大空間建筑外觀的節(jié)能與設(shè)計(jì)分析實(shí)踐思考

高 文 中建七局建筑裝飾工程有限公司工程師

張留洋 中建七局建筑裝飾工程有限公司助理工程師

作為我國(guó)傳統(tǒng)的資源消耗型行業(yè)，建筑行業(yè)在建設(shè)生產(chǎn)中需要耗費(fèi)大量的資源與能源，這不僅限制了整個(gè)行業(yè)的發(fā)展，更是對(duì)國(guó)家的資源安全造成較大影響。綠色建筑理念下，開(kāi)展節(jié)能設(shè)計(jì)已經(jīng)成為建筑設(shè)計(jì)的內(nèi)在要求。對(duì)于大空間建筑，在建筑內(nèi)部節(jié)能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，還需深化其外觀節(jié)能設(shè)計(jì)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑外觀裝飾與功能的統(tǒng)一，提升建筑的綜合使用價(jià)值。

1 大空間建筑功能特征及外觀節(jié)能設(shè)計(jì)作用

1.1 功能特征

功能設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，大空間建筑功能具有多樣性的特征，深層進(jìn)行空間與功能的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，能確保大空間建筑滿足人們生產(chǎn)、生活的實(shí)際需要。從大空間建筑設(shè)計(jì)過(guò)程來(lái)看，這種功能需要表現(xiàn)在活動(dòng)范圍、活動(dòng)方式以及信息傳遞3 個(gè)層面。從活動(dòng)范圍層面來(lái)看，會(huì)議、觀演等建筑的空間設(shè)計(jì)需考慮視線和聲音等質(zhì)量要求，活動(dòng)范圍相對(duì)較小，如影劇院建筑最遠(yuǎn)排觀眾到舞臺(tái)視點(diǎn)的距離應(yīng)保持在33 m 以內(nèi)。而在空港等大型交通建筑中，人們的活動(dòng)范圍將大大增加。從活動(dòng)方式層面開(kāi)展建筑功能設(shè)計(jì)，需深化點(diǎn)、線、面3種模式應(yīng)用，最大限度地滿足大空間多重功能應(yīng)用需要。另外，為滿足大空間建筑信息傳遞需要，要求在功能設(shè)計(jì)層面確保大空間建筑信息傳遞無(wú)遮擋，同時(shí)應(yīng)深化建筑導(dǎo)向和廣播系統(tǒng)應(yīng)用，增強(qiáng)信息傳遞的連續(xù)性[1]。

1.2 外觀節(jié)能設(shè)計(jì)作用

大空間建筑多為公共建筑，在設(shè)計(jì)施工中需外部的裝飾與美化，建筑材料消耗較多。綠色建筑理念下，在建筑初期設(shè)計(jì)階段，需積極開(kāi)展建筑外觀的節(jié)能設(shè)計(jì)。一方面，采用先進(jìn)的外觀節(jié)能方式能最大程度減少建筑外部裝飾中的資源與能源消耗，對(duì)于降低工程項(xiàng)目后期建設(shè)成本、保證工程建設(shè)質(zhì)量具有積極作用。另一方面，在合理選擇建筑外觀形式的基礎(chǔ)上，根據(jù)建筑的功能要求和布局朝向，系統(tǒng)使用建筑隔熱保溫等新型節(jié)能環(huán)保材料和技術(shù)工藝，能將其與外觀的裝飾美化設(shè)計(jì)功能融為一體，實(shí)現(xiàn)建筑裝飾與功能應(yīng)用的有機(jī)統(tǒng)一。此外，步入新時(shí)期以來(lái)，綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)理念深入人心，開(kāi)展大空間建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)符合新時(shí)期建筑工程理念發(fā)展需要，對(duì)于整個(gè)建筑行業(yè)的發(fā)展具有重要的推動(dòng)作用。

2 大空間建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)原則要求

2.1 高效原則

傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)中。大空間建筑側(cè)重于美學(xué)、形式及某種特性的研究。而現(xiàn)在，大空間建筑已經(jīng)成為一種社會(huì)公共產(chǎn)品，其要求實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的性和社會(huì)性的有效統(tǒng)一。在建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)中，高效性原則要求關(guān)注對(duì)資源的高效利用和對(duì)生態(tài)環(huán)境的有效保護(hù)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師應(yīng)努力在大空間建筑外觀功能及生態(tài)性能之間尋得一個(gè)全新的平衡點(diǎn)，以此來(lái)保證大空間建筑具有靈活的空間形式、符合的功能組織以及機(jī)動(dòng)高效的資源、能源利用形式，獲得良好的應(yīng)用效果。

