高層建筑節(jié)能設(shè)計探討

王藝帆

【摘要】隨著人們生活水平的提高和科學技術(shù)的突飛猛進，人們對居住的質(zhì)量越來越重視，其中包括建筑功能是否合理、建筑設(shè)備是否齊全、室內(nèi)外環(huán)境條件是否舒適等。而近年來，在經(jīng)濟發(fā)達城市，建高層建筑已成一種趨勢，但大多數(shù)建筑的設(shè)計者貪大求高，將大部分精力放在追求外貌形式和使用功能上而往往忽略對生態(tài)環(huán)境的保護，造成建筑設(shè)計節(jié)能意識薄弱，高能耗、低效益，嚴重地浪費了建筑資源。長期下去，全球人類將會面臨能源危機，因此，高層建筑節(jié)能設(shè)計應得到高度重視。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；節(jié)能設(shè)計；可持續(xù)發(fā)展

建筑節(jié)能不僅是建筑本身的節(jié)能，且由城市的綜合環(huán)境、氣候條件、總體布局；建筑物的形體變化、朝向；外圍護結(jié)構(gòu)保溫、隔熱的性能；門窗質(zhì)量等許多綜合性因素構(gòu)成，因此，高層建筑的節(jié)能首先應為設(shè)計者重視。

1、高層建筑設(shè)計節(jié)能簡述

建筑節(jié)能不僅是建筑本身的節(jié)能，且由城市的綜合環(huán)境、氣候條件、總體布局建筑物的形體變化、朝向，外圍護結(jié)構(gòu)保溫、隔熱的性能，門窗質(zhì)量等許多綜合性因素構(gòu)成。節(jié)能建筑亦稱適應氣候條件的建筑，是指采取相應的措施利用當?shù)赜欣臍庀髼l件，避免不利的氣象條件設(shè)計的低能耗的建筑?；蛘哒f，使設(shè)計的建筑在少使用或不使用采暖、制冷設(shè)備的前提下，讓一年四季的室內(nèi)氣溫盡可能地維持或接近在舒適的范圍內(nèi)。事實上，我們所使用的采暖和制冷設(shè)備的主要任務就是輔助調(diào)整室內(nèi)自然溫度使之達到舒適的范圍之內(nèi)。隨著現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們追求更加舒適的建筑生活環(huán)境。冬季采暖，夏季空調(diào)都需要能源的供應。而在當前能源十分緊張的狀況下，節(jié)約建筑能耗就顯得尤為重要了。

超高層建筑節(jié)能是貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一個重要組成部分，是執(zhí)行節(jié)約能源，保護環(huán)境的基本國策，也是當前全球性的發(fā)展大趨勢。有理由相信，在利用空間能源的環(huán)境下，提高建筑能源系統(tǒng)的節(jié)能效率和延長系統(tǒng)的使用壽命將給超高層建筑行業(yè)帶來新的契機。積極推進建筑節(jié)能，做好建筑物的能源利用，在現(xiàn)實發(fā)展中具有十分重要的意義。

2、建筑節(jié)能設(shè)計的前提

建筑業(yè)已成為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一。建筑節(jié)能和建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，不僅涉及老百姓的生活質(zhì)量，而且也是關(guān)系國計民生的大事業(yè)。我國正處于城鎮(zhèn)化和工業(yè)化快速發(fā)展時期，每年20億平米，接近全球年建筑總量的一半。我國新建建筑以及原有400億平方米存量建筑是否節(jié)能，不僅關(guān)系到能否緩解我國能源緊張，而且還關(guān)系到全球的氣候變化與可持續(xù)發(fā)展。

不能以降低熱環(huán)境質(zhì)量來換取節(jié)能效果，如提高空調(diào)房間溫度，此行為是不可取的，不能以犧牲室內(nèi)空氣質(zhì)量為代價獲取節(jié)能效果；如減少新風量供應也是不可取的，不能以建筑節(jié)能為由，影響和妨礙其它功能的實現(xiàn)，如景觀、消防使用等。建筑節(jié)能標準應依靠科學技術(shù)進步，提高建筑熱工性能和空調(diào)設(shè)備的能源利用效率，不斷提高建筑熱環(huán)境質(zhì)量，降低單位建筑面積能耗先進的設(shè)計手段。

3、高層建筑節(jié)能設(shè)計措施

從建筑設(shè)計角度講，群體布局、單體設(shè)計、造構(gòu)處理都是高層建筑節(jié)能的關(guān)鍵。以下根據(jù)高層建筑的特點談談節(jié)能設(shè)計方案。

3.1自然通風

中國大部分地區(qū)夏季濕熱，汗液不易揮發(fā)，容易感到悶熱，組織良好的自然通風可以降低室內(nèi)溫度，帶走熱量達到人體舒適，從而減少空調(diào)使用，節(jié)約能源。高層住宅與多層和低層住宅相比受到的遮擋少，隨著層數(shù)增加風速更大，利用自然通風致涼具有先天的優(yōu)勢條件，因此如果達到65%的節(jié)能目標，高層住宅自然通風設(shè)計的節(jié)能作用顯得十分重要。

