工作及生活环境。
  我国在“十五规划”明确提出,要建设资源节约型、环境友好型社会,将节约能源作为重要的发展目标,提出要严格执行建筑节能设计标准,推动既有建筑节能改造,推广新型墙体材料和节能产品,推广高效节点绿色照明系统,还要充分利用余热余压作用。
  一、节能建筑设计的重要性
  
  我国是世界上每年新建建筑量最大的国家,每年20亿平方米新建面积,相当于消耗了全世界40%的水泥和钢材。据有关资料统计证明,建筑能耗一般占到全国总能耗的百分之三十五左右,关系到国计民生,我国90%以上的在建建筑都是高能耗建筑。建筑行业与交通行业、工业是三个能耗最高的行业。随着建筑业的高速发展和人民生活质量的改善, 建筑能耗占全社会总能耗的比例还将增长。
  
  我国的建筑围护结构保温隔热性能普遍较差,外墙和窗户的传热系数为同纬度发达国家的 3~4倍。以多层住宅为例,外墙的单位面积能耗是 4~5 倍, 屋顶是 2.5~5.5 倍,外窗是 1.5~2.2 倍,门窗空气渗透率是 3~6 倍。
   我国的现状是建筑耗能巨大,人均能源分配不足,再加上人们对冬冷夏热这一环境改变的迫切要求,使得建筑设计中节能设计工作的落实变得十分重要。全面的建筑节能有利于从根本上促进能源资源节约和合理利用,缓解我国能源资源供应与经济社会发展的矛盾;有利于加快发展循环经济,实现经济社会的可持续发展;有利于长远的保障国家能源安全、保护环境、提高人民群众生活质量、贯彻落实科学发展观。
  二、节能建筑的设计理念
  节能建筑是一个能积极地与环境相互作用的、智能的、可调节系统。因此,它要求建筑外层的材料和结构,一方面作为能源转换的界面,需要收集、转换自然能源,并且防止能源的流失;另一方面,外层必须具备调节气候的能力,以消除、减缓、甚至改变气候的波动,使室内气候趋于稳定,而实现这一理想,在很大程度上必须有赖于未来高新技术在建筑中的广泛运用。
  节能建筑合理使用建筑材料、就地取材,尽量使用对人体健康影响较小的建筑材料,注重对外墙保温节能材料的使用。外墙保温节能材料属于保温绝热材料,仅就一般的居民采暖的空调而言,通过使用绝热维护材料,可在现有的基础上节能50%~80%。
  节能建筑主张太阳能等可再生能源的利用。例如:利用空调冷凝热作为生活热水的辅助热源,利用太阳能和地热能产生的热水作为日常生活用热水。利用太阳能光电系统来支持日常生活用电。节能建筑应体现对能源的节省,尽可能利用可再生能源,如太阳能、风能等,加大智能化设计,广泛利用电子通讯和信息技术,要有预见性地研究建筑与社會发展的互动关系,做到近期规划与长远规划结合,为扩建和建造留有余地。
  节能建筑应保证建筑的适用性,体现对用户即人的关心,增强用户与自然环境沟通,让人们在健康、舒适、充满活力的建筑中生活和工作。主要体现在创造良好的通风对流环境,增加建筑的采光系数,保证室内一定的温、湿度,创造良好的视觉环境及声环境,建立立体绿化系统净化环境等。
  三、建筑设计中节能建筑设计措施
  1.建筑规划中的节能设计
  (1)合理确定建筑朝向和平面形状
  选择合理的建筑物朝向是一项重要的节能措施。实测表明:在其他条件相同情况下,东西向板式多层住宅建筑的耗能量要比南北向的高5%左右。现代住宅设计中,建筑的朝向应根据住宅内部房间的使用要求、当地的主导风向、太阳的辐射、建筑周围的环境以及各地区的气候等因素,通过调查、研究、分析、评价来确定。一般来说,我国住宅最适宜的建筑朝向为南略偏东或西。对于气候炎热的南方地区,应考虑住宅建筑的长轴方向垂直夏季主导风向,而北方冬季寒冷,住宅建筑的长轴方向应平行冬季主导风向,以防止冷空气渗透量的增大。住宅建筑的平面形状,应在体积一定的情况下,采用外围护结构表面积小的建筑。因为外表面积越小,冷负荷越小,能耗越小。
