綠色建筑節(jié)能設(shè)計技術(shù)途徑探析

張建云

（寧夏建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏銀川750021）

1 綠色建筑節(jié)能的意義

現(xiàn)代社會人們對能源的消耗主要體現(xiàn)在交通運輸、物質(zhì)生產(chǎn)和建筑使用的過程中，建筑在形成、建造、運用中會耗費大量能源，加大了能耗的壓力，而建筑耗能在總耗能中的比例，充分體現(xiàn)了一個國家和地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及生活質(zhì)量的提升。據(jù)有關(guān)研究數(shù)據(jù)統(tǒng)計，主要發(fā)達(dá)國家建筑使用耗能占全社會總耗能30%～40%。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)分析，建筑在建材生產(chǎn)、建筑施工、建筑運行的全生命周期內(nèi)消耗了地球上大約50%的能源、42%的水資源、50%的材料，產(chǎn)生了全球24%的空氣污染、50%的溫室效應(yīng)、40%的水源污染、20%的固體垃圾和50%的氯氟烴等。因此，發(fā)展綠色節(jié)能建筑，是化解我國日益匱乏的資源，改善人們生產(chǎn)、生活環(huán)境、質(zhì)量，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)健康可持續(xù)發(fā)展的有力保障。

2 綠色建筑節(jié)能的內(nèi)涵

建筑節(jié)能是指在建筑物規(guī)劃、設(shè)計、新建（改建、擴(kuò)建）、改造和運行過程中，依據(jù)建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和施工執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，采用節(jié)能型技術(shù)、工藝、設(shè)備、材料和產(chǎn)品質(zhì)量驗收規(guī)程，合理設(shè)計建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，采用低能耗的建筑材料、設(shè)備系統(tǒng)，并利用可再生能源，在保證建筑物使用功能和室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量的前提下，降低建筑能耗，合理有效地利用能源。

建筑節(jié)能設(shè)計和實踐證明，只要因地制宜，選擇合適的節(jié)能技術(shù)，居住建筑每平米的造價提高幅度約在建造成本的5%～7%內(nèi)，可以達(dá)到節(jié)約能耗50%～65%。據(jù)我國相關(guān)資料報道，建筑節(jié)能的投資回報期一般在5年左右，而建筑物的使用壽命在50～100年，兩者相比較，節(jié)能建筑的經(jīng)濟(jì)效益是非常顯著的，節(jié)能建筑前期一次性投入后，可以在較短的時期內(nèi)回收成本，可在建筑使用壽命期內(nèi)得到長期的受益。在我國新建建筑的節(jié)能設(shè)計和老舊建筑的節(jié)能改造中，都將為國家的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境改善提供有利保障。

3 綠色建筑節(jié)能設(shè)計的技術(shù)途徑

形成建筑能耗的原因很多，因而建筑節(jié)能是一個系統(tǒng)全面的工程，它涉及建筑的規(guī)劃、設(shè)計、施工、運行管理諸多環(huán)節(jié)，涉及建筑、結(jié)構(gòu)、建筑設(shè)備、建筑電氣與智能化等專業(yè)技術(shù)。建筑節(jié)能途徑主要包括：房屋各部位（屋頂絕熱、墻壁絕熱、地面絕熱、門窗絕熱）的絕熱措施、采暖節(jié)能的基本途徑、建筑制冷設(shè)計的節(jié)能途徑和照明設(shè)計的節(jié)能途徑。

3.1 合理優(yōu)化和體形設(shè)計

3.1.1 建筑物的體形變化直接影響建筑節(jié)能效率，決定著建筑采暖和空調(diào)耗能的多少。從節(jié)能角度講，單位面積對應(yīng)的外表面積越小，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損失就越小，從降低建筑能耗的角度出發(fā)，應(yīng)將建筑體形系數(shù)控制在一個較低的數(shù)據(jù)。建筑節(jié)能研究結(jié)果表明，體形系數(shù)每增大0.01，建筑能耗指標(biāo)約增加2.5%。如圖1和表1所示，同體積不同體形會有不同的體形系數(shù)，其中立方體的體形系數(shù)（F0/V0）比值最小。在相同體積下，由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總面積不同耗能量也相差很多。

在建筑節(jié)能規(guī)劃中應(yīng)降低或控制建筑體形系數(shù)。一般建筑的體形宜控制在0.30以下，如果體形系數(shù)大于0.30，建筑屋頂和建筑外墻采取相應(yīng)的保溫措施，以便將建筑物耗熱量指標(biāo)控制在國家規(guī)定的水平，即總體上實現(xiàn)節(jié)能保溫50%或65%的目標(biāo)。