3.1.1建筑布局的設(shè)計

建筑群的布局對自然通風的影響效果很大，但考慮到超高層建筑大多為單體筑，所以在布局上更多考慮單體建筑的設(shè)計問題。單體建筑中戶型的選擇與合理設(shè)計對超高層建筑的通風影響甚大。對于單朝向戶型，或者進深大、沒有南北貫通的廳，實現(xiàn)穿堂風存在一定困難，可以通過對戶型等進行局部調(diào)整，可起到一定的改善作用。但超高層建筑過高的風壓會使建筑的門窗難于開啟，給建筑室內(nèi)的使用帶來不便，而且利于冬季保溫。所以在超高層建筑布局設(shè)計中應綜合考慮，通過合理門窗開啟形式，具備一定的可調(diào)節(jié)性，可以加強不利條件下的通風效果。

3.1.2豎井空間

形成豎井空間利用熱壓原理設(shè)置中庭來組織自然通風，而太高的中庭空間則會形成過大的熱壓，如不能有效控制，則會產(chǎn)生強烈的紊流，甚至在底層進氣口產(chǎn)生令人不安的嘯叫。在法蘭克福商業(yè)銀行的設(shè)計過程中，針對塔樓60層高度中庭空間的自然通風狀況，福斯特及其合作者將每12層作為一個獨立的單元，各自利用熱壓實現(xiàn)自然通風，取得良好的效果。

3.1.3玻璃幕墻圍護結(jié)構(gòu)

為了減少過高的風壓和熱壓對高層建筑自然通風的不利影響，1990年英恩霍文在波恩電話大樓的設(shè)計中發(fā)展了雙層玻璃幕墻，這一革命性的設(shè)想，在埃森RWE辦公大樓得以實現(xiàn)。幕墻內(nèi)外層玻璃間隔500mm，即形成可蓄熱的空腔，提供了節(jié)能的可能性，又可以通過內(nèi)層可開啟的玻璃窗實現(xiàn)室內(nèi)各層間的自然通風。由于外層的玻璃阻擋了高空的風力，人們第一次可以在高層建筑中打開窗戶，讓室外的新鮮空氣流入室內(nèi)。這一新異的構(gòu)想使大樓基本上放棄了昂貴的機械空調(diào)，使自然通風率達到70%，節(jié)能30%。

3.2天然采光

現(xiàn)代超高層寫字樓中的建筑照明所消耗的電力占了總電力消耗的30%左右，而且相同照度的自然光比人工照明所產(chǎn)生的熱量要小得多，可以減少調(diào)節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境所消耗的能源。因此，采用天然采光開拓再生綠化空間超高層建筑節(jié)省了土地，不只是提高容積、增多建筑面積，更重要的是在滿足了一定容積的情況下，把節(jié)省下來的土地轉(zhuǎn)化為綠地，保護并培植對維持生態(tài)平衡起重要作用的綠色植被。

3.2.1開辟垂直綠化

與高層建筑的用地面積相比，其外表面積是地面的4～5倍或更多，因此在外墻上拓展綠化，將對綠化環(huán)境的形成起很大作用。

3.2.2發(fā)展屋頂綠化

開拓綠化空間，另一種辦法是發(fā)展占天不占土的屋頂綠化。在公共建筑裙樓開辟屋頂花園潛力很大，應進一步提高屋頂花園的質(zhì)量，發(fā)展薄覆蓋型種植技術(shù)。

3.2.3營造空中庭園

為了改善人遠離自然，易導致空調(diào)綜合征、生態(tài)環(huán)境差的缺點，在高層建筑之內(nèi)營造空中庭園，這是近些年來國外某些高層建筑追求與探索的新課題。如諾曼·福斯特設(shè)計的法蘭克福商業(yè)銀行總部大廈就引入生態(tài)的概念，是世界上第一座“生態(tài)型”超高層建筑。

結(jié)束語

高層建筑設(shè)計節(jié)能意在將節(jié)能意識貫穿于設(shè)計的每一個環(huán)節(jié)，設(shè)計出更多符合時代要求的、高效低能耗的建筑作品。建筑節(jié)能是中國建筑業(yè)走向可持續(xù)發(fā)展的轉(zhuǎn)折點，也是我國國民經(jīng)濟發(fā)展的一項長遠戰(zhàn)略方針，高層建筑節(jié)能設(shè)計對我國的發(fā)展將具有極其深遠的影響。節(jié)約能源是世界發(fā)展的基本條件，建筑節(jié)能也是是國家發(fā)展的基本國策之一，高層建筑又是標志性極強的建筑，研究高層建筑的設(shè)計策略和節(jié)能技術(shù)措施，抓好高層建筑的節(jié)能設(shè)計，將會帶動建筑節(jié)能事業(yè)的發(fā)展，促進全社會建筑節(jié)能的技術(shù)進步。改善人類生活的環(huán)境，營造綠色和諧家園。

參考文獻

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