   (2)合理规划平面布局及控制体形系数
  居住区住宅的平面布局有周边式、自由式和行列式3种。周边式太封闭,不利于风的导入;自由式多在受地形限制时采用;行列式是最常见的形式,有并列式和错列式布局的变化,在某些地形中,还会出现斜列式布局。为了促进通风,居住区布局应尽量采取行列式和自由式,从建筑防热的角度来看,行列式和自由式都能争取较好的朝向,使大多数房间能够获得良好的自然通风和日照,其中又以错列式和斜列式的布局较为好。
  在立体布置方面,应采取“前低后高”和有规律的“高低错落”等建筑手法,从而有效地挖掘环境的节能功能,同时又可打破居住区单调、呆板的效果。
  体形系数是建筑物围护结构的外表面积与其所包围的建筑体积之比。比值越大,能耗就越多。研究资料表明:体形系数每增加0.01,耗热量指标增加2.5%。因此,正确处理建筑形式多样化与节能的关系,是建筑设计中应当引起重视的问题。一般讲,6层左右的建筑物对建筑节能较为有利。另外,建筑物的外形越简单,其外表面积越小,热交换量亦越少。因此,建筑物的造型宜简洁、完整,尽量避免复杂的轮廓线。
  (3)合理的套型平面
  在住宅单体套型方案设计时,要从节能的角度、提高舒适性及家居生活的规律出发,合理进行各房间功能分区。一般应将家庭人员主要活动的且停留时间长的客厅、主卧室等布置在南向,厨房、卫生间等布置在朝北和东西向。这样使主要居室在冬季能获得充裕的阳光;套内每个房间均要有直接对室外的窗,前后房间的门窗尽量相对设置,为自然采光和夏季组织穿堂风创造条件;炎热地区可采用内天井或外天井住宅套型平面,利用高差和热压差形成自然通风,以此改善室内的微小气候。
  (4)绿化布置
  良好的居住区绿化,不仅能美化环境,而且能起到调节居住区小气候、改善建筑室内环境、节约建筑能耗的作用。居住区绿化应注意几点:一是要以地面绿化并以种植灌木为主,有条件的地方可引入水景;二是要在临近住宅的东、西、南面的适当位置种植一些高大的落叶乔木,这样夏季遮阳,冬季不遮挡阳光,有利于朝阳居室的节能;三是要根据实际情况对墙面、阳台进行垂直绿化。这样,一方面能丰富居住区的景观环境;另一方面能减少建筑与空气直接接触的外表面积,形成一种冬季保温、夏季隔热,又可增加绿化面积的复合型围护结构,从而有效地改善住宅室内热环境的条件。
  2.建筑外墙的节能设计
  墙体的耗热量要占建筑采暖热耗的30%以上。因此,改善墙体的传热耗热量将明显提高建筑的节能效果。其措施有:
  (1)改善砌体的保温隔热性能
  在材料选择时,采用新型节能砖,如多孔黏土空心砖、加气混凝土砌块、混凝土空心砌块等类型的材料,使其集承重和保温隔热于一体;也可利用当地出产的浮石、火山渣及其他轻骨料或工业废料生产多排孔轻质砌块,用保温砂浆砌筑,有节能、节地效果。
  (2)对墙体采取保温隔热措施
  即采用外墙外保温技术和外墙内保温技术,构成复合墙体。目前,外墙外保温技术应用比较广,它不但解决了外墙热桥的问题,而且具有增加室内使用面积,方便室内二次装修等优点,目前使用较成熟的几种外墙外保温方案有:外贴聚苯板保温、外贴硬质聚氨酯泡沫保温、胶粉聚苯颗粒保温浆料、夹心聚苯板外墙保温、钢丝网架岩棉夹心板外复合保温等。外墙内保温有饰面聚苯板内保温复合外墙和纸面石膏板内保温复合外墙。
  (3)寒冷地区住宅室内沿外墙周边地面的保温设计
  沿外墙周边的室内地坪和其以下的外墙如不采用保温措施,其外墙的内侧墙面以及墙角在冬季易出现结露,从而使得地面的热传导损失增加,甚至地坪被破坏,影响正常的使用。因此,在实际工程中可采用以下措施:一是沿外墙周边的室内地面垫层以下设置一定厚度的松散状或条板状、且有一定抗压强度、吸湿性小的保温材料,如0.5m厚炉渣等;二是对外墙室内地坪以下的墙体在内侧或外侧加50~70 mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料板,从而保证住宅室内的热稳定性和控制寒冷地区采暖能耗。
