高层建筑节能设计探讨

王艺帆

【摘要】随着人们生活水平的提高和科学技术的突飞猛进，人们对居住的质量越来越重视，其中包括建筑功能是否合理、建筑设备是否齐全、室内外环境条件是否舒适等。而近年来，在经济发达城市，建高层建筑已成一种趋势，但大多数建筑的设计者贪大求高，将大部分精力放在追求外貌形式和使用功能上而往往忽略对生态环境的保护，造成建筑设计节能意识薄弱，高能耗、低效益，严重地浪费了建筑资源。长期下去，全球人类将会面临能源危机，因此，高层建筑节能设计应得到高度重视。

【关键词】高层建筑；节能设计；可持续发展

建筑节能不仅是建筑本身的节能，且由城市的综合环境、气候条件、总体布局；建筑物的形体变化、朝向；外围护结构保温、隔热的性能；门窗质量等许多综合性因素构成，因此，高层建筑的节能首先应为设计者重视。

1、高层建筑设计节能简述

建筑节能不仅是建筑本身的节能，且由城市的综合环境、气候条件、总体布局建筑物的形体变化、朝向，外围护结构保温、隔热的性能，门窗质量等许多综合性因素构成。节能建筑亦称适应气候条件的建筑，是指采取相应的措施利用当地有利的气象条件，避免不利的气象条件设计的低能耗的建筑。或者说，使设计的建筑在少使用或不使用采暖、制冷设备的前提下，让一年四季的室内气温尽可能地维持或接近在舒适的范围内。事实上，我们所使用的采暖和制冷设备的主要任务就是辅助调整室内自然温度使之达到舒适的范围之内。随着现代化建设的发展和人民生活水平的不断提高，人们追求更加舒适的建筑生活环境。冬季采暖，夏季空调都需要能源的供应。而在当前能源十分紧张的状况下，节约建筑能耗就显得尤为重要了。

超高层建筑节能是贯彻可持续发展战略的一个重要组成部分，是执行节约能源，保护环境的基本国策，也是当前全球性的发展大趋势。有理由相信，在利用空间能源的环境下，提高建筑能源系统的节能效率和延长系统的使用寿命将给超高层建筑行业带来新的契机。积极推进建筑节能，做好建筑物的能源利用，在现实发展中具有十分重要的意义。

2、建筑节能设计的前提

建筑业已成为国民经济的支柱产业之一。建筑节能和建筑业的可持续发展，不仅涉及老百姓的生活质量，而且也是关系国计民生的大事业。我国正处于城镇化和工业化快速发展时期，每年20亿平米，接近全球年建筑总量的一半。我国新建建筑以及原有400亿平方米存量建筑是否节能，不仅关系到能否缓解我国能源紧张，而且还关系到全球的气候变化与可持续发展。

不能以降低热环境质量来换取节能效果，如提高空调房间温度，此行为是不可取的，不能以牺牲室内空气质量为代价获取节能效果；如减少新风量供应也是不可取的，不能以建筑节能为由，影响和妨碍其它功能的实现，如景观、消防使用等。建筑节能标准应依靠科学技术进步，提高建筑热工性能和空调设备的能源利用效率，不断提高建筑热环境质量，降低单位建筑面积能耗先进的设计手段。

3、高层建筑节能设计措施

从建筑设计角度讲，群体布局、单体设计、造构处理都是高层建筑节能的关键。以下根据高层建筑的特点谈谈节能设计方案。

3.1自然通风

中国大部分地区夏季湿热，汗液不易挥发，容易感到闷热，组织良好的自然通风可以降低室内温度，带走热量达到人体舒适，从而减少空调使用，节约能源。高层住宅与多层和低层住宅相比受到的遮挡少，随着层数增加风速更大，利用自然通风致凉具有先天的优势条件，因此如果达到65%的节能目标，高层住宅自然通风设计的节能作用显得十分重要。

