東北地區(qū)高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)略論

江瀅

中國建筑東北設(shè)計(jì)研究院有限公司 遼寧大連 116000

東北大多數(shù)的建筑工程在設(shè)計(jì)過程中大多考慮的是外觀造型、協(xié)調(diào)環(huán)境等等方面，在節(jié)能與消耗的問題上考慮很少，所以，建筑設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行北方的高層建筑設(shè)計(jì)時往往忽略節(jié)能設(shè)計(jì)的運(yùn)用。對于開發(fā)商來說，利益最大化始終是最終目標(biāo)，所以，對于節(jié)能設(shè)計(jì)成本能省則省，甚至忽略節(jié)能設(shè)計(jì)。但是，建筑節(jié)能不僅僅關(guān)系到建筑物本身的節(jié)能慶康，還關(guān)系到城市的綜合環(huán)境，總體布局等等，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)受到了多方面的影響，其中包括：建筑的外觀、朝向、門窗質(zhì)量、氣候條件等等因素的影響。想做出更好的高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)，這些方面都要考慮齊全。

1 優(yōu)化高層建筑位置及朝向設(shè)計(jì)

在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時要考慮北方的地理位置，進(jìn)行高層建筑的定為以及朝向的確定。

首先，進(jìn)行高層建筑的定為時要考慮到光照情況。寒冷的北方地區(qū)，在沒有各種高科技取暖措施之前，取暖的最原始的兩種方式就是火與光，就節(jié)能方面來看，光照對于北方地區(qū)的人們來說，是取暖的最佳措施。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球每年所接收到的能量高達(dá)60億千瓦，由此，我們可以將地球看成一個太陽能接收器，我們可以將太陽能轉(zhuǎn)化成各種能源，陽光對身體有益又可以節(jié)省能源。所以，在進(jìn)行高層建筑定為時，要考慮容積率，不能過高，不然就滿足不了光照要求，科學(xué)合理的確定建筑位置，使建設(shè)的高層建筑能夠更好更多的接收到太陽輻射熱能對于建筑節(jié)能來說非常重要[1]。

其次，我們來討論一下建筑的朝向問題，可以舉例來說明，例如，在北緯40-45度地區(qū)的冬季，建筑物陽光朝向的一面所得到的輻射能力比夏季高達(dá)兩倍，但是到了夏天，該建筑物的東西方向所接收到的能源2.5倍的多余南向。我們可以說在相同的地方，不同季節(jié)，不同朝向，建筑物所接收到的太陽輻射熱量不同，熱量的流失程度也不一樣，該種狀況最為明顯的時間分界點(diǎn)就是我們通常說的冬至前后，由于太陽角度的變化，房間接觸光線的面積要比夏天明顯增多。所以，在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時，想要獲得節(jié)能減耗的效果，就要考慮環(huán)境情況，基于太陽高度角畫出光照影響圖，以此來明確該地區(qū)冬季每天的日照時間，確定建筑物的開窗面積以及朝向。面向陽光的位置開窗面積擴(kuò)大，滿足采光取暖，而北向陽光的窗戶則需要縮小，降低熱流失，以此來保證室內(nèi)的溫度。

2 優(yōu)化高層建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體設(shè)計(jì)

首先，作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主體部分，高層建筑的外墻與磚石結(jié)構(gòu)的房屋不同，他需要肩負(fù)起巨大的承重作用，所以，高層建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本采用混凝通框架或者剪力墻結(jié)構(gòu)，用以承重。圍護(hù)結(jié)構(gòu)屬于填充材料，為了減輕荷載，達(dá)到保溫、隔熱要求，采用輕質(zhì)高效保溫材料，目前在寒冷地區(qū)常用的墻體做法有：頁巖陶粒混凝土空心砌塊；粘土空心磚與實(shí)心磚復(fù)合墻體；粘土實(shí)心磚或空心磚巖棉夾心復(fù)合墻體等。但存在問題較多，節(jié)能的效果仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的要求。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料布置分外側(cè)和內(nèi)側(cè)，在寒冷地區(qū)的同一氣候條件下，由于材料層次布置不同所取得的保溫效果也不盡相同，為防止墻體內(nèi)產(chǎn)生冷凝水，保溫層設(shè)在外側(cè)更穩(wěn)妥些。

其次，高層建筑的圍護(hù)墻體不宜采用外側(cè)保溫的聚苯乙烯泡沫板（舒樂板、pg板），巖棉板等輕質(zhì)保溫材料。一幢建筑的壽命少則幾十年，多則上百年，材料的應(yīng)用與建筑整體的壽命應(yīng)同步。對于輕質(zhì)的外保溫復(fù)合墻體，筆者認(rèn)為存在以下不足之處：抗震能力差，易松散，與結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)合不好，整體性能差；不能承受外部裝修貼、掛荷載，如：貼石材、安裝裝飾構(gòu)件等；不能承受有振動的鑿、刨的裝修，如：剁斧石面層、予留洞、槽易出現(xiàn)冷橋；墻表面易出現(xiàn)裂紋。除此之外，復(fù)合墻體由于框架梁拉、剪力墻的嵌入，墻體內(nèi)容易造成冷橋，是保溫、隔熱的薄弱環(huán)節(jié)。據(jù)測定，高層建筑所出現(xiàn)的冷橋約占整個熱損失的5%-13%，因此應(yīng)引起設(shè)計(jì)者重視，采取有效構(gòu)造措施盡可能避免產(chǎn)生冷橋[2]。

最后，國外普遍推廣采用混凝土空心砌塊用于高層建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。歐、美各國取得不少先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。如：美國研制的tb型保溫隔熱復(fù)合砌塊；波蘭的咬合式保溫砌塊，兩塊組合成320厚墻體，在空心砌塊內(nèi)填入高效保溫材料，墻體傳熱系數(shù)k=01209-1100w/m2k；芬蘭研制的一種空心砌塊，空隙之間填入聚胺脂保溫材料，300厚，傳熱系數(shù)k=0.25-0.28w/m2k。某些歐美國家50%左右的建筑已應(yīng)用多種形式的混凝土空心砌塊。由于混凝土空心砌塊保溫效果好，又具有一定強(qiáng)度，避免了輕質(zhì)復(fù)合材料墻體的一些弊端。

3 影響建筑節(jié)能的其他因素

首先，我們要了解，在高層建筑中，外圍護(hù)墻體的能量消耗要占建筑所有耗能的四分之一左右，屬于較大耗能部分。體形系數(shù)和耗能成正比，如果想要減少建筑外漏面積就要盡量避免過多或者復(fù)雜的形體變化，而圓塔型建筑比較提倡，因?yàn)槊娣e相同，圓的周長最短，所以，建筑外漏面積較小[3]。

其次，與光能經(jīng)常一并提到的是風(fēng)能，但是在高層建筑環(huán)境考慮中，“風(fēng)”在很大程度上產(chǎn)生了負(fù)能量，北方冬季寒冷，大風(fēng)帶來的往往是熱量流失與冷空氣滲透。一旦高層建筑的某些部位質(zhì)量出現(xiàn)問題，就會出現(xiàn)墻體內(nèi)部的冷凝水現(xiàn)象，所以，針對“風(fēng)”這種負(fù)能量，我們要采取措施，保溫材料是首選。

4 結(jié)語

總之，在北方高層建筑的設(shè)計(jì)中，采取節(jié)能設(shè)計(jì)非常必要，不但能夠節(jié)約能源，還可以減少供暖產(chǎn)生的環(huán)境污染。由于我國在這方面的經(jīng)驗(yàn)不足，需要我們在今后的工作中著力強(qiáng)化建筑節(jié)能。