大空间建筑外观的节能与设计分析实践思考

高 文 中建七局建筑装饰工程有限公司工程师

张留洋 中建七局建筑装饰工程有限公司助理工程师

作为我国传统的资源消耗型行业，建筑行业在建设生产中需要耗费大量的资源与能源，这不仅限制了整个行业的发展，更是对国家的资源安全造成较大影响。绿色建筑理念下，开展节能设计已经成为建筑设计的内在要求。对于大空间建筑，在建筑内部节能设计的基础上，还需深化其外观节能设计，以此来实现建筑外观装饰与功能的统一，提升建筑的综合使用价值。

1 大空间建筑功能特征及外观节能设计作用

1.1 功能特征

功能设计是建筑设计的核心内容，大空间建筑功能具有多样性的特征，深层进行空间与功能的协调设计，能确保大空间建筑满足人们生产、生活的实际需要。从大空间建筑设计过程来看，这种功能需要表现在活动范围、活动方式以及信息传递3 个层面。从活动范围层面来看，会议、观演等建筑的空间设计需考虑视线和声音等质量要求，活动范围相对较小，如影剧院建筑最远排观众到舞台视点的距离应保持在33 m 以内。而在空港等大型交通建筑中，人们的活动范围将大大增加。从活动方式层面开展建筑功能设计，需深化点、线、面3种模式应用，最大限度地满足大空间多重功能应用需要。另外，为满足大空间建筑信息传递需要，要求在功能设计层面确保大空间建筑信息传递无遮挡，同时应深化建筑导向和广播系统应用，增强信息传递的连续性[1]。

1.2 外观节能设计作用

大空间建筑多为公共建筑，在设计施工中需外部的装饰与美化，建筑材料消耗较多。绿色建筑理念下，在建筑初期设计阶段，需积极开展建筑外观的节能设计。一方面，采用先进的外观节能方式能最大程度减少建筑外部装饰中的资源与能源消耗，对于降低工程项目后期建设成本、保证工程建设质量具有积极作用。另一方面，在合理选择建筑外观形式的基础上，根据建筑的功能要求和布局朝向，系统使用建筑隔热保温等新型节能环保材料和技术工艺，能将其与外观的装饰美化设计功能融为一体，实现建筑装饰与功能应用的有机统一。此外，步入新时期以来，绿色建筑节能设计理念深入人心，开展大空间建筑外观节能设计符合新时期建筑工程理念发展需要，对于整个建筑行业的发展具有重要的推动作用。

2 大空间建筑外观节能设计原则要求

2.1 高效原则

传统建筑设计中。大空间建筑侧重于美学、形式及某种特性的研究。而现在，大空间建筑已经成为一种社会公共产品，其要求实现设计目的性和社会性的有效统一。在建筑外观节能设计中，高效性原则要求关注对资源的高效利用和对生态环境的有效保护。在实际设计中，设计师应努力在大空间建筑外观功能及生态性能之间寻得一个全新的平衡点，以此来保证大空间建筑具有灵活的空间形式、符合的功能组织以及机动高效的资源、能源利用形式，获得良好的应用效果。

2.2 健康原则

大空间建筑是面向人群的服务设施，故而不论哪一部分设计，均需要考虑建筑的绿色性和健康性。从大空间建筑外观健康性设计层面来看，需具有两个方面的要求。一是在建筑外观节能设计中，不论是对建筑隔热保温、排烟还是美化等材料及技术的应用，均不得对居住人员的身心造成影响，确保人们房屋居住的舒适性。二是在建筑外观节能设计中，所有的材料和技术应用不得对自然环境造成损耗，这样能实现建筑功能应用效益与生态效益的有效统一，提升建筑整体的应用价值。

2.3 适应原则

人们对于大空间建筑外观节能提出了较高要求，在具体设计中，还应考虑外观节能技术的适用性，这一要求主要体现在3 个层面。其一，从技术层面来看，大空间建筑节能技术应具有先进性和可行性的特征，即在当前建设模式下，该技术是切实可行的。同时在技术使用过程中，其本身不会造成较大的资源能源消耗，不会增加项目的建设成本。其二，大空间建筑外观节能设计的适用性体现在其能与建筑功能结构集约共生，且两者之间应能产生积极作用，实现建筑功能的有机复合。其三，在大空间建筑外观节能设计中，还需考虑城市建筑空间特征，尽可能消除建筑外观节能设计与城市建筑空间特征不统一问题，促使大空间建筑与城市成为一个有机整体。

