高層建筑節(jié)能設(shè)計要點及實例論述

高宇

（廣東省建筑科學(xué)研究院510515）

高層建筑節(jié)能設(shè)計要點及實例論述

高宇

（廣東省建筑科學(xué)研究院510515）

本文通過筆者的實際工作經(jīng)驗，簡要地分析了影響建筑節(jié)能的主要因素，并從建筑位置、朝向設(shè)計、圍護結(jié)構(gòu)墻體設(shè)計等方面針對高層建筑節(jié)能設(shè)計中相關(guān)要點進行了總結(jié)與分析，最后結(jié)合工程實例加以探討，以供同行參考。

高層建筑；影響因素；朝向設(shè)計；圍護結(jié)構(gòu)；材料節(jié)能

引言

目前，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提升，高層建筑數(shù)量日益增多，由于其高層建筑具有樓層高，體積大，能耗量大等特點，從而造成我國出現(xiàn)能源供應(yīng)不足、社會矛盾加重等問題。為此，如何降低建筑能耗，促進社會的發(fā)展具有非常重要的意義。本文主要就高層建筑節(jié)能設(shè)計相關(guān)要點進行論述。

1　影響高層建筑節(jié)能的主要因素

（1）一般來說，高層建筑外圍護墻體能源消耗量比較大，大約占整個建筑能耗量的25%。建筑的形式變化是影響建筑能源消耗的重要因素，建筑體形系數(shù)越大，其能源消耗最就越多，國外一些高層建筑形狀多為圓形或橢圓形，例如，法國戴高樂機場候機樓、美國洛杉磯的好運飯店等，我們通過分析得知，相同的面積其圓形建筑的周長最短，這樣使建筑外露面積較小。為此，考慮到建筑能量的損耗，我們在高層建筑形體設(shè)計時，建筑的形式變化不宜過多和復(fù)雜。

（2）影響高層建筑耗能的主要因素還包括“風(fēng)環(huán)境”和材料選用。在冬季，風(fēng)力會消耗建筑的熱量，使得冷空氣的滲透量和熱量損失加大。同時，如果建筑某些部位處理不當(dāng)，將會造成墻體內(nèi)部產(chǎn)生冷凝水。因此，需要選用一些建筑保溫材料，確保建筑構(gòu)造的合理性。

2　高層建筑節(jié)能設(shè)計要點

2.1建筑位置及朝向設(shè)計

在進行高層建筑的選址時，首先要充分考慮到城市環(huán)境對建筑容積率的影響問題，如果建筑容積率過高，其日照效果不佳。陽光是一種有著輻射能量較大的自然能源，因此需要合理利用，給建筑室內(nèi)帶來光明和溫暖。據(jù)不完全統(tǒng)計，地球一年接收的能量達到60億kW，可以看出，地球是一種可以接收巨大的太陽能量的物體，陽光直接影響到人們的身體健康，因此，合理選擇建筑位置和朝向，最大限度地利用陽光具著十分重要意義。對于寒冷地區(qū)來說，地城市規(guī)劃過程中，需要注重日照原理的應(yīng)用，合理的確定建筑位置與朝向，使每幢建筑能夠獲取更多的太陽輻射熱能，以達到建筑節(jié)能的目的，因此，建筑的位置與朝向的選擇與節(jié)能有著密切的關(guān)系。例如，對于北緯40～45°地區(qū)而言，在冬季，建筑的朝向所得到的能量比南向多2.5倍。季節(jié)和朝向的不同，使得建筑所得不同的太陽輻射熱能量和熱損失，特別是在冬季，由于太陽高度角低，建筑房間所接收的太陽光線的面積比夏季多。因此，在確定建筑的位置與朝向時，需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境情況，按照當(dāng)?shù)靥柛叨冉抢L出日照圖，掌握好冬季的日照時間，為了滿足建筑的采光要求，要確保建筑南向有較大的開窗面積，北向開窗面積盡量小些，從而使得建筑能夠獲得更多的太陽光線，降低建筑熱損失，以營造適宜的室內(nèi)環(huán)境。

2.2圍護結(jié)構(gòu)墻體設(shè)計

（1）外墻作為建筑圍護結(jié)構(gòu)的主體，而高層建筑的圍護結(jié)構(gòu)主要采用剪力墻結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土框架承重，從中可以得知，圍護結(jié)構(gòu)是一種填充材料，因此為了減輕荷載，實現(xiàn)保溫、隔熱目標，應(yīng)選用輕質(zhì)高效保溫材料，近年來在寒冷地區(qū)主要采用的墻體材料為粘土空心磚與實心磚復(fù)合墻體；粘土實心磚、空心磚巖棉夾心復(fù)合墻體等。這些材料存在較多的問題，其節(jié)能效果不能達到相關(guān)規(guī)定要求和標準。圍護結(jié)構(gòu)材料主要采用外側(cè)和內(nèi)側(cè)的布置形式，在寒冷地區(qū)的同一氣候條件下，由于材料層次布置不同，其保溫效果也不一樣，因此為防止墻體內(nèi)產(chǎn)生冷凝水，保溫層應(yīng)設(shè)在外側(cè)。