2.2 健康原則

大空間建筑是面向人群的服務(wù)設(shè)施，故而不論哪一部分設(shè)計(jì)，均需要考慮建筑的綠色性和健康性。從大空間建筑外觀健康性設(shè)計(jì)層面來(lái)看，需具有兩個(gè)方面的要求。一是在建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)中，不論是對(duì)建筑隔熱保溫、排煙還是美化等材料及技術(shù)的應(yīng)用，均不得對(duì)居住人員的身心造成影響，確保人們房屋居住的舒適性。二是在建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)中，所有的材料和技術(shù)應(yīng)用不得對(duì)自然環(huán)境造成損耗，這樣能實(shí)現(xiàn)建筑功能應(yīng)用效益與生態(tài)效益的有效統(tǒng)一，提升建筑整體的應(yīng)用價(jià)值。

2.3 適應(yīng)原則

人們對(duì)于大空間建筑外觀節(jié)能提出了較高要求，在具體設(shè)計(jì)中，還應(yīng)考慮外觀節(jié)能技術(shù)的適用性，這一要求主要體現(xiàn)在3 個(gè)層面。其一，從技術(shù)層面來(lái)看，大空間建筑節(jié)能技術(shù)應(yīng)具有先進(jìn)性和可行性的特征，即在當(dāng)前建設(shè)模式下，該技術(shù)是切實(shí)可行的。同時(shí)在技術(shù)使用過(guò)程中，其本身不會(huì)造成較大的資源能源消耗，不會(huì)增加項(xiàng)目的建設(shè)成本。其二，大空間建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)的適用性體現(xiàn)在其能與建筑功能結(jié)構(gòu)集約共生，且兩者之間應(yīng)能產(chǎn)生積極作用，實(shí)現(xiàn)建筑功能的有機(jī)復(fù)合。其三，在大空間建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)中，還需考慮城市建筑空間特征，盡可能消除建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)與城市建筑空間特征不統(tǒng)一問(wèn)題，促使大空間建筑與城市成為一個(gè)有機(jī)整體。

3 大空間建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 基于建筑朝向的外觀節(jié)能設(shè)計(jì)

科學(xué)規(guī)劃建筑朝向能起到外觀節(jié)能的目的。在我國(guó)，設(shè)計(jì)建筑為南北朝向時(shí)，其冷負(fù)荷更小，建筑節(jié)能效果更加突出。有研究顯示，建筑長(zhǎng)寬比為4 ∶1 時(shí)，將建筑設(shè)計(jì)為南北朝向，則其東西朝向建筑的冷負(fù)荷差值將達(dá)到70%左右[2]。同時(shí)在考慮大空間建筑朝向的基礎(chǔ)上，還需合理控制其結(jié)構(gòu)的外表面積，這是因?yàn)樵谙嗤w積的建筑中，外表面積越小，建筑能耗和冷負(fù)荷也就越小。

此外，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將大空間建筑的體型系數(shù)納入考慮范疇，同體積建筑中，形體系數(shù)越大，則單位空間內(nèi)散失熱量的面積也就越大，對(duì)此應(yīng)重視建筑形態(tài)系數(shù)設(shè)計(jì)，通常若條件允許，則需通過(guò)增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的方式來(lái)增加熱阻，達(dá)到減低建筑能耗的作用。值得注意的是，開(kāi)展大空間建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)還需確保其具有較為開(kāi)闊的空間布局，這樣能在優(yōu)化自然通風(fēng)效果的基礎(chǔ)上減少空調(diào)使用頻率，繼而達(dá)到建筑整體節(jié)能的目的。

3.2 門(mén)窗節(jié)能

大空間建筑外觀設(shè)計(jì)中，門(mén)窗是極為重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容，其對(duì)于建筑采光和通風(fēng)效果具有深刻影響，并且直接關(guān)系著建筑的能耗控制效果。新時(shí)期，基于建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)理念和要求，在門(mén)窗節(jié)能設(shè)計(jì)中應(yīng)重視以下幾個(gè)方面。

首先應(yīng)注重節(jié)能技術(shù)的規(guī)范使用。工程實(shí)踐表明，門(mén)窗面積占建筑外觀總面積的30%左右，但在能耗層面，其占到了建筑總能耗的2/3。在這些門(mén)窗造成的能耗中，傳熱損失約占1/3?；谶@一特征規(guī)律，應(yīng)重視門(mén)窗節(jié)能技術(shù)的規(guī)范使用，如合理控制門(mén)窗洞口面積，使用保溫隔熱玻璃等，在保證建筑通風(fēng)及采光需要的基礎(chǔ)上，減少建筑能量損耗。

