超高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)探析

李佳鍇

摘 要：在當(dāng)前城市建設(shè)用地緊缺的新形勢(shì)下，超高層建筑在城市中不斷涌現(xiàn)。超高層建設(shè)具有自身的獨(dú)特性，具有普通高層建筑所無法比擬的優(yōu)勢(shì)。但在超高層建設(shè)過程中，需要重視節(jié)能設(shè)計(jì)，以此來提高超高層建筑的綠色、環(huán)保性能。文章從超高層建筑的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)入手，分析了當(dāng)前超高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，并進(jìn)一步對(duì)超高層節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；設(shè)計(jì)；節(jié)能設(shè)計(jì)；現(xiàn)狀；結(jié)構(gòu)節(jié)能；材料節(jié)能

前言

以前對(duì)于超高層建筑在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)其節(jié)能設(shè)計(jì)落實(shí)設(shè)計(jì)理念。自《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》頒布實(shí)施以來，對(duì)于建設(shè)提出了節(jié)能設(shè)計(jì)的要求。在具體實(shí)施過程中，部分地區(qū)雖然也按照節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，但由于受制于節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)水平及現(xiàn)行節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)缺乏約束力，這就導(dǎo)致在建筑設(shè)計(jì)中節(jié)能設(shè)計(jì)理念并沒有得到較好的落實(shí)。特別是在超高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)工作中還存在許多問題，當(dāng)前迫切需要解決超高層節(jié)能設(shè)計(jì)上存在的一些阻礙，有效的提高超高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的水平，為建筑行業(yè)的健康有序發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

1 超高層建筑的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

1.1 超高層建筑的特點(diǎn)

在建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范中定義，通常將超過100米的建筑稱為超高層建筑，超高層建筑由于所占地面面積不大，但其容積率卻達(dá)到較高的水平。盡管超高層建筑地價(jià)不高，但其房?jī)r(jià)卻居高不下。這主要是由于超高層建筑面設(shè)計(jì)和施工工藝會(huì)與普遍建筑存在較大的差異，結(jié)構(gòu)和相關(guān)設(shè)施更為復(fù)雜，而且要保證結(jié)構(gòu)自身的抗震性能和荷載。也就是說在超高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮的因素較多，其造價(jià)成本相對(duì)也較高。

1.2 超高層建筑的優(yōu)勢(shì)

（1）提升城市和國(guó)家形象。城市中超高層建筑的興起，其作為現(xiàn)代建筑技術(shù)的結(jié)晶，標(biāo)志著城市建筑的發(fā)展成就。而且超高層建筑造型較為突出，往往帶給人們強(qiáng)烈的視覺效果，這也使超高層建筑會(huì)成為一個(gè)城市和一個(gè)國(guó)家的名片，成為當(dāng)?shù)氐牡貥?biāo)性建筑，因此超高層建筑的興起，有效的提高了國(guó)家和城市的形象，代表著城市和國(guó)家的發(fā)展水平。

（2）超高層建筑具有較好的景觀效果，而且處于較高的位置，不僅濕度較小，而且遠(yuǎn)離汽車尾氣和塵埃，空氣的質(zhì)量較好，受干擾程度較小，居住環(huán)境較為理想。而且在超高層建筑中，往往工作與生活設(shè)施實(shí)現(xiàn)了集約化，在建筑內(nèi)部就可以有效的解決一般性工作和生活問題，給人們帶來了更多的便利，有利于生活效率的提高，對(duì)緩解城市交通壓力也具有積極的作用。

（3）超高層建設(shè)有效實(shí)現(xiàn)了用地的節(jié)約。通過建造超高層建筑有效的提高了土地利用率，而且具有較大的容積率，實(shí)現(xiàn)了土地資源的充分利用，而且在土地緊缺的情況下還能夠有充足的區(qū)域用于綠化，有效的改善了人們的生活環(huán)境，超高層建筑對(duì)于土地集約化利用水平的提升具有積極的促進(jìn)作用。

（4）超高層建筑的發(fā)展涉及到諸多的學(xué)科，如土木工程學(xué)、材料科學(xué)、機(jī)械工程、能源與動(dòng)力、電子、通訊、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等諸多學(xué)科，這些學(xué)科的共同進(jìn)步為超高層建筑提供了動(dòng)力支撐，可以說超高層建筑的發(fā)展有效的促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。

2 我國(guó)超高層建筑的節(jié)能現(xiàn)狀

2.1 耗能大

當(dāng)前我國(guó)建筑耗能為總體能耗量的一半以上，而高層建筑和超高層建筑能耗又為普遍建筑能耗的幾倍，這就造成當(dāng)前大部分高層建筑和超高層建筑都處于低效率、高能源的狀態(tài)，存在著耗能大的問題。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)的局限性

