節(jié)能型建筑的探討

賈 建 軍

(山西晉設(shè)拓凡建筑設(shè)計咨詢有限公司，山西 太原 030013)

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節(jié)能型建筑的探討

賈 建 軍

(山西晉設(shè)拓凡建筑設(shè)計咨詢有限公司，山西 太原 030013)

分析了我國建筑的能耗狀況，結(jié)合建筑節(jié)能規(guī)劃目標，從體型系數(shù)、窗墻面積比、外墻、屋面及外窗幾個方面，探討了節(jié)能型建筑設(shè)計方法，有利于保護環(huán)境，緩解全球能源緊缺問題。

節(jié)能型建筑，建筑能耗，圍護結(jié)構(gòu),外墻，屋頂

0 引言

隨著人類社會在各個領(lǐng)域的飛速發(fā)展，全球的能源緊缺問題就顯現(xiàn)出來，全球的環(huán)境污染也凸顯出來，霧霾天數(shù)增加，霧霾程度也越來越重。全球近30%的能源消耗主要體現(xiàn)在建筑上，節(jié)約能源、重復利用能源問題就成了全球性話題。尤其我國是世界第一大能源消耗國和碳排放國，能源消耗量和碳排放量分別占到世界的23%和28%。因此衍生出一系列新型的設(shè)計理念如零能耗建筑和綠色建筑等，大力研發(fā)安全、高效、新型清潔能源。應(yīng)用新型節(jié)能型材料及技術(shù)來降低能耗，具有巨大的經(jīng)濟、社會、環(huán)境綜合效益。

1 我國建筑能耗狀況

我國還處于發(fā)展中國家階段，每年建筑業(yè)房屋建筑施工面積巨大，盡管2014年固定資產(chǎn)投資增速放緩，但2014年全年新增房屋建筑施工面積還是高達20億 m2，是所有發(fā)達國家一年建設(shè)量的總和。2016年全國能源消耗總量更是高達43.6億t標準煤，伴隨著全面建設(shè)小康生活步伐的不斷推進，到2020年全面實現(xiàn)小康社會。我國處于城鎮(zhèn)建設(shè)快速增長階段，長期的粗放經(jīng)濟增長導致了能源的浪費迅速增長、能效低、環(huán)境污染等日益嚴重問題。我國現(xiàn)有絕大數(shù)建筑還遠遠未達到節(jié)能建筑標準，大多數(shù)都是高能耗、能效低的建筑。任由高能耗低效率建筑的肆虐發(fā)展，我國的能源生產(chǎn)勢必難以滿足能源需求，我們將陷入再無能源可用的困境，因此研發(fā)高效、安全、清潔能源建筑就擺在萬事之首。

我國建筑用能占到全國能源消費總量的27.5%，并隨著人民日益增長的物質(zhì)文化水平的提高而逐步增加到30%以上。例如公共建筑目前我國每年公建建筑面積高達5億 m2，公共建筑具有體型巨大，為了過分追求造型美觀采用不規(guī)則造型及大量使用透明玻璃幕墻、構(gòu)架等特點。在公共建筑的全年能耗中，供暖空調(diào)系統(tǒng)的能耗占到1/2，照明能耗占到1/3，其他能耗約占20%。其中供暖空調(diào)系統(tǒng)能耗中，外圍護結(jié)構(gòu)所導致的能源消耗約占35%，所占比例之大。綜上所述，從建筑的圍護結(jié)構(gòu)、供暖空調(diào)、照明、給排水及可再生能源利用等方面有很大的節(jié)能空間。

2 節(jié)能發(fā)展階段

1)根據(jù)《建筑節(jié)能“九五”計劃和2010年規(guī)劃》新建采暖居住建筑節(jié)能分以下幾個部分：

第一階段：1996年以前在1980年—1981年當?shù)赝ㄓ迷O(shè)計能耗水平基礎(chǔ)上降低30%；

第二階段：1996年起在第一階段節(jié)能標準上節(jié)能30%，即節(jié)能50%標準；

第三階段：2005年起在第二階段節(jié)能標準上節(jié)能30%，即節(jié)能65%標準。

2)新建采暖公共建筑2000年達到節(jié)能50%標準，2010年在第一階段節(jié)能標準上節(jié)能30%，即節(jié)能50%標準。

從節(jié)能標準的編制進程就不難看出國家在節(jié)能綠色建筑的關(guān)注力度及投入。從最初的節(jié)能35%標準到現(xiàn)在的節(jié)能65%標準，節(jié)能標準越來越高，提高幅度近1倍，節(jié)能要求也越來越嚴，隱藏背后成本的投入是成倍增加。

