绿色建筑外立面节能技术的创新应用研究

赵旭宇（煤炭工业太原设计研究院集团有限公司，山西 太原 030001）

近年来，我国建筑业取得了很大的成绩，在建筑行业中，绿色建筑是当前发展的重点，其主要用途包括呼吸式、参数式等，并采用节能环保的建材[1]。外立面是一座建筑的外部结构，它与外部世界的联系非常密切。在越来越复杂的建筑形态中，屋顶逐渐被包含在广泛的外部外观中，即“第五立面”，这一结构在设计过程中若存在不合理现象，则对于建筑整体节能效果和美观性都会造成严重影响。此外，近几年，由于建筑形态的多元化，外立面的构成和形态也在不断地发生变化，所以，节能设计是一个重要的章节[2]。基于此，本文以某建筑作为依托，针对该建筑开展其外立面节能技术的创新研究。

1 建筑工程概况

为实现对绿色建筑外立面节能技术的创新研究，选择将某城市发展中心大厦建筑作为依托，将该建筑的外立面结构作为研究对象，开展对其节能技术的相关研究。该建筑功能用途为商务办公，并根据办公需要配备了相应的设施；建筑整体规模为21万m2，高度为302m；建筑占地面积为556.2m2[3]。除此之外，该建筑绿色节能技术指标如表1所示。

表1 某城市发展中心大厦建筑绿色节能技术指标

在明确该城市发展中心大厦建筑的基本节能技术指标后，将绿色、节能作为设计目的，开展对其外立面结构相关技术的创新研究。

2 绿色建筑外立面节能技术创新应用

2.1 设计绿色建筑呼吸幕墙

为了适应绿色发展的要求，优化建筑整体结构的综合性能，下述将采用设计呼吸幕墙的方式，进行建筑结构外立面的初步优化设计[4]。设计中，明确幕墙结构是建筑外立面的主要构成，对此部分结构展开精细化设计，是指在建筑设计阶段开始，到中期制作与后期施工，均将节能技术贯穿其中，基于此种设计方式，使建筑在投入使用后具有低能耗的优势。

为了提高建筑通风幕墙的设计水平，满足业主的要求，本文通过对箱形窗户的实例，对建筑外墙进行节能设计。设计结构见图1。

按照图1所示的结构，进行呼吸幕墙的设计，在设计中，可以根据建筑楼层的整体高度及建筑柱网结构形式，将幕墙结构划分为多个网格单元，根据幕墙的空间布局，进行网格结构的优化，按照此种设计方式，确保建筑结构中部署的每个网格单元结构，都具有独立的通气、通风隔断，从而实现对整体布局的优化[5]。

图1 绿色建筑外立面呼吸幕墙的设计

根据实际需求，在设计过程中，应结合建筑通风设计需求，进行单元网格中，通气口与排气口的连通设计，通过此种设计方式，使幕墙具有通风、通气等优势，确保室外环境中的空气，可以通过建筑幕墙结构进入室内环境中，再从室内环境进行换气，最终在建筑顶部的排气口排出。

按照上述内容对建筑结构呼吸幕墙进行优化设计，可以使建筑结构具有通气、通风的优势，从而使建筑整体达到一种“呼吸”效果[6]。为进一步实现对此项工作的优化，可在此基础上，在每个幕墙网格单元上设置独立的进气、出气通道，避免建筑内不同房间出现声音的传播，以此种方式，达到一种“隔断”设计效果。

2.2 建筑外立面设计材料选型

在上述设计内容的基础上，可根据业主方提出的建筑节能设计需求，进行外立面设计材料的优化选型。在城市建筑呈现高速发展状态后，传统的高污染材料已逐步被淘汰，取而代之的是绿色材料，为满足群体基本生活需求，应优先选择低耗能、环保、绿色、生态材料作为设计材料，通过此种方式，提高建筑外立面的综合性能。

根据设计需求，可进行外立面浇筑混凝土的生态化处理，选用新型水泥代替传统水泥，新型水泥主要由废弃物提炼构成，按照此种设计方式，降低绿色建筑在设计施工阶段的成本[7]。同时，优化建筑玻璃结构，选择具有保温、隔热、隔声、光电转换优势的玻璃代替常规型玻璃，通过此种设计方式，实现对建筑内部温度适宜性的调节[8]。此外，根据建筑综合设计需求，可设计空心结构的砖块代替实心砌块在建筑外立面上使用，相比后者，前者在市场内属于复合型材料，具有更加显著的低污染性能，并在实际应用中具有一定的抗震优势，可以有效提高建筑整体结构的稳定性、安全性与可靠性。

