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摘要：推進建筑節(jié)能是一項節(jié)約能源、保護環(huán)境、促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要工作，有利用提高人民生活質量和改善建筑條件。本文對建筑設計中建筑節(jié)能的重要性、節(jié)能設計途徑及應用進行了闡述，以供同行參考。

關鍵詞：建筑節(jié)能設計；重要性；途徑

1建筑設計中建筑節(jié)能的基本概念及重要性

1.1什么是建筑節(jié)能

建筑節(jié)能在近年來普遍稱作“提高建筑中的能源利用效率”,也就是說,并不是消極意義上的節(jié)能,而是從積極意義上提高利用效率。

即在建筑中合理使用和有效利用能源,不斷提高能源利用效率。建筑節(jié)能應包括采暖、空調、熱水供應、炊事、照明、家用電器等方面的能耗。即屬于民生能耗,一般占全國總能耗的30%～40%左右。由于建筑用能關系到國計民生,量大面廣,因此節(jié)約建筑用能是建筑設計中的重中之重。

1.2建筑節(jié)能的重要性

1.2.1建筑節(jié)能是發(fā)展國民經(jīng)濟的需要經(jīng)濟的發(fā)展依賴于能源的發(fā)展,需要能源提供動力。1990～1995年第8個五年計劃期間,我國生產(chǎn)總值平均每年增長12%,而一次商品能源平均每年增長才有316%。這種能源生產(chǎn)的增長速度滯后于國內生產(chǎn)總值的增長速度,將嚴重影響我國的經(jīng)濟發(fā)展。因此,能源短缺對我國經(jīng)濟的發(fā)展是一個根本性的制約因素。我們要發(fā)展國民經(jīng)濟,就非依賴于節(jié)能不可。近年來高耗能建筑不斷大量興建,采暖、空調、熱水供應、炊事、照明、家用電器等方面的建筑用能繼續(xù)急劇增長,勢必會限制國家經(jīng)濟的發(fā)展。因此,為了國民經(jīng)濟持續(xù)、快捷、健康的發(fā)展,就必須搞好建筑節(jié)能。

1.2.2建筑節(jié)能是改善廣大人民的建筑熱環(huán)境的需要隨著現(xiàn)代化建設的發(fā)展和人民生活水平的提高,舒適的建筑熱環(huán)境越來越成為人們生活的需要。我國氣候冬冷夏熱的問題是相當突出的。冬天需要采暖,夏天想要空調,而采暖和制冷都需要能源,其中對優(yōu)質能源的需求量增長更快。而我國的能源供應特別是優(yōu)質能源如電力、燃氣的供應目前還很緊張,也就是說,從總體上看,只有大力開發(fā)能源,并在注意節(jié)能的條件下改善人民的建筑熱環(huán)境,這種改善才有可能。

1.2.3建筑節(jié)能是貫徹國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重大部署在我國,人均可采能源儲量不豐,建筑用能巨大,大氣污染嚴重,居民又對改善冬寒夏熱的環(huán)境要求迫切,因此,把建筑節(jié)能工作真正落實到設計中去,這是至關重要的?，F(xiàn)在,國家已十分明確地把實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略作為頭等大事,要求我們付諸行動,結合我們建筑設計的情況,就必須抓緊建筑節(jié)能,堅決遏制建筑用能浪費嚴重,把建筑節(jié)能工作切實做好。

2建筑設計中建筑節(jié)能的基本途徑

2.1房屋各部位的絕熱

（1）屋頂?shù)慕^熱:一般采用屋頂外側絕熱方式。為了防止“烘烤”

現(xiàn)象,可以設法通風換氣。同時還應正確選用絕熱材料。

（2）墻壁的絕熱:一般宜采用墻壁外側絕熱方式。外側的絕熱層要有相當大的傳熱熱阻。同時應處理好防止內部結露的問題。

（3）地面的絕熱:地面與普通地板相比,冬季的熱損失較少,這從節(jié)能的角度來看是有利的,但考慮到南方又濕又熱的氣候因素,對地面進行全面絕熱還是必要的。一般可采用內側絕熱的方式,但是,為了防止土中濕氣侵入室內,可加設防潮層。