圖1 同體積建筑的不同體形系數(shù)

表1 同體積建筑的不同體形系數(shù)

3.1.2 建筑朝向和間距對能耗的影響

建筑朝向設(shè)計是建筑節(jié)能設(shè)計的重要內(nèi)容，古今中外都非常重視對建筑朝向的選擇。從建筑節(jié)能角度考慮，建筑朝向的選擇應(yīng)避開冬季主導(dǎo)風(fēng)向，同時也應(yīng)考慮到夏季防止太陽輻射與暴風(fēng)雨的襲擊。從而針對不同朝向墻面在不同季節(jié)的日照時數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，求出日照時數(shù)的平均值，作為綜合分析朝向的依據(jù)。

建筑朝向經(jīng)過分析并確定后，建筑規(guī)劃設(shè)計時應(yīng)結(jié)合日照時間、建筑節(jié)能、節(jié)地原則、地形地勢等具體情況，全面綜合分析各技術(shù)參數(shù)來保證建筑間距。我國地處北半球溫帶地區(qū)，居住及公共建筑中，在夏季應(yīng)避免較強(qiáng)的陽光照射，冬季又需要獲得充分的陽光照射，從而滿足室內(nèi)衛(wèi)生、建筑采光及輔助得熱的需要。因此，居住建筑日照標(biāo)準(zhǔn)通常是將冬至日或大寒日定為日照標(biāo)準(zhǔn)日，保證每套住宅至少應(yīng)有一個居住空間能獲得日照。日照間距如圖2所示，日照間距D0=H0cothcosγ，當(dāng)建筑物為南北朝向時D0=H0cothcosA，當(dāng)建筑物為南北朝向正午時日照間距D0=H0coth。因而在施工規(guī)劃階段，應(yīng)仔細(xì)考慮建筑朝向、建筑形體、建筑間距等與節(jié)約能源的聯(lián)系。

圖2 建筑日照間距示意圖

3.2 建筑屋面設(shè)計

建筑屋面作為建筑物頂層的覆蓋層主要起承重、圍護(hù)、保溫、隔熱、防水等作用。建筑屋面隨著季節(jié)寒暑變化，夏季高溫氣候陽光暴曬、冬季寒冷空氣侵襲，使建筑頂層室內(nèi)能耗明顯大于任何一面外墻和地面的耗熱量。在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，屋面的能耗約占建筑總能耗的5%～10%，占頂層樓能耗的40%以上。因而，屋面的保溫隔熱功能是降低建筑物能源消耗的有效途徑，是改善頂層室內(nèi)環(huán)境、減少空調(diào)使用時間、節(jié)約控制能耗浪費的有力措施。

屋面保溫效果是通過在屋面系統(tǒng)中設(shè)置保溫材料層、增加屋面系統(tǒng)的熱阻來達(dá)到的；保溫材料的選用，應(yīng)考慮使用熱導(dǎo)率小、輕質(zhì)高效、表觀密度小、吸水率低、有一定抗壓強(qiáng)度、可長期發(fā)揮作用、性能穩(wěn)定可靠的無機(jī)或有機(jī)保溫材料作為保溫、隔熱層。絕大多數(shù)的建筑屋頂保溫設(shè)計是在結(jié)構(gòu)層上防水層下鋪設(shè)輕質(zhì)保溫材料，如膨脹珍珠巖、玻璃棉等，適用于正置式屋面鋪裝法。其中擠塑聚苯乙烯泡沫板、硬泡聚氨酯等幾種材料性能最優(yōu)，適用于倒置式屋面鋪裝法。屋面節(jié)能的設(shè)計構(gòu)造有保溫屋面（用高效保溫隔熱材料做外保溫或內(nèi)保溫）、加貼絕熱反射膜屋面、架空通風(fēng)屋面、蓄水屋面、綠化屋面和坡屋面等不同方法滿足屋頂節(jié)能的要求。圖3為代表性的屋頂保溫隔熱節(jié)能系統(tǒng)構(gòu)造做法。

圖3 屋面保溫隔熱系統(tǒng)構(gòu)造層次

3.3 建筑外墻節(jié)能設(shè)計

在建筑總耗能中，建筑外墻傳熱耗熱量約占25%，樓梯間隔墻的傳熱耗熱量約占25%。由此可見，提高墻體保溫隔熱措施將降低墻體的耗熱量，起到節(jié)約能源的效果。墻體保溫常用的做法是增加保溫材料的復(fù)合墻體，由于使用了新型高效保溫材料，從而突顯了建筑優(yōu)良的熱工性能，建筑結(jié)構(gòu)層和保溫層都可充分展現(xiàn)各自材料的優(yōu)勢和特點，既不增加墻體的厚度，又能保溫、隔熱節(jié)能，也可滿足抗震、承重及耐久性等諸多施工技術(shù)要求。