2.3 设置绿色建筑外立面遮阳结构

在上述内容的基础上，可根据建筑工程项目所在地，从地区气候角度出发，对遮阳结构展开优化设计。在进行此方面内容的设计时，应根据建筑整体外形、建筑构造、建筑楼群之间的距离，设计遮阳结构规范化的排列方式，从而达到对建筑的遮阳效果。

在进行遮阳设计时，遵循美观性原则，通常情况下，人们对建筑物的视觉美感较为重视，建筑物设计需要具备鲜明的个性与自身独特的特点。建筑结构设计人员需要从美学角度出发，在保证建筑结构功能良好的基础上，增加建筑物的艺术特色，使建筑物的整体美观度得到显著提升。基于提出的原则，设计三种外立面遮阳形式，见图2。

图2 建筑外立面遮阳形式

图2中第一种遮阳形式主要用于遮挡中午阳光折射光线，一般设置在建筑南侧外立面结构上，第二种遮阳形式主要用于遮挡上午与下午阳光折射光线，第三种遮阳形式主要用于遮挡太阳正射光线。可在设计中，根据建筑节能设计的不同需求，选择不同的遮阳形式。

在此基础上，为避免遮阳结构对建筑内部通风造成影响，可在设计中增设辅助性机械开关进行遮阳结构的综合调整，居住在建筑内的群体可以在实际应用中根据其个人需求，主动调节遮阳结构，通过此种设计方式，使遮阳结构在建筑中发挥预期的效果。

除上述提出的内容，还可以从节能角度进行遮阳结构的优化设计，例如，在东向或西向方向上，可以采用增加横向遮阳条带的方式，进行建筑进光量的综合调整，避免阳光直射导致建筑室内温度升高，按照此种方式进行绿色建筑结构外立面的优化设计，可以使外立面形成一个相对优化的生态气候，从而使建筑在完成设计后，满足或符合绿色化设计标准。综合上述分析，完成基于节能技术的绿色建筑外立面结构整体优化设计。

3 节能效果分析

在完成对技术创新应用的研究后，为了确保上述提出的节能技术在实际应用中能够充分发挥其优势，针对这一技术在该城市发展中心大厦建筑中对外立面设计的应用效果进行探究。为方便验证，选择将完成设计施工后外立面实际节能情况与表1中节能预计情况进行对比。外立面实际节能可通过下述公式计算得出：

式中m-为外立面节能比例；

w-为规定能源消耗上限；

w'-为实际能源消耗量。

根据上述计算公式，得出外立面的节能比例，并将其与表1中的数据进行比较。为方便对比，将计算结果记录如表2所示。

表2 外立面节能效果记录表

从表2中数据可以直观看出，在应用本文上述提出的节能技术后，该城市发展中心大厦建筑的外立面五个分区节能比例均在20%以上，均明显高于节能预计要求。因此，通过得出的结果能够证明，上述提出的节能技术在实际应用中可以有效降低外立面能源消耗，达到绿色、节能效果，促进建筑整体绿色可持续发展。同时，通过上述得出的节能效果进一步分析得出，在实际开展绿色建筑外立面设计时，若合理运用本文提出的节能技术能够在极大程度上促进建筑经济效益的提升，并同时保障建筑与周围环境的和谐共生，使其社会效益得到更大保障。

4 结语

通过本文上述研究内容可以看出，外立面是建筑最主要的构成结构之一，在设计过程中，不仅需要综合考虑外立面功能需要，同时还应当做好外立面与周围环境之间的协调，降低能源的使用量，从而为解决全球范围内的能源危机问题提供帮助。同时，通过本文进一步研究得出：

在建筑节能设计中，建筑外墙的合理设计与开发是降低能耗、促进绿色发展的重要环节。在建筑外立面设计、开发和施工等众多环节当中，外立面的选材、设计、施工、维护等都会在极大程度上，影响到整个建筑的能源消耗情况，并且还会产生对周围生态环境的影响。因此，根据绿色建筑的设计需求，尝试将节能技术和建筑外墙相结合，以解决建筑建成后能源消耗大、环境污染大等问题。

在此基础上，根据不同的特点进行合理的结构设计，以满足不同的需求。本文针对实际情况，从通风幕墙、墙体材料优化、增加遮阳结构等方面进行了优化设计。期望本文的研究成果能用于节能技术的改善，真正实现基于绿色建筑产业的产业结构升级。