（4）門窗的絕熱:窗的結構形式常采用以下3種方法:①利用雙層窗玻璃,在寒冷地區(qū)可以設置三層窗。②利用能反射紅外線的玻璃或利用貼有能反射紅外線的合成樹脂薄膜的玻璃。③利用上述二者的復合形式。同時應合理選擇窗內材料,在既需采暖又需制冷的地區(qū),原則上宜選用以吸熱玻璃、熱反射玻璃為原料制成的中空玻璃。同時也應指出,在我國目前的經(jīng)濟條件下,應努力發(fā)展和推廣在普通玻璃上貼隔熱膜的做法,以代替節(jié)能玻璃的使用。在密封材料上，應改變目前在同一密封部位僅采用單一材料進行密封的做法,應采用在性能上互為補充的多種密封材料在同一部位進行密封,則接縫具有更好的綜合性能。并應逐步推廣采用三級密封方式。

2.2采暖的節(jié)能途徑

在建筑設計中,主要從以下5個方面來考慮：

（1）在建筑設計中,充分利用各種可能條件促進輻射熱進入室內。

（2）在建筑設計中從表面的輻射、開口部位的輻射和部位內的輻射諸方面的條件來抑制輻射熱的損失。

（3）在建筑設計中可以分別從減小溫度差、導熱面積、導熱系數(shù)或增加材料厚度(材質相同時)諸方面來抑制導熱損失。

（4）在建筑設計中,可以分別從風勢、開口部位和縫隙以及冷風的性狀諸方面來抑制對流熱損失。

（5）在建筑設計中,通過建筑造型和材料的選擇達到蓄熱效果的充分利用。

2.3制冷的節(jié)能途徑

設計時制冷的節(jié)能途徑主要從以下6個方面來考慮：

（1）設計時考慮障礙物的存在、太陽照射的方向性、開口部位的處理以及反射和再輻射諸因素來抑制輻射熱進入室內。

（2）設計時要采取必要措施防止地面產(chǎn)生反射和二次輻射以達到抑制導熱傳熱進入室內。

（3）采取措施抑制對流熱進入室內。

（4）可將采暖時抑制熱從室內散失的方法完全顛倒過程使用,從而促進輻射熱從室內散失。

（5）可以利用采暖時抑制導熱散失完全相反的方法來促進導熱散熱。

（6）利用自然通風、在建筑物最高處設置排氣孔以及人造風等措施促進對流散熱。

2.4照明的節(jié)能

照明節(jié)能的要點,在于不使用照明設備,或者使用很少的能耗,得到需要的照度及其均勻的照度分布狀態(tài),總之,要求得到合理的采光和照明。其節(jié)能途徑有如下幾種：

（1）設計時提高所有建筑部位(包括開口部位在內)及室內的所有物體的光反射系數(shù),可以有效地控制光的損失。也可以把所有擴散性的反射面都作成白色而使照度均勻分布。

（2）設計時,注意建筑部位的朝向,以便能夠接受到日照,充分利用太陽照射和天空光。在途中有反射時,要考慮到反射面的面積和反射系數(shù)以及反射方向等條件。另外,利用天窗、照亮室內頂棚、擴散照在窗上的陽光、利用上層的光亮也是照明節(jié)能的途徑。

（3）采用高效率光源,提高照明設備的效率。根據(jù)不同亮度的要求,可以采用整體照明和局部照明結合的方法。

3住宅建筑中節(jié)能設計的應用

3.1建筑平面設計中的節(jié)能設計

建筑平面設計包括形狀、建筑長度、寬度、幢深與平面布局等方面的設計。

3.1.1建筑平面形狀中節(jié)能的設計

建筑設計時,從節(jié)能的角度考慮,原則上應使圍護結構的總面積越小越好。這是因為:在相同的建筑體積V下,由于圍護結構的總面積不同,熱耗相差很大。設計時應注意使圍護結構面積A與建筑體積V之比為最小。

3.1.2建筑長度中節(jié)能的設計

住宅建筑的長度與建筑熱耗間有一定的比例關系。根據(jù)有關資料表明:增加住宅建筑的長度可以節(jié)能。長度小于100m,能量增加較大。例如,從100m減少至50m,能耗增加8%～10%,從100m減少至25m,對于5層住宅,能耗增加25%,9層住宅,能耗增加17%～21%。

