浅谈建筑节能设计

汪进波

(中国建筑西南设计研究院，四川成都610081)

能源是人类生存和发展最重要的物质基础。人类现在应用能源主要是煤炭、石油和天然气等化石能源，它们对人类的生存和发展起着重大作用，人类靠其取得了辉煌的经济和科技，文化的进步。但是随着消费的增长，世界能源消耗量不断增长，加之资源分布的不均衡，严峻的形势促使人们意识能源问题的严重性和长期性。建筑能耗作为能源消费构成的重要部分，在发达国家已占到能源消耗总量的35%～40%，在我国已经占到能源消耗总量的25%以上。因此，建筑节能设计研究成为了我国目前亟待深入研究的课题，对于推进建筑节能的深入发展对保证能源安全、减少温室气体排放、保护大气环境及生态环境、节约土地资源、提高人民群众的生活水平都具有重要意义。

1 现阶段的建筑节能设计理念

建筑的节能设计是长期的、持续的和发展的过程，不是绝对，一次就可以达到最理想的状态。针对我国建筑节能工作发展状况，就现阶段的建筑节能设计提出以下设计理念。

(1)重视气候环境因素，争取有利条件，避免不利因素，使建筑尽可能顺应自然，满足人们对建筑室内环境的需求，在方案初应为建筑今后运行过程中的节能创造条件。根据不同地区的气候特点决定建筑节能设计，要重视通风和采光，对建筑的热稳性设计要兼顾气候因素和建筑采暖和空调系统的运行特点。

(2)针对现有常规设计、常规材料及构造在能耗上的薄弱环节进行改进，使建筑在经济条件许可的条件下适度超前。

(3)在设计实践中贯彻节能设计思想，关注新技术发展，循序渐进地向无污染、超低能耗的建筑发展。

2 建筑平面节能设计

建筑节能设计需要从整体设计和建筑单体两个方面入手。建筑节能整体设计又可以分为选址、建筑布局、建筑朝向、建筑通风和太阳辐射几个方面。

(1)在建筑的选址上，首先要争取日照。人类生存、身心健康、热工效率均与日照有着密切的关系。对于居住内部空间而言，争取日照包括争取更长的日照时数、更多的日照量和更好的日照质量三个方面。在住宅的建筑设计中，基地应选择在向阳的地段。“坐北朝南”是我国北方民居的建筑朝向定式，对于严寒和寒区住宅朝向，应以南北向为主，这样可使每户均有主要房间朝南，对争取日照有利。为了满足要求的日照间距，各地区应该针对所处地理纬度、日照卫生标准及城市环境条件而确定的日照距标准。冷空气对建筑物围护体系的风和冷风渗透均对建筑物冬季防寒保温带来不利的影响，尤其严寒和寒冷地区，住宅建筑应该选择避风基址建造，采用错列布局避免“风影效应”，以建筑物围护体系不同部位的风压分图作为进行围护体系的建筑保温、建筑节能设计、开设各类门洞口和通风口的设计依据。

(2)建筑的布局，首先要有合理的选址和规划。充分考虑住区的总体布局，做不同体量、不同角度、不同间距、不同道路走向的建筑物的组合，充分利用自然通风和日照，以产生不同的热量需耗(冬季)和热量盈余(夏季)。住区道路的不同走向对风向和风速有明显的影响，住宅群和道路之间多为速度较小、方向竖直的管状气，很难穿越建筑物，所以必须考虑住宅群体的形状与体量的组合和布局，使住宅高层、低层错落排列，并利用道路和植被，形成气流动和自然通风;使建筑物冬天可保持室内热量，避免冷风渗透，到夏季则形成穿堂风，达到自然通风和降温。利用建筑的布局，形成优化微气候的良好界面，也就是建立一个小型组团的自然——人工生态平衡系统，以有利于节能。

(3)建筑朝向对能耗的影响也是较大的。正东、正西的房屋同正南的房屋相比，全年综合耗电量大约相差20%。在住宅设计中，坐北朝南似乎已成为一种定律，户户朝南又是房产商的招牌售房口号，但这种做法不一定与当地的太阳入射角和主导风向存在因果关系，理想的日照方向有时恰恰是最不利的通风方向。朝向选择需要考虑的因素有:一是冬季能有适量并具有一定质量的阳光射入室内，炎热季节尽量减少太阳直射室内和外墙面;二是夏季有良好的通风，冬季避免冷风吹袭。由于冬夏季太阳入射角的差别和朝夕日照阴影的变化，我们应利用合理的朝向，使建筑在夏季尽量避开南向烈日的炙烤，而冬季争取尽可能多的温暖阳光，使建筑获得冬暖夏凉的宜人室内环境。

(4)建筑通风应多考虑自然通风。自然通风是当今节能建筑所普遍采用的一项比较成熟而廉价的技术措施。采用自然通风方式的根本目的就是取代(或部分取代)传统空调制冷系统，主要是利用室内外温差造成的热压和风吹向建筑物而在不同表面上造成的风压差来实现通风换气的，热压主要取决于室内外空气温差和进出气口的高度差。解决热压问题可通过空间布局、门窗洞口的合理设计，建筑设计中应设置一定数量的低窗与高窗相结合，增加进出气口的高差，热空气上升，经由高窗排出，凉爽的空气由低矮的洞口进入室内，这就是常见的烟囱效应。自然通风在建筑中的应用主要表现为:增加室内外温差;加速室内空气流动。