（2）高層建筑的圍護墻體不能采用PG板，巖棉板等輕質(zhì)保溫材料。這些材料使用壽命較短，而一幢建筑的使用壽命多則上百年，少則幾十年，因此，需要選用與建筑整體的壽命同步的墻體材料。目前，在國外高層建筑圍護結(jié)構(gòu)保溫中廣泛推廣與使用混凝土空心砌塊。如美國研制的TB型保溫隔熱復(fù)合砌塊；歐美有些國家建筑外墻采用多種形式的混凝土空心砌塊。由于混凝土空心砌塊具有一定強度且保溫效果較好，從而避免了輕質(zhì)復(fù)合材料墻體的一些問題和不足。

3　實例分析

3.1項目概述

某高層建筑，是集商業(yè)、娛樂、服務(wù)為一體的商業(yè)綜合體，總建筑面積約121800m2。該工程的設(shè)計理念是想要把“娛樂”滲透到“購物”中，“健康綠色”引入“商業(yè)”。因此，在建筑設(shè)計中采用了大面積的玻璃幕墻，以營造出濃烈的商業(yè)氛圍和設(shè)計效果。

3.2建筑節(jié)能現(xiàn)狀

本項目采用以上“設(shè)計理念”，雖然取得了較好的設(shè)計效果，但同時也造成建筑能源消耗量過高，不能滿足國家規(guī)范要求。由于項目位于夏熱冬暖的地區(qū)，并且在一年中夏季的時間較長，在使用過程中采用大面積的玻璃幕墻將會增加建筑能耗。雖然采用了6+0.76+6鋼化夾膠Low-E玻璃的設(shè)計，其遮蔽系數(shù)為0.61，可見光投射比為0.52），但通過對建筑節(jié)能驗算后發(fā)現(xiàn)，其建筑能源消耗達不到國家規(guī)范要求和標準。

3.3建筑節(jié)能設(shè)計方法

（1）合理布局平面空間

根據(jù)建筑施設(shè)計施工圖紙分析得知，商鋪和玻璃幕墻之間只留有500～700mm的幕墻檢修通道，且有些甚至貫穿兩層樓。而這些其實可以設(shè)置為隔熱層，因此通過與空調(diào)暖通專業(yè)協(xié)商，將這些檢修通道設(shè)置成排風(fēng)口，從中加快這些檢修通道的空氣流動，形成良好的自然的隔熱通風(fēng)帶，以達到散熱的目的。從中可以看出，在不增加工程造價和不破壞立面設(shè)計的情況下，達到了建筑節(jié)能的目的。

（2）從材料的性能入手，提高材料的節(jié)能效果

在材料選用上，主要考慮從玻璃上入手，以實現(xiàn)節(jié)能效果。通過與玻璃廠家協(xié)商，廠家推薦了一種合適的玻璃做法——雙層印絲系統(tǒng)。它主要是在玻璃表面在印制無機絲網(wǎng)，然后進行燒結(jié)處理，使其印于玻璃表面上。這種做法具有加大玻璃的遮蔽系數(shù)，不會影響到可見光投射等優(yōu)點。通過采用雙層印絲系統(tǒng)的Low-E玻璃，其鋼化夾膠為6+0.76+6，使得遮蔽系數(shù)由原來的0.61降低到0.54，光投射比到達0.5（高透）。從中可以得知，采用這種幕墻設(shè)計，可以達到較高的遮陽效果，在節(jié)約能耗方面發(fā)揮重要的作用。

在墻體選用上，改用隔熱性能較好的復(fù)合墻材。本工程原設(shè)計外墻主要采用厚度190，密度700，導(dǎo)熱系數(shù)λ為0.25W/（m2·K）的加氣混凝土，后來經(jīng)過與甲方協(xié)商，同意把將原設(shè)計外墻修改為厚度120，密度750～800，導(dǎo)熱系數(shù)λ為0.19W/（m2·K）的復(fù)合墻板，在確保原來密度一樣的情況下，采用復(fù)合墻板的導(dǎo)熱系數(shù)從原來的0.25降為0.19，由此可見，復(fù)合墻板具有較好的隔熱性能。

3.4節(jié)能效果分析

本項目經(jīng)過以上的節(jié)能設(shè)計調(diào)整后，對建筑模型進行驗算得知，建筑整體能耗得到了控制，不僅滿足權(quán)衡驗算的能耗要求，且節(jié)能效果較明顯。

4　結(jié)束語

總之，建筑節(jié)能是我國國民經(jīng)濟發(fā)展的中不可忽略的部分。隨著我國建筑業(yè)的不斷發(fā)展，高層建筑高度不斷增加，因此實施高層建筑節(jié)能是必要的。要想做好高層建筑節(jié)能設(shè)計工作，首先要從建筑位置、朝向、圍護結(jié)構(gòu)等方面入手，而且需要全面考慮到建筑的防火性、智能化和生態(tài)性等，這也是未來高層建筑發(fā)展中所要考慮的重要因素。

[1]何發(fā)祥.淺談建筑節(jié)能設(shè)計的重要性[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2011（08）.

[2]李旭濂.試論當(dāng)今節(jié)能建筑的設(shè)計[J].現(xiàn)代物業(yè)（上旬刊），2011（06）.

[3]陳慧，劉苗苗，徐曉晨，等.高層建筑的建筑節(jié)能設(shè)計[J].工程建設(shè)，2009.

TU201.5

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1673-0038（2015）16-0032-02

2015-3-28