3.1.3建筑寬度中節(jié)能的設計

根據(jù)有關資料表明:增加建筑寬度可以節(jié)能。對于9層住宅建筑,寬度由11m增加到14m,能耗可減少6%～7%,若增大到15～16m,能耗可減少12%～14%。

3.1.4建筑幢深中節(jié)能的設計

建筑幢深即建筑物沿縱向軸線方向的總尺寸。對于單幢建筑物來說,當其層數(shù)相同而幢深不同時,隨幢深的加大,建筑的傳熱耗熱指標明顯降低。有資料表明:建筑面積為1000m2,幢深由9m加大到12m時,其單位面積耗熱(W/m2)由41.2W/m2降低到36.85W/m2,這表明加大幢深具有顯著的節(jié)能效果。

3.1.5建筑平面布局中節(jié)能設計

建筑平面布局不僅對建筑的合理使用及提高室內熱舒適度有著決定性的影響,對于建筑節(jié)能亦有很大作用。主要從以下兩方面考慮:①熱環(huán)境的合理分區(qū):由于人們對不同房間的使用要求及在其中的活動狀況各不相同,因而,人們對不同房間室內熱環(huán)境的需求也各異。

在設計中,可根據(jù)不同熱環(huán)境的需求而合理分區(qū),即將熱環(huán)境質量要求相近的房間相對集中布置,這樣做,既有利于對不同區(qū)域分別控制,又可將對熱環(huán)境質量要求較高(或較低)的房間集中設置于平面中溫度相對較高(或較低)的區(qū)域,從而取得最大限度利用日輻射,保持室內具有較高溫度,同時減少供熱能耗的效果。②溫度阻尼區(qū)的設置:為了保證主要使用房間(或熱環(huán)境質量要求較高的分區(qū))的室內熱環(huán)境,可在該熱環(huán)境區(qū)與溫度很低的室外空間之間,結合使用情況,設置各式各樣的溫度阻尼區(qū),這些阻尼區(qū)就象是一道“熱閘”,不但可使房間外墻的傳熱損失減少40%～50%,而且大大減少了房間的冷風滲透,從而減少了建筑的滲透熱損失。設于南向的溫度阻尼區(qū)可當作附加日光間來使用,是冬季減少耗熱的一個有效措施。

3.2建筑體型設計中節(jié)能設計

從節(jié)能的角度講,合理的設計應基于以下原理,即應使南墻面吸收的輻射熱量為最大,且盡可能地大于其向外散失的熱量,以將這部分熱量用于補償建筑的凈負荷?；谶@一思想,在考慮建筑體型對節(jié)能的影響時,主要應對下述一些因素有所把握。

（1）控制體型系數(shù):體型系數(shù)系指建筑物與室外大氣接觸的外表面積(不計地面)與其所包圍的建筑體積之比。體型系數(shù)越大,說明單位建筑空間所分擔的熱散失面積越大,能耗就越多。有研究資料表明,體型系數(shù)每增大0.01,耗熱量指標約增加2.5%。一般宜控制在0.30以下。

（2）控制表面面積系數(shù):從獲取更多的日照輻射,降低能耗的觀點來看,表面面積系數(shù)越小越好。從節(jié)能意義上來說,長軸朝向東西的長方形體型最好,正方形次之,而長軸朝向南北方向的長方形體型的建筑節(jié)能效果最差。

（3）考慮日輻射得熱量,選擇適當?shù)拈L寬比:對正南朝向來說,一般是長寬比愈大得熱也愈多。但須注意,隨著朝向的變化,其得熱量會逐漸減少。當偏角達到67°時,各種長寬比體型建筑的得熱基本趨于一致。而當偏角為90°時,則長寬比越大,得熱越少。

（4）最低耗能體型的選擇:所謂最低耗能體型,是指建筑的各方面尺寸與其有效傳熱系數(shù)相對應的最佳節(jié)能體型。一般來講,當各面的平均有效傳熱系數(shù)不同時,傳熱系數(shù)相對較小的面具有相應較大面積的體型是最佳體型;而當各面的平均傳熱系數(shù)相同時,體型系數(shù)最小的體型是最佳體型。

3.3建筑規(guī)劃設計中節(jié)能設計

（1）建筑朝向與節(jié)能的關系:建筑物的朝向對于建筑節(jié)能有很大的影響。例如,同是長方形建筑物,當其為南北向時,耗熱較少。而且,在面積相同的情況下,主朝向的面積越大,這種傾向越明顯。