建筑物所处的室外环境并不是只与室外气温有关，还与太阳辐射、风、雨等有关，其中太阳辐射是主要因素，建筑的外立面由于朝向不同其得到(或失去)的太阳能量也不同。冬季辐射得热，南立面与北立面相差甚大。从建筑冬季日照和夏季防热综合考虑，南向是建筑最佳朝向。对于南北向长方体形建筑，存在一个最佳的长宽比和高宽比，使得建筑外表面所得太阳辐射量很少。

建筑整体布局满足节能要求的同时，单体建筑设计也是节能设计的关键，因为建筑单体形式的多样性和建筑功能的复杂性，不同类型的单体建筑的节能设计又应采取不同的方法与措施。

3 建筑立面的节能设计

进行建筑立面的节能设计，首先需要确定合适的窗墙比。窗墙面积比对建筑能耗的影响，主要取决于窗与外墙之间热工性能的差异，相差越大，影响越显著。窗墙面积比不仅影响能耗，也影响建筑立面效果、室内采光、通风等。但减少窗户能耗的根本途径，不是减少窗墙面积比，而是利用高新科技、大幅度提高窗的热工性能。其次，建立良好的立面遮阳设施，立面遮阳设计不仅仅是遮阳构造设计，还可综合利用阳台、外廊等建筑构件以及垂直绿化、遮阳树木取得综合遮阳效果，使立面遮阳设计与立面形态处理有机结合起来。

在建筑单体节能设计中，最重要的就是围护结构的节能设计。

(1)屋顶的节能设计。对多层和高层建筑而言，屋顶在整个外围护结构中所占比例较小，因此通过它的热量损失也较小，但是对顶层住户而言，屋顶温度对室内温度的影响最显著，因此，有必要对屋顶的保温隔热性能给予足够的重视。除了增厚屋面保温材料层的厚度之外，在南方地区，还要采取架空屋面、种植屋面等隔热的措施以减小屋顶的太阳辐射的热。

(2)建筑外墙的节能设计。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(住建部将出台强制性规定)，现行《建筑物外墙外保温技术规程》规定己不能满足保温隔热的要求，并已逐渐被新型的复合墙体所替代。这种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。复合墙体能够很好地发挥两种材料的长处，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，除部分采用加厚的加气混凝土单一墙体外，使用复合墙体将是大势所趋。根据复合材料与主体结构位置的不同，分为外墙内保温技术、外墙外保温技术及夹心保温技术。对复合墙体保温，应大力推广外墙外保温技术。

(3)节能门窗设计。节能型建筑门窗是指达到现行节能建筑设计标准的门窗。凡是门窗的保温隔热性能(传热系数)和空气渗透性能(气密性)两项物理性能指标，达到或高于所在地区《民用建筑节能设计标准(采暖居部分)》及其各省、市、区实施细则技术要求的建筑门窗统称为节能门窗。节能门窗可以是单层窗，也可以是双层窗，在高纬度严寒地可采用三层窗。一般而言，窗户的传热系数要远大于墙体的传热系数，所以尽管窗户在外围护表面中占的比例不如墙面大，但通过窗户的传热损失却有可能接近甚至超过墙体。窗户的保温隔热性能要从三个方面着手来提高。首先是玻璃，玻璃的导热系数很大，薄薄的一层玻璃热量很容易流出或流入，因此必须考虑采用双层玻璃、中空玻璃、低辐射玻璃等保温性能较好的玻璃来做窗户。其次窗户的框材也要加以考虑，，如果是铝型材或钢型材窗框，则必须对型材做断热处理，即将型材朝室内的一面和朝室外的一面断开，用导热性能差的材料将两者连接起来。最后对夏热冬冷地区和夏热冬暖地区，窗户还要考虑安装上遮阳装置，减少太阳辐射透过窗户形成空调负荷。除了安装遮阳装置外，也可以采用镀膜玻璃，反射掉一大部分晒到玻璃上的太阳光。

[1]林海燕.居住建筑围护结构的节能问题[C]∥中国绿色建筑/可持续发展建筑国际研讨会论文集.北京:中国建筑工业出版社，2001

[2]韦峰.建筑自然通风在设计中的应用[J].河南科技大学学报，2004，25(5)

[3]刘衡.建筑的综合节能措施[J].墙材革新与建筑节能，2001(2)

[4]刘加平，武六元.建筑节能与建筑设计中的新能源利用[J].能源工程，2001(2)

[5]陆慎岚.浅谈节能型住宅的设计[J].沿海企业与科技，2006(9)

[6]陈伟.浅谈住宅建筑节能设计[J].山西建筑，2004(19)

[7]李朝宇.浅析任宅的设计与节能[J].辽宁建材，2004(5)

[8]汪移山.探讨建筑节能设计的方法[J].医药工程设计，2006(5)