基于建筑節(jié)能的高層住宅建筑設(shè)計(jì)探討

王華威

摘 要：建筑業(yè)中將節(jié)能環(huán)保理念有效貫穿在建筑的設(shè)計(jì)、建造、使用及廢棄環(huán)節(jié)中，有效實(shí)現(xiàn)低能耗、低污染及低排放。加強(qiáng)高層住宅建筑設(shè)計(jì)中的節(jié)能設(shè)計(jì)理念的研究是十分必要的。本文作者結(jié)合多年來的工作經(jīng)驗(yàn)，對高層住宅建筑設(shè)計(jì)中的節(jié)能設(shè)計(jì)理念進(jìn)行了研究，具有重要的參考意義。

關(guān)鍵詞：高層建筑；建筑設(shè)計(jì)；建筑節(jié)能

1 引言

高層建筑體形龐大，容積率過高，相鄰建筑互相遮擋，不通透，形成大面積陰影區(qū)，從而使城市人居環(huán)境質(zhì)量下降，市中心人口膨脹、交通擁擠。除此之外，設(shè)計(jì)者往往貪大求高，大部分精力放在追求立面形式和使用功能上，而往往忽略了對于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。建筑設(shè)計(jì)節(jié)能意識淡薄，造成高能耗、低效益，影響建筑使用效率，浪費(fèi)巨大。所以，高層建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)是當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)的重要問題。

2 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)理念的重要意義

（1）建筑能耗約占社會總能耗的1/3，我國建筑能耗的總量逐年上升，在能源總消費(fèi)量中所占的比例已從20世紀(jì)70年代末的10%，上升到近年的27.45%。而國際上發(fā)達(dá)國家的建筑能耗一般占全國總能耗的33%左右。國家建設(shè)部科技司研究表明，隨著城市化進(jìn)程的加快和人民生活質(zhì)量的改善，我國建筑耗能比例最終還將上升至35%左右。如此龐大的比重，使建筑耗能已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的軟肋，急需改良建筑設(shè)計(jì)來改善這一狀態(tài)。

（2）高耗能建筑比例大，加劇能源危機(jī)。目前，我國已建房屋有400 億平方米以上，屬于高耗能建筑，總量龐大，潛伏巨大能源危機(jī)。正如建設(shè)部有關(guān)負(fù)責(zé)人指出，僅到2000年末，我國建筑年消耗商品能源共計(jì)3.76億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占全社會終端能耗總量的27.6%，而建筑用能的增加對全國的溫室氣體排放已經(jīng)達(dá)到了25%。低碳環(huán)保的建筑設(shè)計(jì)可以解決這個問題。

（3）我國建筑節(jié)能狀況落后，亟待改善。在20世紀(jì)70年代能源危機(jī)后，發(fā)達(dá)國家開始致力于研究與推行建筑節(jié)能技術(shù)，而我國卻忽視了這一方面的問題。時至今日，我國建筑節(jié)能水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。舉例說明，國內(nèi)絕大多數(shù)采暖地區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱功能都比氣候相近的發(fā)達(dá)國家差許多。外墻的傳熱系數(shù)是他們的3.5～4.5倍，外窗為2～3倍，屋面為3～6倍，門窗的空氣滲透為3～6倍。現(xiàn)在，我國的采暖耗能約為歐洲國家的1.5倍。

因此，與當(dāng)前發(fā)達(dá)國家建筑能耗已經(jīng)大大降低的情況相比，我國單位建筑面積采暖能耗是發(fā)達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)的3倍以上，與發(fā)達(dá)國家存在較大的差距。而對于美國而言，全球石油資源的戰(zhàn)略布局以及石油的開采區(qū)域和運(yùn)輸線路等關(guān)鍵點(diǎn)的調(diào)整工作已基本完成，我國卻沒有那樣強(qiáng)有力的能源后盾支持，在這樣的國情下，建筑節(jié)能水平的改善實(shí)際上應(yīng)該比發(fā)達(dá)國家更為緊迫。

3 節(jié)能設(shè)計(jì)理念應(yīng)用于高層建筑設(shè)計(jì)的策略分析

（1）優(yōu)化建筑位置及朝向設(shè)計(jì)。高層建筑的定位首先應(yīng)考慮對城市環(huán)境的影響，容積率過高很難滿足日照要求，陽光有著巨大輻射能量。從某種意義上講地球本身就是巨大的太陽能接收器，陽光不僅對人的身體健康有著很大的益處，對建筑的節(jié)能也有著十分重要意義。城市規(guī)劃應(yīng)注重應(yīng)用日照原理，合理地確定建筑位置與朝向，使每幢建筑能接收更多的太陽輻射熱能，因此，建筑的方位與節(jié)能有著直接關(guān)系。不同朝向、不同季節(jié)，建筑物所得到的太陽輻射熱能量不同，熱損失也不同。尤其是在冬至前后，由于太陽高度角低，房間所接收的太陽光線的面積比夏天多得多。在確定建筑的方位時首先應(yīng)考慮環(huán)境情況，按其太陽高度角做出日影響圖，以確定冬季每天的日照時間，建筑南向開窗面積盡可能大些，在滿足采光條件下，北向、東向窗盡可能小些，從而獲得更多的太陽光線，減少熱損失，保持室內(nèi)舒適的溫度環(huán)境。

（2）優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體設(shè)計(jì)。第一，外墻是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主體部分，高層建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)不同于磚石結(jié)構(gòu)房屋，前者是鋼筋混凝土框架或剪力墻結(jié)構(gòu)承重。因此，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、黏土空心磚與實(shí)心磚復(fù)合墻體黏土實(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)更好些。第二，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。輕質(zhì)的外保溫復(fù)合墻體存在以下不足之處：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。另外，高層建筑外圍護(hù)墻體耗能較大，占整個建筑耗能的25%左右。建筑的形體變化是建筑外露面積的主要因素之一，體形系數(shù)越大耗能越多，國外的一些高層建筑造成圓塔形，比如美國洛杉磯的好運(yùn)飯店、法國戴高樂機(jī)場候機(jī)樓都是圓型或橢圓形，我們知道，相同的面積，圓的周長最短，這樣使建筑外露面積較小。因此，基于能量損耗的考慮，高層建筑的形體變化不宜過多，也不宜復(fù)雜。③高層建筑的風(fēng)環(huán)境是影響建筑耗能因素之一。在冬季，風(fēng)力對建筑的熱損失很大，增大冷空氣的滲透量，使室內(nèi)熱損失加大。由于建筑某些部位處理不當(dāng)，墻體內(nèi)部易產(chǎn)生冷凝水。因此，建筑保溫材料的選用以及建筑構(gòu)造的合理性應(yīng)建立在科學(xué)、可靠的基礎(chǔ)上。

4 結(jié)語

綜上所述，建筑業(yè)中的低碳設(shè)計(jì)是指將節(jié)能環(huán)保理念有效貫穿在建筑的設(shè)計(jì)、建造、使用及廢棄環(huán)節(jié)中，有效實(shí)現(xiàn)低能耗、低污染及低排放。由于建筑使用壽命較長，應(yīng)考慮其耐久性，同時，也應(yīng)提倡使用環(huán)保、易拆除及再生能源利用設(shè)計(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)資源、能源的有效節(jié)約。為了我們的下一代著想。我國必須把低碳建筑、低碳經(jīng)濟(jì)提升到國家戰(zhàn)略層面，抓住機(jī)遇改善國民的生存條件，同時讓我國經(jīng)濟(jì)能夠上一個臺階。

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