从节能的角度探讨建筑设计

邱荣文 江新勇 毛慧慧

(南昌航空大学土木建筑学院，江西 南昌 330063)

0 引言

20世纪以来，全世界能源消耗的增长远超过人口增长的速率，如何降低能源的消耗与浪费已经成为全世界共同面临的难题。近几年来，我国GDP飞速发展，建筑行业也得到很大的发展，然而，建筑能耗却成为一项值得关注的话题，学者王若竹，钱永梅，王铁红[1]指出:我国建筑能耗逐年上升，由20世纪70年代末占总能耗的10%，上升到近年来的27.45%，并将上升到35%以上。在新建的建筑中称得上节能建筑的只占6%左右，94%左右仍然是高耗能建筑。与发达国家相比，我国建筑外墙的热传递系数是其3.5倍～4.5倍，外窗为2倍～3倍，屋面为3倍～6倍，门窗的空气渗透为3倍～6倍[2]。在当前形势下，节能建筑的设计与营造将是一种趋势。未来建筑的发展势必朝着节能的方向迈进。

节能建筑的核心是，建筑群的规划和单体建筑的设计，在设计过程中，通过执行建筑物节能标准，采取相应的节能措施，确保建筑室内热环境的质量和人民居住水平的提高，充分利用可再生能源和目前可运用的节能技术，以减少能源的消耗与浪费。本文以德国教授隆恩教授节能建筑的被动式设计思想理念为理论指导[1]，主要在建筑物规划设计，屋面节能设计，墙体及门窗的节能设计和自然资源的利用等进行分析探讨，改善并提高建筑物节能效果。

1 建筑规划设计

建筑规划设计与建筑节能密切相关，规划设计要从建筑物所在地的地理，气候，日照等条件出发，将节能设计，建筑设计，能源三者有效的结合在一起，使建筑获得更多的可再生能源，如太阳能。具体规划设计时要从建筑布局，建筑朝向，建筑物体形，建筑间距等因素考虑，建筑规划中的节能设计是建筑节能设计中不可缺少的一部分。

1.1 建筑布局

建筑群的布局应从平面和空间两个方面进行合理规划。平面的布局形式有:行列式，错列式，周边式，混合式，自由式等，在不同的气候，地理等条件因素限制下可选用不同的平面布局形式达到节能，例如:在严寒地区和部分寒冷地区，在考虑房间日照和通风因素时，适合周边式的布局形式;在空间方面要考虑高层建筑物对低层建筑物的影响，当一栋建筑物远高于其他建筑时，由于气流的影响，在建筑物之间容易形成高速风及涡流，从而加速热量的损失。通过对建筑群平面和空间布局形式的合理设计运用，形成优化微气环境的良好界面，建立气候防护单元改善外界环境，充分利用自然能源，做到节能。

1.2 建筑朝向

朝向是指建筑物正南立面的法线与正南方向的夹角[3]，朝向的选择涉及到建筑物的地理特点，气候环境，建筑用地等等情况。在寒冷季节获得更多的日照，房间内避免寒风侵袭;酷热季节减少太阳辐射，并有良好通风，同时也要照顾到其他建筑物的需要。最佳朝向和适宜朝向都能够满足建筑节能设计的基本要求(如表1所示)。

表1 不同气候地区的最佳朝向和适宜朝向[3]

1.3 建筑物体形系数

建筑物的体形系数[3](S)是指建筑物与室外大气接触的外表面积(F)(不包括地面，不采暖楼梯间隔墙和户门的面积)与其所包围的体积(V)的比值即:

体形系数越大，表明单位建筑空间受到外界气候环境冷热作用的外围护结构面积越大，越不利于节能。有研究表明:建筑物体形系数每增加0.01，耗能热量指标增加2.5%左右[3]，所以从降低建筑物能耗的角度出发，在满足使用功能，建筑平面布局，建筑美学的前提下，建筑物的体形系数越小越有利于节能，节能型住宅体形系数在0.25 ～0.28 之间较为合理[4]。

1.4 建筑间距分析

在建筑具体规划建筑物的间距时要根据当地的日照情况，日照标准，建筑节能设计原则及防火规范等因素综合考虑，建筑的间距要根据当地在冬至日的太阳高度角进行合理的计算，计算出的间距要保证住宅室内有一定量的日照，还需要有一定的日照时间来提高室内的温度，减少空调的能耗，从而达到节能的目的。在规划中还可以适当加大部分建筑物间的间距，形成休息平台或形成绿地，对改善建筑物之间的通风有良好的效果。

2 屋面节能设计

屋面的构造形式有平屋面和坡屋面，而节能系统可分为保温屋面和隔热屋面。

2.1 倒置式保温屋面

倒置式屋面就是将传统屋面构造中的保温层和隔热层颠倒，将保温层设置在防水层之上，很大程度上减弱防水层受外界环境的影响，使防水层不易老化，延长其使用年限。同时倒置式屋面具有调节屋顶内表面温度的功能，有利于提高屋顶的隔热效果。

