节能设计在高层建筑中的应用

蒋思思　卢宁

摘 要：高层建筑在设计方面无论是采光还是通风上，都存在一些问题，并且外围护结构在隔热保温的能力上较差，使用材料的可再生率较低。文章便针对上述问题对建筑节能设计进行研究，针对自然通风以及可再生能源、围护结构等技术的综合运用进行改进，从而期望对高层建筑发展的生态化有所助力。

关键词：节能设计；高层建筑；应用

1 高层建筑的能耗分析

1.1 能耗解析

由于城市的土地可利用面积较小，因而城市建筑开始向着高层的方向发展，这也是由于高层建筑可以容纳人数较多，信息处理量也相对较大所致。而为了保证高层建筑能够运行正常，高层建筑中耗能的结构较多，电梯、供水以及供暖和空调管理都需要消耗巨大的能源。其主要的能源耗费来自于集中供热、集中的热水供应以及煤、电和天然气的供应。而在建筑能耗中，可以将能耗系统总结为以下四种，分别是动力系统、照明系统以及供暖空调系统和办公设备系统。而电量的能耗一半以上都是供暖空调系统；而电量能耗的20%来自于照明系统；而动力系统耗电量仅为总能耗的10%；而办公系统耗能仅占到了10%。

1.2 采光要求以及通风要求

高层建筑的结构主要由以下几部分系统构成：首先是空间，包括垂直空间和水平空间；其次是高层建筑的使用房间空间；此外例如卫生间以及餐饮空间，即辅助使用房间；最后则是设备系统所使用的空间。在高层建筑中，空间组织以及平面布局中相对较为固定，建筑中各部分功能空间的通风以及采光都相对需要予以重视。另外，建筑能耗相对于气候的依赖性相对较弱，建筑层数越高对于气候的依赖性越弱，建筑的节能降耗仅仅通过建筑同环境之间的关系进行调节，所收到的效果较低。而针对高层建筑，应当从建筑自身的围护构件以及进深大小和平面形式等方面对建筑的能耗进行确定，并考虑能耗设备系统，提出相关节能措施。

2 常见问题分析

在设计高层建筑中，高层建筑设计会遇到很多的问题，实际的问题遇到的较多的是围护结构不具有良好的隔热能力，建筑的围护结构主要包括地面部位、外窗和外墙部位，此外屋面结构也是重要的外围护结构。而高层建筑不同于多層建筑，其竖向表面积相对较大，横向屋面的面积小于竖向表面积，所以，屋顶、外墙以及外窗的隔热层对于高层建筑极为重要，这也成为了衡量建筑保温隔热层性能的重要标准。对于建筑外墙的墙体材料，影响其节能性的主要因素进行分析，主要的影响因素包括，材料的影响，并且包括墙体外饰，日晒方向以及墙体结构等因素。

3 相关结构设计

3.1 通风设计

在建筑设计过程中，依照建筑的内部空间进行组织，可以通过自然风的引入降低建筑的能耗，尽可能的利用建筑的内部空间形成穿堂风，高层建筑中条形建筑比较容易形成穿堂风，但是针对点式建筑，应当利用垂直墙的窗户来通风。通风需要窗墙面积比相对较大，从而为风的形成提供通路。此外还可以通过双层玻璃的设置来实现降温。国际上很多建筑都开始重视通风设计，形成相对通风性良好的体系，以此降低建筑本身需要进行通风的能耗。

3.2 外围护设计

3.2.1 材料。高层建筑的外围护所采用的材料主要包括实体结构材料以及透明结构材料两种，这是当前高层建筑建设所用到的主要材料，并且考虑到高层建筑的外围护并非用于承重，因此在材料的选择上较为灵活，针对实体结构，应当选取空心砌块或者多孔的砌块，并且材料的导热系数相对较小，而加气混凝土砌块也是高层建筑外围护选取的优良材料，另外配合合理的窗墙比例和外保温结构的设置，能够有效控制高层建筑的能耗损失。一些区域的气候分明或者处在寒冷地区，那么针对这类城市应当减少玻璃幕墙的应用。