3 大空间建筑外观节能设计要点

3.1 基于建筑朝向的外观节能设计

科学规划建筑朝向能起到外观节能的目的。在我国，设计建筑为南北朝向时，其冷负荷更小，建筑节能效果更加突出。有研究显示，建筑长宽比为4 ∶1 时，将建筑设计为南北朝向，则其东西朝向建筑的冷负荷差值将达到70%左右[2]。同时在考虑大空间建筑朝向的基础上，还需合理控制其结构的外表面积，这是因为在相同体积的建筑中，外表面积越小，建筑能耗和冷负荷也就越小。

此外，设计人员应将大空间建筑的体型系数纳入考虑范畴，同体积建筑中，形体系数越大，则单位空间内散失热量的面积也就越大，对此应重视建筑形态系数设计，通常若条件允许，则需通过增加围护结构的方式来增加热阻，达到减低建筑能耗的作用。值得注意的是，开展大空间建筑外观节能设计还需确保其具有较为开阔的空间布局，这样能在优化自然通风效果的基础上减少空调使用频率，继而达到建筑整体节能的目的。

3.2 门窗节能

大空间建筑外观设计中，门窗是极为重要的设计内容，其对于建筑采光和通风效果具有深刻影响，并且直接关系着建筑的能耗控制效果。新时期，基于建筑外观节能设计理念和要求，在门窗节能设计中应重视以下几个方面。

首先应注重节能技术的规范使用。工程实践表明，门窗面积占建筑外观总面积的30%左右，但在能耗层面，其占到了建筑总能耗的2/3。在这些门窗造成的能耗中，传热损失约占1/3。基于这一特征规律，应重视门窗节能技术的规范使用，如合理控制门窗洞口面积，使用保温隔热玻璃等，在保证建筑通风及采光需要的基础上，减少建筑能量损耗。

其次，设计人员应为建筑门窗增设遮阳设备，即应重视阳台、遮阳板以及建筑外廊的规范设置，同时还需要重视反射窗帘以及挑檐结构的布局，以此来减少阳光辐射，提升整体节能效果。同时在门窗气密性设置中，应尽可能使用气密性效果突出的密封条进行处理，减少传热损失。

最后，应重视新型门窗的规范使用。在新门窗选择中，要求门窗材料的热工性能突出，同时门窗材料的能耗更低。现阶段，玻璃在建筑门窗中的应用较为广泛，但是玻璃材料在建筑热工性能控制中尚有不足。在夏季时，玻璃会使得制冷负荷消耗20%～30%，而在冬季时，因玻璃使用所产生的制热负荷也将消耗10%～20%，因此在门窗设计中应重视玻璃用量的规范设计，实现建筑采光通风及能耗情况的有效控制。基于这一要求，在大空间建筑玻璃门窗设计中，确保窗墙比控制在30%～50%[3]。另外在玻璃使用中，应尽可能增加隔热遮光膜、吸热玻璃以及反射玻璃的应用，以此来提升建筑整体的节能效果。

3.3 外立面节能设计

外立面节能也是大空间建筑外观及节能设计的重要内容。一方面，出于降低热交换量目的，在建筑外立面设计中要求尽可能地实现外形的简单化设计，以此来减少建筑外表面的总面积。

另一方面，开展建筑外立面设计还应考虑建筑体形因素，尽可能保证外墙的平整度，减少凹凸不平墙体的使用，这样能有效预防发生热量损失问题。

此外，窗墙比设计是外立面设计的重要内容，应在系统考虑建筑大空间建筑通风、采光需要的基础上，选取最优化的设计窗墙比。同时应减少地窗和凸窗的使用，并控制面积较大幕墙与转角窗的设计使用量，最大限度地减少室内冷热负荷损失，优化建筑节能效果。值得注意的是，在外立面材料选择中，应从材料质地、外观效果以及色彩等多个层面进行选择，如材料质地线条选择中的时候，要求所选择的外立面材料整体平整，而在外立面材料色彩控制中，需保证材料颜色较浅，这样能通过对太阳辐射的反射达到减少能耗的目的。