其次，設(shè)計(jì)人員應(yīng)為建筑門(mén)窗增設(shè)遮陽(yáng)設(shè)備，即應(yīng)重視陽(yáng)臺(tái)、遮陽(yáng)板以及建筑外廊的規(guī)范設(shè)置，同時(shí)還需要重視反射窗簾以及挑檐結(jié)構(gòu)的布局，以此來(lái)減少陽(yáng)光輻射，提升整體節(jié)能效果。同時(shí)在門(mén)窗氣密性設(shè)置中，應(yīng)盡可能使用氣密性效果突出的密封條進(jìn)行處理，減少傳熱損失。

最后，應(yīng)重視新型門(mén)窗的規(guī)范使用。在新門(mén)窗選擇中，要求門(mén)窗材料的熱工性能突出，同時(shí)門(mén)窗材料的能耗更低?，F(xiàn)階段，玻璃在建筑門(mén)窗中的應(yīng)用較為廣泛，但是玻璃材料在建筑熱工性能控制中尚有不足。在夏季時(shí)，玻璃會(huì)使得制冷負(fù)荷消耗20%～30%，而在冬季時(shí)，因玻璃使用所產(chǎn)生的制熱負(fù)荷也將消耗10%～20%，因此在門(mén)窗設(shè)計(jì)中應(yīng)重視玻璃用量的規(guī)范設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)建筑采光通風(fēng)及能耗情況的有效控制?；谶@一要求，在大空間建筑玻璃門(mén)窗設(shè)計(jì)中，確保窗墻比控制在30%～50%[3]。另外在玻璃使用中，應(yīng)盡可能增加隔熱遮光膜、吸熱玻璃以及反射玻璃的應(yīng)用，以此來(lái)提升建筑整體的節(jié)能效果。

3.3 外立面節(jié)能設(shè)計(jì)

外立面節(jié)能也是大空間建筑外觀及節(jié)能設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。一方面，出于降低熱交換量目的，在建筑外立面設(shè)計(jì)中要求盡可能地實(shí)現(xiàn)外形的簡(jiǎn)單化設(shè)計(jì)，以此來(lái)減少建筑外表面的總面積。

另一方面，開(kāi)展建筑外立面設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮建筑體形因素，盡可能保證外墻的平整度，減少凹凸不平墻體的使用，這樣能有效預(yù)防發(fā)生熱量損失問(wèn)題。

此外，窗墻比設(shè)計(jì)是外立面設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，應(yīng)在系統(tǒng)考慮建筑大空間建筑通風(fēng)、采光需要的基礎(chǔ)上，選取最優(yōu)化的設(shè)計(jì)窗墻比。同時(shí)應(yīng)減少地窗和凸窗的使用，并控制面積較大幕墻與轉(zhuǎn)角窗的設(shè)計(jì)使用量，最大限度地減少室內(nèi)冷熱負(fù)荷損失，優(yōu)化建筑節(jié)能效果。值得注意的是，在外立面材料選擇中，應(yīng)從材料質(zhì)地、外觀效果以及色彩等多個(gè)層面進(jìn)行選擇，如材料質(zhì)地線條選擇中的時(shí)候，要求所選擇的外立面材料整體平整，而在外立面材料色彩控制中，需保證材料顏色較淺，這樣能通過(guò)對(duì)太陽(yáng)輻射的反射達(dá)到減少能耗的目的。

3.4 屋面及圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)

要進(jìn)一步提升建筑外圍結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)效果，還應(yīng)注重屋面及外圍圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)。在建筑屋面節(jié)能設(shè)計(jì)中，應(yīng)重視屋面保溫層的規(guī)范設(shè)計(jì)，減少導(dǎo)熱系數(shù)較大保溫材料的使用，避免使用高密度材料，此外需控制屋面材料的吸水性，以此來(lái)提升屋面節(jié)能設(shè)計(jì)效果。目前，新型復(fù)合泡沫板在屋面保溫層的應(yīng)用較多，其能有效滿足建筑節(jié)能設(shè)計(jì)需要。在建筑使用過(guò)程中，外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)也會(huì)造成一定的能量損失，對(duì)此開(kāi)展建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)還需考慮外圍圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能效果。如在貼面磚材料設(shè)計(jì)應(yīng)用中，應(yīng)盡可能選擇具有較低吸收率以及導(dǎo)熱系數(shù)的材料，減少建筑熱量損失。同時(shí)在這些材料設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮材料整體的裝飾效果，以此創(chuàng)造良好的大空間建筑立體形象。