  3.门窗的节能设计
  门窗是薄壁轻质构件,通过门窗传热和其缝隙空气渗透的耗热量约占整个住宅建筑耗热量的50%,因此,外门窗是住宅建筑节能的重点。
  (1)合理控制窗墙面积比
  窗墙面积比是指住宅窗口面积与房间立面单元面积的比值。《民用建筑节能设计标准》对不同朝向的住宅窗墙比作了严格的规定,指出北向、东西向、南向的窗墙面积比分别不应超过0.25、0.3、0.35。因此,从地区、朝向和房间功能出发,应选择适宜的窗面积,同时应强调东西南北开窗有别,是通过减少北侧窗的面积来减少热量的损失。
  (2)提高外门窗的气密性
  提高外门窗的气密性,是减少室外冷热空气渗入室内的一个重要措施。如采用平开门窗和大块玻璃窗扇,以减少扇与框、扇与扇、扇与玻璃间的缝隙,并在缝隙中嵌入密封胶条;在门窗框与墙间的缝隙,用保温砂浆或泡沫塑料等材料来填充密封,使从门窗渗入的冷空气减少,提高气密性。
  (3)使用新型材料,改善门窗的保温性能
  采用热阻大、能耗低的节能材料制造的新型保温节能门窗如塑钢门窗可大大提高其热工性能。同时还有特别注意玻璃的选材,单层玻璃本身的热阻很小,在寒冷地区可采用双层或三层玻璃。随着科技的飞速发展,目前已开发出一些新型的节能玻璃,如中空玻璃、吸热玻璃等,在造价允许的条件下应积极采用。
  4.屋顶的节能设计
  屋顶耗热量约占整个住宅建筑耗热量的7%~8%,有数据表明:夏季顶层室内的温度要比其他层高约3℃左右,因此,屋面的保温隔热也不容忽视。在有条件的情况下,可以采取以下措施。
  (1)高效保温材料保温屋面
  这种屋面保温层选用高效轻质的保温材料,保温层为实铺。目前我国主要采用的保温隔热材料有加气混凝土条板、乳化沥青珍珠岩板、憎水型珍珠岩板、聚苯板等,均有利于提高屋面的保温隔热性能,从而取得良好的节能和改善顶层房间的热环境效果。
  (2)架空型保温屋面
  在屋面内增加空气层有利于屋面的保温效果,同时也有利于屋面夏季的隔热效果。架空层的常见规格做法为:以2~3块实心黏土砖砌的砖墩为肋,上铺钢筋混凝土板,架空层内铺轻质保温材料。
  (3)倒置型(外)保温屋面
  外保温屋面是把保温层置于防水层之上,使保温层还起到了防水层的作用,这些材料必须保证防水和耐气温性能好,不易老化,以聚苯乙烯板为好。再在其上用混凝土预制块压住,不需黏结,方便维修,其价格也比较便宜。
  (4)隔热屋面
  可采用通风屋顶、阁楼屋顶、吊顶屋顶、植被屋顶、蓄水屋顶等进行隔热处理,提高屋顶的隔热能力以起到节能作用。
  结语
  建筑节能是一项全方位的综合性的系统工程,建筑节能技术涉及了建筑技术、材料技术、能源技术、智能技术、仿生技术、废物再利用技术等,也涉及设计、施工、管理、政策法规等诸多部门,是一项全方位的、综合性的系统工程,也是一项长期而艰巨的任务。结合我国国情,必须逐步完善建筑节能设计标准,建立建筑节能管理体系,大力推广建筑节能适用技术,提高能源利用率,强化全社会的节能意识,探索出一条符合中国国情的建筑节能适用技术新路。
  参考文献:
  [1] 涂逢祥.建筑節能 [M].中国建筑工业出版社, 2001.
  [2] 孙成建.外墙外保温技术措施的探讨 [J].住宅科技,2007
  [3] 王立雄.建筑节能 [M].北京:中国建筑工业出版社,2004.
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