3.4 屋面及围护结构节能设计

要进一步提升建筑外围结构节能设计效果，还应注重屋面及外围围护结构的节能设计。在建筑屋面节能设计中，应重视屋面保温层的规范设计，减少导热系数较大保温材料的使用，避免使用高密度材料，此外需控制屋面材料的吸水性，以此来提升屋面节能设计效果。目前，新型复合泡沫板在屋面保温层的应用较多，其能有效满足建筑节能设计需要。在建筑使用过程中，外部围护结构也会造成一定的能量损失，对此开展建筑外观节能设计时还需考虑外围围护结构的节能效果。如在贴面砖材料设计应用中，应尽可能选择具有较低吸收率以及导热系数的材料，减少建筑热量损失。同时在这些材料设计中应考虑材料整体的装饰效果，以此创造良好的大空间建筑立体形象。

4 大空间建筑外观节能设计注意内容

4.1 重视建筑生态位策划

大空间建筑外观节能设计是基于绿色建筑和生态建筑发展起来的一种全新设计要求，其对于建筑功能应用和生态效益保护具有积极作用。全新工程建设模式下，要进一步提升大空间建筑外观节能设计质量，在实际设计中，还需注重建筑本身的生态位策划。一方面，应从建筑选址层面开展大空间建筑的生态化设计，该环节中，除考虑城市总体功能布局外，应系统考虑大空间建筑自身功能的可持续性，以此来实现大空间建筑的规范选择。另一方面，大空间建筑外观节能设计还需考虑建筑形式因素，从形式追求层面实现建筑的生态位策划。

就建筑形式追求生态位策划本身而言，设计人员不仅要考虑集约型有机建筑体的设计，而且需理性、高效地对建筑结构进行优化，同时在外部节能等功能设计中，需考虑开放性生态截面与建筑构造多功能的复合，以此来提升建筑形式生态位策划的整体质量。此外，在建筑外部节能设计与生态位策划结合中，还应注重其内容结合形式的生态设计，在考虑空间功能高效的基础上，实现环境品质健康和环境负荷减约的结合，提升建筑外部节能设计整体的生态效益，满足建筑应用需要。

4.2 系统考虑细部设计要素

目前，人们对于大空间建筑外观节能设计提出了较高要求，在积极开展大空间建筑朝向、门窗、外立面、屋面及围护结构节能设计的同时，设计人员还需考虑以下因素。其一，在大空间建筑外观节能设计中，需考虑节能材料选择及节能技术应用的关系，实现两者的有效协调。其二，外观节能设计中，需系统考虑外观节能材料应用对建筑结构功能的影响，避免高密度节能装饰材料对建筑结构稳定性和安全性造成影响。其三，在考虑建筑外观节能效果的基础上，还需要确保所选择的节能材料具有良好的装饰效果，提升建筑外观形象的美观性。其四，在建筑外观节能设计中，需系统考虑材料经济效果和生态环境控制效益，最终实现建筑节能效果、经济效益以及生态效益的有机统一。

4.3 强化节能设计标准的使用

建筑节能设计本身具有较强的专业性、综合性以及复杂性，其设计内容不仅需要考虑建筑节能功能的应用情况，而且需考虑节能设计对环境的影响。此外，为保证节能设计的规范性，要求所有的节能设计内容在国家节能设计标准的框架内完成。就大空间建筑基外观节能设计而言，同样需要在这些标准规范的指导下系统化地进行外观各要素的节能设计。

在《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 134—2001）规范下，针对建筑外观节能设计，可使用规定性指标法和性能化法两种方式进行设计效果评价。就规定性指标法而言，其主要是在国标规范的指导下，限制影响建筑能耗的一些参数，常见的限制参数不仅包含体形系数、窗墙比，而且涉及外墙传热系数等诸多内容。这种设计方式具有典型性，即其所提出的标准经历了大量的计算，能有效保证节能设计目标的实现。性能化法需要引入参照建筑的能耗值，然后系统化地进行对比。相对而言，前者在大空间建筑外观节能设计中的灵活性更强，设计效果更加突出，在这些规范标准的指导下，对大空间建筑外墙、屋面以及外窗等传热的细节部位进行设计，明确划分这些细节部位的自由度边界，这样能为大空间建筑外观节能设计提供有效约束，增强大空间建筑的功能应用效果和生态效益。

5 结语

外观节能设计对于大空间建筑整体应用效果具有深刻影响。设计工程师只有充分认识到大空间建筑功能特征及建筑外观节能设计作用，结合工程项目建设目标及具体应用环境情况，规范化地进行外观多要素的节能设计，这样才能有效提升大空间建筑外观节能设计效果和建筑应用效果，推动建筑工程的持续、稳定发展。