浅谈建筑结构节能设计

彭飞

摘要：本文从结构设计的角度，分别对建筑形态、朝向、间距以及平面布置等方面采用建筑节能的技术措施进行探讨，以其为建筑节能的科研与工程应用提供有益参考。

关键词： 建筑结构；节能设计 ；总体规划；建筑布局

Abstract:This paper from the view of structural design of architectural form, respectively, orientation, spacing and arrangement used in building energy saving technical measures were discussed, with its energy-saving scientific research and engineering application to provide useful reference.

Key words:Building structureEnergy saving design Overall planning

The layout of the building

中图分类号TU201.5： 文献标识码：A 文章编号：

近年来，我国有关建筑节能方面的管理办法、标准规范、技术规定不断颁布，建筑节能全面推进，但具体的节能状况却令人担忧。一些建筑节能的拥护者没有看到激励措施和享受优惠政策；一些违反建筑节能强制性标准的行为、有节能标准不执行者，也没有受到应有的追究。因此，加快我国建筑节能的步伐还只停留在喊口号上。对于建筑设计人员，只有在设计中大力推广建筑节能技术，找到关键的突破口，才有可能把我国建筑节能产业推向一个新层次、新高度。

1、总体规划设计

1.1建筑选址

建筑基地不适宜选择在山谷、洼地及凹地等处，因冬季冷气流在凹地里易形成对建筑物的“霜洞”效应。位于凹地的底层或半地下层建筑，为保持所需的室内温度所消耗的能量，就会相应的增加。所以建筑基地应尽量选择在向阳、避风的地段上，为建筑争取日照创造必要的条件。

1.2建筑布局

利用建筑楼群合理布局，充分结合特定地点的自然环境因素、气候特征和建筑物功能。人的行为活动特点等，建立自然——人工生态平衡系统。具体体现在通过楼体排布的方案组合中，按以下原则挑选规划方案：充分利用和争取日照；避免风漏斗的出现，合理组织气流，减少建筑热损失；利用建筑外界面的反射辐射，对夏季炎热气候考虑充分。在规划布局中，可以通过建筑的手法来尽量改善日照条件，比如：多排多列楼栋布局中，采用错位布置。利用山墙空隙争取日照；点、条组合布局时。点式住宅布置在朝向较好位置，条式布置其后，争取日照。

1.3建筑形态

节能建筑的形态不仅要求体型系数(外表面积／体积)小，同时需要夏季日辐射得热少，冬季还需要对避寒风有利。但满足此三项需要的建筑形体常不一致，因此应考虑多种因索的制约，包括当地夏季气温和日辐射照度、建筑朝向、各围护结构的保温状况和局部的环境情况，需要具体权衡得热和失热的具体情况，优化组合各项因素后得出结论。加大进深由8m增加到14m，可以使建筑耗热指标降低11％～33％，因此对于1000—8000m2的住宅，进深控制在12—14m有利于建筑节能。

1.4建筑的间距与平面布置

众所周知，建筑间距是太阳能辐射建筑物的重要影响因子。现行设计规范对建筑物的满窗日照时间已做了明确的规定：如托儿所、幼儿园的生活用房应满足冬至日满窗日照不少于3小时；中、小学校南向的普通教室冬至日底层满窗日照不应小于2小时。然而，目前这些建筑间距标准是以人的健康为出发点而制定的，没有考虑建筑的节能要求。因此，根据不同的地区，不同使用性质的建筑物，制定强制性条文，确定合理的建筑间距，充分利用太阳能、风能等资源，是提高建筑节能效果一项有效、经济的途径。

建筑平面的巧妙布局是提高建筑节能效果的有效途径之一。建筑物的组成部分如电梯、大门、管道井、外窗等的布置都是建筑节能的影响因素，如将楼梯、机房设计在建筑物的南侧或西侧，可以有效阻挡日射；为利于保温，结构设计时可挑空中庭形成2次隔热区。恰当的平面布置有助于形成理想的通风作用，通过建筑物门窗的合理设置，形成通风口，诱导自然通风，既起到节能作用又克服了空调室内空气品质差的缺点。

门窗是建筑必不可少的组成部分，其面积约占建筑外围护结构面积的30％，传热系数比墙的大很多，又经常开启，是冬季耗热的关键部位。其长期使用能耗约占整个建筑长期使用能耗的50％，其中传热损失为1／3，冷风渗透为1／3。可见，门窗是建筑能耗散失的最薄弱部位。因此，在保证日照、采光、通风、观景条件下，结构设计时尽量减少外门窗洞口的面积，合理控制窗墙比。对于窗墙比，《民用建筑节能设计标准(采暖居住部分)》有严格规定：北向不大于25％；南向不大于35％；东西向不大于30％。同时，为了减少门窗能耗的散失，应当适当确定建筑物的挑檐、遮阳板的尺寸，安装可调式百叶、窗帘，调节室内日照；或采用遮阳系统，一般安装在向阳的外立面或采光屋顶上，可控可调，达到不同时间，据不同需要遮挡、反射和引光入室的目的。