在墻體設(shè)計中常用聚合物發(fā)泡型保溫材料，包括聚氨酯泡沫塑料（PU）和聚苯乙烯泡沫塑料（EPS/XPS）、礦棉及玻璃棉制品、聚苯顆粒保溫漿料、新型絕熱板材等絕熱材料。目前，外墻外保溫常用材料為隔熱性能好、價格低廉、施工方便的聚苯乙烯泡沫板并廣泛應(yīng)用于建筑建設(shè)的各個方面。外墻外保溫隔熱設(shè)計，在一定時間內(nèi)，墻體將直接暴露在陽光下，因此，外墻外保溫可以避免產(chǎn)生熱橋效應(yīng)，利于保障室內(nèi)的熱穩(wěn)定、利于提高建筑結(jié)構(gòu)的耐久性、利于既有建筑的節(jié)能改造。

外墻保溫工程施工既可在室內(nèi)，亦可在室外，技術(shù)參數(shù)比較好的做法為外墻外保溫，因其構(gòu)造能夠滿足水密性、抗風(fēng)壓性以及溫濕度變化的要求，不會產(chǎn)生裂縫，并能抵抗外界可能產(chǎn)生的碰撞作用，還能使相鄰構(gòu)造之間、構(gòu)造與構(gòu)造間、構(gòu)造與飾面材料間都能得到有效處理。不同外墻（現(xiàn)澆混凝土墻、砌體墻）保溫材料的選擇、基本構(gòu)造、施工工藝均有不同之處。

3.4 建筑外門窗節(jié)能設(shè)計

建筑外門窗是組成建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，首先應(yīng)滿足基本的使用功能，同時應(yīng)有采光、通風(fēng)、防風(fēng)雨、保溫隔熱、防盜、防火、美觀、裝飾等功能。建筑外門窗的熱耗能的損失非常大，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，傳統(tǒng)建筑通過門窗損失的耗能約占建筑總耗能的50%，而通過門窗縫隙損失的耗能約占門窗總能耗的30%～50%。由此可見，加強(qiáng)建筑外門窗節(jié)能設(shè)計是改善建筑室內(nèi)外熱環(huán)境交換程度、提高節(jié)能效果的主要環(huán)節(jié)。衡量建筑門窗性能的指標(biāo)主要有陽光得熱性能、采光性能、空氣滲透防護(hù)性能、保溫隔熱性能等。門窗的節(jié)能技術(shù)體現(xiàn)在提高門窗的性能指標(biāo)，在冬季增加陽光利用的有效性，增加室內(nèi)房間的得熱率和采光性，通過降低門窗導(dǎo)熱和空氣滲透，提高保溫性能。在夏季采用隔熱及遮陽措施，減少由于門窗透過的熱輻射和室內(nèi)空氣滲透過大導(dǎo)致空調(diào)增加負(fù)荷和耗能。因此，建筑門窗節(jié)能設(shè)計采取的主要措施：一是滿足建筑采光與通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)后，應(yīng)嚴(yán)格控制建筑各朝向的窗墻面積比，并與外立面有效結(jié)合，在達(dá)到使用功能和美觀要求的基礎(chǔ)上盡量減少窗戶的面積。二是選用門窗材料時，應(yīng)結(jié)合工程實際情況，盡量選用新的環(huán)保材料，以提高材料的保溫性能，提高門窗的氣密性、水密性和抗風(fēng)壓性能。建筑外門窗節(jié)能工程包括金屬門窗、塑料門窗、木質(zhì)門窗、各種復(fù)合門窗、特種門窗、天窗及門窗玻璃安裝等節(jié)能工程。雙保溫隔聲效果優(yōu)于單門窗材料。金屬保溫門窗（斷橋鋁合金門窗、涂色鋼板門窗、鋁塑門窗）既能起到一定的裝飾效果，也應(yīng)有足夠強(qiáng)度和耐老化性能，同時具有良好的保溫、隔聲性能，當(dāng)室外溫度降到-40℃時，室內(nèi)玻璃仍不結(jié)霜。玻璃有普通玻璃、中空玻璃、空心覆膜玻璃等，在隔聲、保溫、節(jié)能、美觀適用、降低室內(nèi)溫差、改善照明性能方面，中空玻璃效果很好。隨著節(jié)能要求的不斷提高，節(jié)能門窗從結(jié)構(gòu)上不斷改進(jìn)，出現(xiàn)了三玻窗及多層窗，使保溫節(jié)能更趨于理想效果。