（2）建筑間距與節(jié)能的關系:從節(jié)能角度考慮,要求建筑物南墻面的太陽輻射面積在整個采暖季中不要因被其他建筑遮擋(即處于其他建筑的陰影區(qū)內)而減少。為此,就需要研究建筑物各瞬時的陰影長度。瞬時陰影長度是隨時間而變的,它主要取決于建筑間距。

（3）建筑密度與節(jié)能的關系:在城市用地十分緊張的形勢下,嚴格按節(jié)能要求決定較大建筑間距從而建造低密的城市建筑群是很不現(xiàn)實的。為此必須研究建筑節(jié)能與合理的提高建筑密度問題。從保證節(jié)能效益的前提來提高建筑密度。其最直接、最有效的方法,莫過于適當縮短南墻面的日照時間。除縮短南墻日照時間外,在建筑的單體設計中,還可以采用退層處理、降低層高等方法,也可有效縮小建筑間距,對于提高建筑密度,具有重要意義。

3.4建筑設計中窗的節(jié)能設計

（1）窗墻比、玻璃層數(shù)及朝向對節(jié)能的影響:有資料表明:南向窗戶的窗墻比增加時,單層窗節(jié)能率下降,而雙層鋼窗卻上升這說明南向雙層窗的輻射得熱量大于窗的熱耗而使南向窗成為得熱構件。

東向和北向的單層窗節(jié)能率隨窗墻比增加而下降,而雙層窗也隨窗墻比的增加而略有增加。同時還應注意,窗戶成為得熱或耗熱構件,還與建筑所在地區(qū)氣可使室內的日輻射得熱量大于窗的熱耗損失量而成為得熱構件,而在長春,既使采用雙層窗也依然是耗熱構件。

（2）附加物對窗節(jié)能效果的影響:保溫窗簾和保溫板對減少夜間窗的熱耗起著重要的作用。住宅的陽臺在冬季對窗接受太陽輻射有一定的遮擋,遮擋的程度取決于陽臺的挑出長度和朝向。南向陽臺挑出長度大于0.5m之后,節(jié)能率是下降的,而東向陽臺的挑出長度則對節(jié)能率影響不大。

（3）不同氣候區(qū)窗的設計:進行窗的設計,應根據(jù)地區(qū)的不同,選擇層數(shù)不同的窗戶構件,使其在本地區(qū)盡可能成為得熱構件。在窗墻比的選擇上,應區(qū)別不同的朝向。對南向窗戶,在選擇合適層數(shù)及采取有效措施減少熱耗的前提下可適當增加窗戶面積,充分利用太陽輻射熱;而對其他朝向的窗戶,應在滿足居室采光環(huán)境質量要求的條件下適當減少開窗面積以降低熱耗。

（4）改進窗戶熱工性能的措施:有以下幾方面：①加強窗戶的氣密性:除了采用氣密條,提高外窗氣密水平外,還應提高窗用型材的規(guī)格尺寸、準確度、尺寸穩(wěn)定性和組裝的精確度以增加開啟縫隙部位的搭接量,減少開啟縫的寬度達到減少空氣滲透的目的。②改善鑲嵌部分的保溫能力:其主要方法是設法增加其空間層數(shù)和提高鑲嵌材料對紅外線的反射能力以改善其保溫性能。③加強窗框部分的保溫措施:其主要方法是對窗框進行斷熱處理,用高效保溫材料鑲嵌于金屬窗框之間,加大窗框的熱阻,或利用空腹鋼窗內的空氣間層達到增加窗框熱阻的目的。同時,選用導熱系數(shù)較小的塑料窗框以減少通過窗框部分的熱耗。

4結束語

在我國經(jīng)濟社會發(fā)展進入新的歷史階段,中央明確提出建設節(jié)約型社會,切實保護和合理利用各種資源,提高資源利用效率,以盡可能少的資源消耗獲得最大的經(jīng)濟效益和社會效益。只有真正認識到它的重要性,我們才能從實際出發(fā),從自身出發(fā),不斷創(chuàng)新,真正的設計出能普遍適用于社會,帶來真正產(chǎn)生節(jié)約效益的產(chǎn)品。