3 規(guī)劃設(shè)計前期

規(guī)劃節(jié)能設(shè)計是節(jié)能型建筑設(shè)計的重要內(nèi)容之一。規(guī)劃節(jié)能設(shè)計應(yīng)從項目選址、建筑方位朝向、建筑體型、建筑間距，并充分考慮項目所處的氣候環(huán)境(風環(huán)境、冬、夏太陽輻射強度、太陽角度、光環(huán)境、聲環(huán)境、污染源等)因素，將建筑設(shè)計與建筑周圍外部環(huán)境、建筑新技術(shù)和能源有效相結(jié)合。重視利用一次能源，冬季充分利用日照以獲得更多熱量，躲開主導風向，迎風面在滿足房間使用功能的前提下盡量減少門窗洞口數(shù)量及開啟面積，以減少外圍護結(jié)構(gòu)的熱量損失；夏季和季節(jié)更替時期應(yīng)最大限度減少內(nèi)部得熱并利用外部環(huán)境對其冷卻；利用自然通風，合理確定建筑朝向、體型、位置及外門窗的開啟方式、活動遮陽及通風措施，著重考慮內(nèi)部穿堂風的形成。進行總平面設(shè)計時充分剖析場地現(xiàn)狀條件，盡最大限度利用原有自然水域、濕地和植被等，通過合理優(yōu)化外部環(huán)境如建筑周圍布置樹木、植被、水體、假山等進一步改善室內(nèi)微環(huán)境。

我國地廣人博，我國氣候總體來說劃分為嚴寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)、溫和地區(qū)，東西南北地域氣候差異很大。建筑設(shè)計時應(yīng)遵循被動節(jié)能措施優(yōu)先原則，充分利用自然采光、自然通風。建筑總平面設(shè)計時綜合考慮歷史文脈、地域特征、城市規(guī)劃及環(huán)境等因素，權(quán)衡利弊，優(yōu)化建筑規(guī)劃設(shè)計，選取適應(yīng)當?shù)刈匀画h(huán)境的最佳朝向。

4 圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計

1)建筑的體型奇異復雜，過多的凸凹對建筑的能耗影響很大。體型系數(shù)越小，單位建筑面積對應(yīng)的外表面面積越小，外圍護結(jié)構(gòu)能耗損失就越小。以嚴寒地區(qū)為例，在體型系數(shù)0.3的基礎(chǔ)上每增加0.01，能耗約增加2.4%～2.8%，每減少0.01，能耗約減少2.3%～3%?？梢姲洋w型控制在一個較小的水平對降低建筑能耗很關(guān)鍵。但是過分追求小體型系數(shù)又制約著建筑的外觀，使建筑外觀顯得呆板，甚至損害建筑功能。因此應(yīng)權(quán)衡利弊，兼顧建筑美觀的同時，盡量減少外表面面積。通?？刂企w型系數(shù)大小可采用以下方法：

a.合理控制建筑面寬，采用適當?shù)拿鎸捄瓦M深的比例。

b.在符合規(guī)劃的前提下增加建筑層數(shù)以減少平面展開。

c.合理控制建筑體型及立面變化。

2)外圍護結(jié)構(gòu)熱量損失主要由外墻(包括非透明玻璃幕墻)、屋面、立面外窗三部分造成。一般增加圍護結(jié)構(gòu)的費用僅占總投資4%～5%，而節(jié)能效果卻顯著提高達30%～40%。因此通過改善建筑物圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能，夏季可減少室外熱量的傳入，冬季可減少室內(nèi)熱量的損失，從而使建筑內(nèi)部熱環(huán)境得以改善，減少建筑的冷、熱消耗。

a.外墻節(jié)能措施。外墻外表面面積占總外表面面積高達50%以上，有些項目所占比例更大，因此外墻熱量損失所占外圍護結(jié)構(gòu)熱量損失比重也相應(yīng)很大，從外墻方面進行節(jié)能優(yōu)化設(shè)計潛能很大。首先，外墻基層墻體材料選取適合當?shù)氐赜颦h(huán)境，可就地取材，導熱系數(shù)小、可循環(huán)利用率高、耐久性、耐候性好的輕質(zhì)高強材料。保溫材料選用導熱系數(shù)小且與基層墻體緊密粘結(jié)的新型材料。針對這幾年外墻外保溫保溫層空鼓、開裂、脫落等質(zhì)量通病，近期國家出臺了外墻高效保溫與結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計的一系列規(guī)定，保溫材料當做基層墻體模板整體澆筑，節(jié)省工期也節(jié)約成本被廣泛推廣。其次，外墻設(shè)計應(yīng)盡量減少采用玻璃幕墻?，F(xiàn)在設(shè)計師一味追求造型美觀，大量采用玻璃幕墻，玻璃幕墻不僅造價高、后期維護成本高且還會造成二次光污染，無形中增加項目的投資成本，能耗加大。