在外围护结构的施工中，实体围护达到了高层建筑的保温隔热标准后，应当注意，建筑的透明围护需要遵循以下内容予以设置：首先应当减少玻璃幕墙的使用，其次控制好窗墙比例，并控制窗体的开启面积从而对通风进行有效的设计；最后窗框以及玻璃的材料选择节能且密封性能良好的的材料。

3.2.2 墙体外饰面。建筑外墙饰面是围护结构抵御外界气候影响的第一道防线，其材料的热工性能将直接影响围护结构的热工性能。建筑的外墙饰面目前有瓷砖、涂料、石材以及金属幕墙材料等等，最典型的两类外墙饰面是瓷砖及涂料。节能设计中采用浅色外饰面或部分采用浅色外饰面显然是有利的。

3.2.3 墙体外遮阳。除外围护结构材料的选择外，还可增加建筑遮阳，以减少供暖空调能耗。建筑遮阳包括水平遮阳、垂直遮阳、综合遮阳等方式，可结合立面设计意图进行设计，尤其应注意西向遮阳对节约建筑能耗的作用。节能设计中应考虑"东、西外墙遮阳"，在夏天东、西晒非常严重的地区，东、西外墙遮阳措施有待加强。这方面可以借鉴热带地区城市，如马来西亚和香港等的设计经验。在这些城市，高层建筑遮阳措施的使用在带来较好遮阳效果的同时，也丰富了建筑立面，增加了城市景观。

3.3 可再生能源的利用

在系统的能源使用方面，应尽量开发可再生能源的利用，如太阳能、地热能、风能、水能、生物质能等。利用风力发电、太阳能光伏发电、垃圾发电、太阳能热利用、地热利用和沼气发电等，来减少对煤和天然气等不可再生能源和电、蒸汽、热水等二次能源的依赖。例如，使用分体空调的建筑建议增设地源热泵，这样可大大降低空调系统能耗；使用螺杆式水冷机组的建筑建议增加蓄冷装置，冷却塔的废热应予以回收利用；热泵作为一种新型节能技术，也应该在办公建筑中考虑采用；关于太阳能的利用，可以在冬季利用太阳能供暖、夏季采用太阳能制冷系统，全年中都可以使用太阳能光电系统和热水系统。

4 结束语

由于经济发展的需要，建筑由从前的多层为主改为以中高层为主，建筑的结构形式也发生了较大变化，由过去单纯的框架结构改变为以框剪结构为主，墙体结构形式的改变对墙体节能也提出了新的要求，框架结构中主要以填充墙为主，所以砌块是否节能就显得尤其重要。但在一般性的框剪结构体系中，填充墙往往只占墙体面积的一半，甚至更少，在这种形式下单纯靠改善砌块的热工性能来达到节能的目的可能性大大降低。所以，应当对钢筋混凝土形式的符合外墙结构适当的予以改善，发展适合其应用的外墙保温体系。当今的社会各行各业都在追寻信息化智能化，在这样的时代中，高层建筑也在寻求一条智能化信息化的道路用以创造节能型高层建筑，响应时代的号召。由于高层建筑能够有效的节约建筑用地并且容纳量较高，信息处理量大，因而其应用越来越广泛，但是同样的，其能耗消耗也十分可观。当今社会对于可持续发展较为重视，当前的高层建筑如何推进生态发展的进程是当前城市高层建筑需要重点予以重视的。在设计过程中，通过自然采光的利用，通过平面形式的设计，结合节能灯具的应用有效降低由于照明所产生的能耗；另外通过增加外墙保温系统的隔热能力，减少建筑内部温控所消耗的能量；此外，通过对生物能、水能以及风能和太阳能、地热能等可再生新型能源的利用，对通风、围护结构等设施的综合提升，实现真正意义的节能减排。

参考文献

[1]史黎.建筑物外围护结构节能设计问题的探讨[J].山西建筑，2005（22）.

[2]李杰臣，苏园园.浅析高层建筑结构抗震设计[A].土木建筑学术文库（第13卷）[C]，2010.

[3]郑照东，楚储航.高层建筑承台大体积混凝土施工[A].土木建筑学术文库（第12卷）[C]，2009.