3.5 建筑樓、地面節(jié)能設(shè)計

建筑樓底層包括樓板層與地坪層，地坪層是建筑物底層房間與下部土層直接接觸的部分。如果底層地面熱阻過小，就會使首層室內(nèi)耗熱量增加，甚至?xí)霈F(xiàn)溫度過低導(dǎo)致房間結(jié)霜和凍腳現(xiàn)象。因此，為了提高室內(nèi)溫度，增加人體的熱舒適性，降低樓地面耗熱量的散失，按區(qū)域、按房間功能對底層地面采用節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。

樓、地面節(jié)能設(shè)計包括：不采暖地下室頂板作為首層的保溫隔熱節(jié)能工程；樓板底面下方接觸室外空氣、土壤、和毗鄰不采暖空間的地面節(jié)能工程；也包括分戶采暖和計量收費的建筑，樓層與樓層之間的樓地面要求保溫隔熱節(jié)能工程。樓、地面的保溫隔熱節(jié)能技術(shù)一般有兩種：一是普通的樓地面在樓板的下方粘貼膨脹聚苯板和其他高效保溫材料后吊頂；二是采用地板輻射采暖的樓、地面，在樓、地面基層施工完成后，在該基層上先鋪保溫材料，再將交聯(lián)聚乙烯、聚丁烯、無規(guī)共聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯、耐熱聚乙烯或鋁塑復(fù)合等材料制成的管道，根據(jù)得熱量確定管道間距，以雙向循環(huán)的盤曲方式固定在保溫材料上，在管道上覆蓋豆石混凝土，經(jīng)整平振實，最后在其上鋪設(shè)地面材料。

3.6 建筑遮陽設(shè)計

為了實現(xiàn)節(jié)能設(shè)計，我們還可以根據(jù)不同的日照時間和不同區(qū)域的建筑功能來設(shè)計建筑遮陽。采用對太陽光線中的熱輻射有遮蔽作用的建筑構(gòu)件或遮陽設(shè)施，空調(diào)用電可以節(jié)約25%左右，采用優(yōu)質(zhì)建筑遮陽措施，能夠使外窗保溫性能提升約一倍，節(jié)約建筑采暖用能約10%左右。因此，應(yīng)選用合適的遮陽設(shè)施。遮陽的布局一般是根據(jù)太陽高度角的變化來確定，有水平式遮陽、垂直式遮陽、綜合式遮陽和擋板式遮陽。不同的遮陽形式可以滿足不同地區(qū)、不同功能建筑的需要。

3.7 建筑節(jié)能體制的建設(shè)

政府應(yīng)建立和完善建筑節(jié)能設(shè)計的法規(guī)和強(qiáng)制執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步加強(qiáng)綠色建筑技術(shù)的研究、開發(fā)、示范、推廣和宣傳，促進(jìn)綠色建筑技術(shù)進(jìn)步與創(chuàng)新。建設(shè)單位應(yīng)按照規(guī)范將綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)納入工程竣工驗收，不符合綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)的，不得通過竣工驗收，不符合建筑節(jié)能要求的企業(yè)也要加以限制和禁止。同時，國家應(yīng)完善對建筑節(jié)能設(shè)計的監(jiān)督控制，構(gòu)建相應(yīng)的評價體系，鼓勵采用建筑環(huán)保理念的企業(yè)，嚴(yán)格執(zhí)行建筑節(jié)能強(qiáng)制性規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，扎實推進(jìn)現(xiàn)有建筑節(jié)能改造，提高能源資源利用率，提高建筑的安全、舒適和健康性，從而實現(xiàn)建筑節(jié)能設(shè)計的科學(xué)性、有效性和綜合性。

綜上所述，建筑節(jié)能是促進(jìn)綠色建筑發(fā)展、提升人們生活工作條件、減輕環(huán)境污染、促進(jìn)人與自然和諧發(fā)展、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展最直接的措施，同時，建筑節(jié)能發(fā)展應(yīng)堅持因地制宜、被動優(yōu)先、主動優(yōu)化的技術(shù)路線，推廣應(yīng)用自然采光、自然通風(fēng)、保溫遮陽、余熱利用、雨水利用以及太陽能、淺層地溫能、空氣源熱能、污水源熱能等可再生新能源利用技術(shù)。提倡節(jié)能理念，實現(xiàn)建筑業(yè)綠色和可持續(xù)發(fā)展。