b.外窗節(jié)能措施。窗墻面積比的確定應(yīng)綜合考慮眾多因素，最主要的是不同地域的光環(huán)境、風環(huán)境、室內(nèi)外溫差、室內(nèi)采光系數(shù)及建筑能耗因素。窗戶的保溫性能較墻體保溫性能差很多，外墻開設(shè)窗數(shù)量越多，面積越大，供暖和空調(diào)能耗越大。因此在滿足室內(nèi)采光系數(shù)及通風條件下盡量減少外墻開窗數(shù)量及面積，盡量減少同一個房間在兩個及兩個以上不同朝向開設(shè)窗洞口。

窗及透明玻璃幕墻對建筑能耗的影響主要有以下兩個方面：一方面是其熱工性能的影響所引起的室內(nèi)外溫差傳熱；另一方面是其受太陽輻射影響造成的室內(nèi)得熱。冬季太陽輻射熱通過窗及透光幕墻有利于室內(nèi)熱環(huán)境，而夏季則增加室內(nèi)空調(diào)冷負荷。因此減少窗和透光幕墻的傳熱系數(shù)成為減少太陽輻射熱通過窗及透光幕墻的熱量傳熱主要途徑。窗和透光幕墻的傳熱系數(shù)的控制通過選擇低輻射隔熱玻璃、斷橋隔熱型材窗、雙層中空窗等等節(jié)能窗來實現(xiàn)。增設(shè)活動外部遮陽設(shè)施可以改善太陽輻射熱對室內(nèi)溫度的影響。遮陽設(shè)施有外遮陽、內(nèi)遮陽、中間遮陽三種形式。外遮陽直接暴露室外，遮陽效果好但是對材料及構(gòu)造的耐久、耐候性要求高且操作維修不安全；內(nèi)遮陽將入射室內(nèi)的直射光漫反射，但遮陽效果不明顯；中間遮陽位于玻璃系統(tǒng)的內(nèi)部或兩層門窗、透光幕墻之間，便于調(diào)節(jié)，不易污染，但造價高。因此設(shè)置遮陽設(shè)施時綜合考慮各種因素，進行遮陽一體化設(shè)計。

另外外窗應(yīng)具有良好的氣密性，以防止夏季和冬季室外空氣向室內(nèi)的滲透。外窗與墻體的縫隙可用高效節(jié)能材料填堵。

c.屋頂節(jié)能措施。屋頂兼顧著結(jié)構(gòu)、防水、防火、保溫隔熱功能。屋頂設(shè)置保溫層在寒冷地區(qū)可以阻擋室內(nèi)熱量的損失；炎熱地區(qū)可阻止太陽的輻射熱傳到室內(nèi)；冬冷夏熱地區(qū)則要兼顧冬、夏季。屋頂保溫層應(yīng)選用耐候性、阻燃性、導熱系數(shù)小的輕質(zhì)材料。屋頂還可以通過設(shè)置蓄水屋面、種植屋面、通風屋面、太陽能設(shè)施等來降低能源消耗。蓄水屋面通過水來減弱太陽輻射的屋面的熱傳遞；通風屋面通過設(shè)置屋面通風空氣間層，利用空氣的流通降低屋面的表面溫度；種植屋面通過在屋頂設(shè)置適宜當?shù)丨h(huán)境的植被可以改善城市環(huán)境氣候，調(diào)節(jié)城市的溫濕度的效果很明顯，屋頂植被可以有效的降低屋頂結(jié)構(gòu)表面溫度，降低室內(nèi)空調(diào)能耗，改善室內(nèi)熱環(huán)境。以上措施需處理好構(gòu)造措施以防造成結(jié)構(gòu)層的破壞。

通過以上幾點措施，可以有效地控制建筑能源消耗，這對于我國建筑行業(yè)的發(fā)展以及能源節(jié)約有著十分重要的意義。

On energy-saving buildings

Jia Jianjun

(Shanxi Jinshetuofan Architectural Design Consultant Co., Ltd, Taiyuan 030013, China)

The paper analyzes the architectural energy consumption in China, and explores the design methods for the energy-saving buildings from the style coefficient, coverage ratio of windows and doors, external walls, roof and its external windows by combining with energy-saving planning, so as to protect the environment and relieve the global energy shortage.

energy-saving building, architectural energy consumption, enclosure structure, external wall, roof

1009-6825(2017)08-0190-03

2017-01-05

賈建軍(1980- )，男，工程師

TU201.5

A