1.5建筑朝向

建筑朝向是影响建筑节能效果的重要因素。建筑室内热湿环境受太阳能辐射热量的影响较大，建筑朝向则直接影响建筑物受太阳辐射的程度。我国地处北半球，由于太阳高度角和方位角变化规律的影响，南朝向的建筑，夏季可减少太阳辐射得热，冬季可增加太阳辐射得热，是最有利的建筑朝向，所以使建筑物为南朝向，是我国建筑节能的必要条件。

在一天之中，不同时间的太阳能辐射热量是不同的，不同使用性质的建筑物，对能量的使用时间要求也是不同的。根据太阳能在不同时段的分布状况和建筑物的使用性质调整和确定建筑朝向，是充分利用太阳能的有效措施。例如，在我国北方采暖地区，一天之中的13～14时的太阳能辐射热量最大，建筑物的布置方向应为南偏西，这样可以提高室温，有利于节能；而对于我国的南方非采暖地区，建筑物的布置方向应为南偏东，以减少太阳辐射对室温的影响。再如，办公、学校等公共建筑只是白天有人使用，夜间室内则无人居住，只要白天室温达到标准即可，并希望上午室温能够尽快上升，对于这样的建筑物，应将朝向设为南偏东为宜：而住宅、旅馆、宿舍等居住建筑因夜间住人，希望下午有较强的太阳能辐射热进入室内，以提高夜间室温，应将朝向设为南偏西。

2、建筑单体设计

2.1合理控制体形系数建筑物的体形系数一般应控制在0．3以下，平、立面尽量不出现过多的凸凹面，因为住宅表面体积较小，越利于建筑节能。避免热损失。当然，个别地方点缀一些里出外进还是可以的。在此处，平面型基本为长方形，单元组成行列式，增加了冬季直射室内的阳光，夏季减少阳光的辐射。合理组织穿堂风，增强空气对流，制造合适的小气候，以减少能源的使用。

2.2门窗节能设计有屋顶对节能的影响窗户对住宅影响相当大，它既是太阳辐射的得热处，又是室内热量的失热处。我们的节能住宅在满足采光通风的前提下，尽可能缩小北向开窗面积，扩大南向开窗面积。同时，阳台北及户门冷风渗透量大，应采取保温门。虽然屋面热量仅占整个建筑物的9％，但对顶层房间室内热环境条件冬、夏季较差，加强屋面结构保温也是降低能耗的重要措施。目前，屋面选用聚苯乙烯泡沫板加空气隔气屋，它具有良好的保温隔热性能，热工性能比较好。

2.3新型节能材科的应用，实用粘土砖，浪费土地、耗能高、保温性能差。我国近几年较为推行的有加气砖，建筑砌块、石膏板等各种轻质板材及节能窗，并采取严格措施，限制实心粘土砖的应用。门窗的材料也由原来的钢、木而由塑钢制品代替，并采用了嵌入式橡胶密封胶条，使窗户空气渗透量大大减少，气密性提高。

3、建筑节能技术的应用

以墙体为例。节能墙体是建筑外围护结构的主体，所以墙体的节能设计直接影响到建筑的耗能。墙体节能有以下两个途径：

3.1建筑保温节能设计建筑保温分为建筑内保温和建筑外保温两种。建筑内保温就是在建筑外墙的内表面上加设保温材料，再在其上粉刷、涂料等，其优点是墙体内表面不用加强防水层，构造处理简单，保温材料以免受室外雨水的影响，是一种简单且效果很好的建筑保温方式。外保温是在外墙外表面上做保温材料，覆以防水层，再设外墙装修的构造方法，其优点多。首先其保温层设在外表面，可以有效的保护外墙砌体免受太阳辐射的影响，减小墙体应力损害；其次外保温对建筑柱、梁、墙角等敏感部位处理容易，可以减少热桥的产生，并可避免内表面结露；再次围护结构内侧为重质砌体，有较高的热容性，可以减少室温的波动；在夏季，外保温材料又起到很好的隔热作用，使墙体不会升温过快，内表面温度降低，增加了室内舒适度。

3.2建筑隔热节能设计隔热除考虑外墙部位需设置外。屋顶由于受太阳辐射影响最大，所以也要进行隔热设计。隔热设计主要使用隔热材料隔热和隔热构造隔热。隔热材料有填充类、板块类和热反射类。而现在有一种很廉价的隔热方式：空气层的隔热。这是一种将“空气”作为隔热材料的特殊做法，其隔热性能良好，所以在隔热构造设计中被经常用到。其隔热原理是通过降低传热达到隔热的目的，而影响其隔热性能的原因有：空气间层厚度、热流方向、空气间层的密闭程度和两侧表面的光洁度。这种隔热方式现在主要被用于炎热气候地区的屋面、墙体、双层窗中，隔热效果好。同时空气间层设于墙体部分，起隔热和保温双重效果，不过水平构件只有隔热作用。

3.3采暖节能水源热泵技术是利用地球表面浅层水源(如地下水、河流、湖泊)中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能转移的一种技术。众所周知，地下水温度在一年内波动远小于室外空气，是很好的热泵热源和空调冷源。同时，在冬季也不会存在结露、结霜等问题。

4、 结术语

总之，建筑节能工程作为建设领域的一个新分部工程已成为我们既定的基本国策。我们需要随时充实自己，随时总结经验，为推动市场节约能源出一分力。