3.1.1建筑布局的设计

建筑群的布局对自然通风的影响效果很大，但考虑到超高层建筑大多为单体筑，所以在布局上更多考虑单体建筑的设计问题。单体建筑中户型的选择与合理设计对超高层建筑的通风影响甚大。对于单朝向户型，或者进深大、没有南北贯通的厅，实现穿堂风存在一定困难，可以通过对户型等进行局部调整，可起到一定的改善作用。但超高层建筑过高的风压会使建筑的门窗难于开启，给建筑室内的使用带来不便，而且利于冬季保温。所以在超高层建筑布局设计中应综合考虑，通过合理门窗开启形式，具备一定的可调节性，可以加强不利条件下的通风效果。

3.1.2竖井空间

形成竖井空间利用热压原理设置中庭来组织自然通风，而太高的中庭空间则会形成过大的热压，如不能有效控制，则会产生强烈的紊流，甚至在底层进气口产生令人不安的啸叫。在法兰克福商业银行的设计过程中，针对塔楼60层高度中庭空间的自然通风状况，福斯特及其合作者将每12层作为一个独立的单元，各自利用热压实现自然通风，取得良好的效果。

3.1.3玻璃幕墙围护结构

为了减少过高的风压和热压对高层建筑自然通风的不利影响，1990年英恩霍文在波恩电话大楼的设计中发展了双层玻璃幕墙，这一革命性的设想，在埃森RWE办公大楼得以实现。幕墙内外层玻璃间隔500mm，即形成可蓄热的空腔，提供了节能的可能性，又可以通过内层可开启的玻璃窗实现室内各层间的自然通风。由于外层的玻璃阻挡了高空的风力，人们第一次可以在高层建筑中打开窗户，让室外的新鲜空气流入室内。这一新异的构想使大楼基本上放弃了昂贵的机械空调，使自然通风率达到70%，节能30%。

3.2天然采光

现代超高层写字楼中的建筑照明所消耗的电力占了总电力消耗的30%左右，而且相同照度的自然光比人工照明所产生的热量要小得多，可以减少调节室内热环境所消耗的能源。因此，采用天然采光开拓再生绿化空间超高层建筑节省了土地，不只是提高容积、增多建筑面积，更重要的是在满足了一定容积的情况下，把节省下来的土地转化为绿地，保护并培植对维持生态平衡起重要作用的绿色植被。

3.2.1开辟垂直绿化

与高层建筑的用地面积相比，其外表面积是地面的4～5倍或更多，因此在外墙上拓展绿化，将对绿化环境的形成起很大作用。

3.2.2发展屋顶绿化

开拓绿化空间，另一种办法是发展占天不占土的屋顶绿化。在公共建筑裙楼开辟屋顶花园潜力很大，应进一步提高屋顶花园的质量，发展薄覆盖型种植技术。

3.2.3营造空中庭园

为了改善人远离自然，易导致空调综合征、生态环境差的缺点，在高层建筑之内营造空中庭园，这是近些年来国外某些高层建筑追求与探索的新课题。如诺曼·福斯特设计的法兰克福商业银行总部大厦就引入生态的概念，是世界上第一座“生态型”超高层建筑。

结束语

高层建筑设计节能意在将节能意识贯穿于设计的每一个环节，设计出更多符合时代要求的、高效低能耗的建筑作品。建筑节能是中国建筑业走向可持续发展的转折点，也是我国国民经济发展的一项长远战略方针，高层建筑节能设计对我国的发展将具有极其深远的影响。节约能源是世界发展的基本条件，建筑节能也是是国家发展的基本国策之一，高层建筑又是标志性极强的建筑，研究高层建筑的设计策略和节能技术措施，抓好高层建筑的节能设计，将会带动建筑节能事业的发展，促进全社会建筑节能的技术进步。改善人类生活的环境，营造绿色和谐家园。

参考文献

[1] 袁海生.高层建筑节能设计探讨[J].建筑與规划设计.2012，（14）.

[2] 康力伟.高层建筑节能设计对策探讨[J].2011，（08）.

[3] 徐玉萍，张尧龙.从建筑遮阳谈建筑节能设计[J].今日科苑，2013，（20）.

[4] 夏志刚，吴志英.建筑节能设计方法的分析[J].中国新技术新产品，2011，（06）.

[5] 梁丽滨.浅析绿色建筑节能设计[J].建材与装饰（中旬刊），2013，（10）.

[6] 马小新.关于绿色建筑节能设计的探讨[J].山西建筑，2012，（09）.