當(dāng)前對(duì)于超高層公共建筑的節(jié)能問題還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，很大一部分地區(qū)也沒有出臺(tái)針對(duì)超高層建筑的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，這就導(dǎo)致在超高層建筑設(shè)計(jì)過程中沒有可參照的數(shù)據(jù)，因此給節(jié)能設(shè)計(jì)帶來較大的難度?，F(xiàn)在建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)中的許多規(guī)定對(duì)超高層建筑并不適用。另外，當(dāng)前能耗模擬軟件設(shè)計(jì)還不完善，對(duì)利用建模來對(duì)能耗進(jìn)行評(píng)價(jià)帶來了一定的制約，這就導(dǎo)致當(dāng)前超高層建筑節(jié)能工作在技術(shù)層面還無法達(dá)到節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)。

3 超高層建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)分析

3.1 利用自然條件的節(jié)能設(shè)計(jì)

（1）自然通風(fēng)。第一，建筑布局設(shè)計(jì)。當(dāng)前超高層建筑多以單體建筑為主，這就需要在具體設(shè)計(jì)時(shí)要確保單體建筑的通風(fēng)設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，如果單朝向、具有較大進(jìn)深，無法達(dá)到穿堂風(fēng)的效果；如果風(fēng)速過大還會(huì)對(duì)窗戶的開啟和冬季保溫帶來影響，因此在具體設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行有效調(diào)整，確保布局的合理性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)自然風(fēng)的有效利用，使建筑內(nèi)部實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。第二，形成豎井空間。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，要避免出現(xiàn)中庭空間過高的情況，這種情況下容易有強(qiáng)烈的絮流產(chǎn)生，從而形成過大熱壓，會(huì)對(duì)居民的正常生活帶來較大的影響。第三，玻璃幕墻圍護(hù)。在高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，過高的熱壓和風(fēng)壓?jiǎn)栴}是客觀存在的，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用雙層玻璃來緩解這一難題。利用雙層玻璃在白天能夠起到蓄熱效果，同時(shí)開啟內(nèi)層后能夠?qū)崿F(xiàn)層間的自然通風(fēng)，具有較好的節(jié)能效果。

（2）天然采光。在高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，需要充分的利用自然光照，在白天可以有效的滿足人們?nèi)粘Ｉ罟ぷ餍枨?，而減少室內(nèi)熱環(huán)境調(diào)節(jié)過程中能源消耗。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能的將超高層建筑的陽(yáng)臺(tái)進(jìn)行拓寬，或是加寬落地窗面積，使陽(yáng)光能夠充分的進(jìn)入到室內(nèi)。

3.2 建筑結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)

（1）朝向設(shè)計(jì)。通過合理設(shè)計(jì)超高層建筑的朝向，能夠有效的利用太陽(yáng)能，實(shí)現(xiàn)人工能耗的節(jié)約。特別是對(duì)于我國(guó)北方地區(qū)，合理規(guī)劃超高層的朝向，能夠有效的節(jié)約取暖能耗。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，需要先對(duì)太陽(yáng)的高度角進(jìn)行確定，然后設(shè)計(jì)出合理的日照影像圖，以此為依據(jù)來對(duì)冬季建筑日照有效時(shí)間進(jìn)行確定。在滿足采光需求的基礎(chǔ)上，還要將建筑南向的開窗面積盡量拓寬，減少東北向開窗面積，這樣可以使室內(nèi)獲得更多的日光照射，而且室內(nèi)熱量流失率也能夠得到有效的控制。

（2）高度設(shè)計(jì)。建筑高度變化會(huì)直接導(dǎo)致相關(guān)的參數(shù)發(fā)生變化，使能耗發(fā)生一定的改變。特別當(dāng)建筑高度超過百米時(shí)，所有氣象參數(shù)都會(huì)發(fā)生改變。因此一旦建筑高度過高，必然會(huì)導(dǎo)致能源消耗量增加。因此在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，需要以具體、詳細(xì)的參數(shù)作為依據(jù)來合理規(guī)劃建筑的高度，確保找到一個(gè)最優(yōu)值，從而實(shí)現(xiàn)超高層建筑的節(jié)能。

3.3 建筑材料的節(jié)能設(shè)計(jì)

（1）高性能鋼的利用。高性能鋼主要有高張力鋼、低屈服點(diǎn)鋼、TMCP鋼與SN鋼。超高層建筑對(duì)鋼材的性能具有較高的要求。如鋼材的強(qiáng)度、硬度以及窄屈服幅度的耐久性、鋼材的可焊性及在精度深加工時(shí)的性能。高性能鋼的出現(xiàn)有效保障了超高層建筑的安全穩(wěn)固性，節(jié)約建造材料與能源。

（2）新RC結(jié)構(gòu)。新RC結(jié)構(gòu)指的是鋼筋混凝土的改良。混凝土的強(qiáng)度能夠達(dá)到78.4mpa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)混凝土強(qiáng)度。這提高建筑耐久性和穩(wěn)固性具有非常好的效果。

4 結(jié)束語

超高層建筑是未來建筑發(fā)展的主要趨勢(shì)，在當(dāng)前能源嚴(yán)重緊缺的新形勢(shì)下，需要重視超高層建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)，有效的提高超高層建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)水平，為建筑業(yè)的健康發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

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