2.2 屋顶的隔热设计

屋顶的隔热做法有多种方式。如:屋顶的架空通风隔热;屋顶的蓄水隔热;种植植被隔热，虽然这几种做法的目的是达到建筑节能，但其原理各不相同。通风隔热主要是在屋顶设置通风间层，使两侧形成风压和热压带走热量，同时也隔断了太阳辐射，达到降温的目的;蓄水隔热是在屋顶设置一层蓄水层，利用水的蒸发和水对太阳辐射的吸收，来降低室内温度;种植植被隔热利用的植物的光合作用和叶片的蒸腾作用，来降低室内温度。

3 门窗节能

在建筑围护部件中，门窗的保温隔热性能最差，是对建筑节能重要的影响因素之一。学者陈春滋，李书田[5]在书中提到，就我国目前典型的围护部件而言，门窗的耗能约占墙体的4倍，屋面的5倍，地面的20多倍，约占建筑围护部件总能耗的40%～50%。因此，增强门窗的保温隔热性能，减少门窗的能耗，对提高建筑节能水平起到至关重要的作用。在门窗的设计中，在综合考虑门窗采光，通风，隔声等基本功能的情况下，对门窗进行优化设计，以提高门窗的节能效果。

3.1 合理的门窗朝向、大小

窗的朝向主要考虑冬季有足够的日照，夏季利于通风并减少日照。门窗朝向及大小对夏热冬冷地区的节能设计有明显的效果。而南昌市地区是典型的夏热冬冷地区，根据南昌市地区的有关气象数据分析，南昌市地区西南风是夏季主导风向。因此，在南昌市地区门窗的朝向尽量布置在朝西南方向，这样不仅有利于夏季室内形成穿堂风，使室内温度降低，且冬季可以获得足够的日照，使室内温度升高。在满足采光通风的条件下，窗的面积越小对节能越有利，所以在满足窗的基本功能的情况下，尽量选择较小的窗户。

3.2 门窗的构造方式

在确定窗墙比的条件下，增大窗户的开启面积，从而增加了窗户的通风量，在夏季可以带走室内的很大一部分热量，降低室内温度。比如少用推拉窗，多用平开窗，并且让平开窗的窗扇均能开启。如果用推拉窗且拥有合理的构造方式，如将推拉窗设计为四扇，两边窗扇固定，并用隔热材料将其挡住使中间两扇窗扇均能同时打开，增加窗户的开启面积。同时通过合理的构造方式提高门窗的气密性，增强门窗的节能水平。

4 外墙的节能设计

外墙是外界环境接触最多的建筑结构，其保温隔热性能的好坏，直接影响室内温度控制，从而影响建筑的节能。

4.1 复合墙体利用

在外墙的设计中，利用复合墙体，也就是通过在主体墙体增加一层或者几层的绝热保温材料来改善墙体的热工性能，这种材料目前最常用的有聚苯板与新型的JSY铝镁材料。

4.2 墙体构造设计

在墙体的构造上，可以利用承重空心砌块，一方面减轻墙体的自重，同时墙体的热工性能也会得到改善。墙体的装饰在建筑的立面效果起到很重要的作用，通过藤本植物(如爬山虎、地锦、络石、凌霄等有吸盘或者有吸盘的藤本植物)附在建筑墙面，不仅能在建筑立面效果上有所改善和创新，还能缓和阳光对建筑的直射从而降低墙体表面温度。同时，在设计中增强墙体表面的密实度，对建筑节能也会有很大的帮助。

5 结语

在当前能源紧张的局势下，建筑节能设计不仅仅是从建筑布局，墙体，屋面等外围护构件考虑，还需要从所使用材料的热工性能及建筑施工时的能源消耗来考虑，降低建筑从设计到施工再到利用所使用的能源消耗，并将其运用于实际的生活中，改善人们居住的室内生活环境和减少能源的消耗，减少现代建筑物的能源利用，使节能建筑向新世纪迈进，更具有历史责任感和建筑业的使命感。

[1] 王若竹，钱永梅，王铁红.长春市居住建筑节能设计中的朝向分析[J].吉林建筑工程学院学报，2010(1):104－106.

[2] 罗 忆，刘忠伟.建筑节能技术与运用[M].北京:化学工业出版社，2007.

[3] 王 瑞.建筑节能设计[M].武汉:华中科技大学出版社，2010.

[4] 杨 蕊，刘小平.住宅建筑热环境节能优化设计的探讨[J].陕西建筑，2006(7):4－6.

[5] 陈春滋，李书田.建筑节能设计与施工技术[M].北京:中国物资出版社，2011.

[6] 梁 静.夏热冬冷地区居住建筑节能的思考[J].低温建筑技术，2009(6):108－109.