4 大空間建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)注意內(nèi)容

4.1 重視建筑生態(tài)位策劃

大空間建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)是基于綠色建筑和生態(tài)建筑發(fā)展起來(lái)的一種全新設(shè)計(jì)要求，其對(duì)于建筑功能應(yīng)用和生態(tài)效益保護(hù)具有積極作用。全新工程建設(shè)模式下，要進(jìn)一步提升大空間建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)質(zhì)量，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，還需注重建筑本身的生態(tài)位策劃。一方面，應(yīng)從建筑選址層面開(kāi)展大空間建筑的生態(tài)化設(shè)計(jì)，該環(huán)節(jié)中，除考慮城市總體功能布局外，應(yīng)系統(tǒng)考慮大空間建筑自身功能的可持續(xù)性，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)大空間建筑的規(guī)范選擇。另一方面，大空間建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)還需考慮建筑形式因素，從形式追求層面實(shí)現(xiàn)建筑的生態(tài)位策劃。

就建筑形式追求生態(tài)位策劃本身而言，設(shè)計(jì)人員不僅要考慮集約型有機(jī)建筑體的設(shè)計(jì)，而且需理性、高效地對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)在外部節(jié)能等功能設(shè)計(jì)中，需考慮開(kāi)放性生態(tài)截面與建筑構(gòu)造多功能的復(fù)合，以此來(lái)提升建筑形式生態(tài)位策劃的整體質(zhì)量。此外，在建筑外部節(jié)能設(shè)計(jì)與生態(tài)位策劃結(jié)合中，還應(yīng)注重其內(nèi)容結(jié)合形式的生態(tài)設(shè)計(jì)，在考慮空間功能高效的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)環(huán)境品質(zhì)健康和環(huán)境負(fù)荷減約的結(jié)合，提升建筑外部節(jié)能設(shè)計(jì)整體的生態(tài)效益，滿足建筑應(yīng)用需要。

4.2 系統(tǒng)考慮細(xì)部設(shè)計(jì)要素

目前，人們對(duì)于大空間建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)提出了較高要求，在積極開(kāi)展大空間建筑朝向、門(mén)窗、外立面、屋面及圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)的同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還需考慮以下因素。其一，在大空間建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)中，需考慮節(jié)能材料選擇及節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)兩者的有效協(xié)調(diào)。其二，外觀節(jié)能設(shè)計(jì)中，需系統(tǒng)考慮外觀節(jié)能材料應(yīng)用對(duì)建筑結(jié)構(gòu)功能的影響，避免高密度節(jié)能裝飾材料對(duì)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性造成影響。其三，在考慮建筑外觀節(jié)能效果的基礎(chǔ)上，還需要確保所選擇的節(jié)能材料具有良好的裝飾效果，提升建筑外觀形象的美觀性。其四，在建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)中，需系統(tǒng)考慮材料經(jīng)濟(jì)效果和生態(tài)環(huán)境控制效益，最終實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能效果、經(jīng)濟(jì)效益以及生態(tài)效益的有機(jī)統(tǒng)一。

4.3 強(qiáng)化節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的使用

建筑節(jié)能設(shè)計(jì)本身具有較強(qiáng)的專業(yè)性、綜合性以及復(fù)雜性，其設(shè)計(jì)內(nèi)容不僅需要考慮建筑節(jié)能功能的應(yīng)用情況，而且需考慮節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)環(huán)境的影響。此外，為保證節(jié)能設(shè)計(jì)的規(guī)范性，要求所有的節(jié)能設(shè)計(jì)內(nèi)容在國(guó)家節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的框架內(nèi)完成。就大空間建筑基外觀節(jié)能設(shè)計(jì)而言，同樣需要在這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的指導(dǎo)下系統(tǒng)化地進(jìn)行外觀各要素的節(jié)能設(shè)計(jì)。

在《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 134—2001）規(guī)范下，針對(duì)建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)，可使用規(guī)定性指標(biāo)法和性能化法兩種方式進(jìn)行設(shè)計(jì)效果評(píng)價(jià)。就規(guī)定性指標(biāo)法而言，其主要是在國(guó)標(biāo)規(guī)范的指導(dǎo)下，限制影響建筑能耗的一些參數(shù)，常見(jiàn)的限制參數(shù)不僅包含體形系數(shù)、窗墻比，而且涉及外墻傳熱系數(shù)等諸多內(nèi)容。這種設(shè)計(jì)方式具有典型性，即其所提出的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了大量的計(jì)算，能有效保證節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。性能化法需要引入?yún)⒄战ㄖ哪芎闹?，然后系統(tǒng)化地進(jìn)行對(duì)比。相對(duì)而言，前者在大空間建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)中的靈活性更強(qiáng)，設(shè)計(jì)效果更加突出，在這些規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，對(duì)大空間建筑外墻、屋面以及外窗等傳熱的細(xì)節(jié)部位進(jìn)行設(shè)計(jì)，明確劃分這些細(xì)節(jié)部位的自由度邊界，這樣能為大空間建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)提供有效約束，增強(qiáng)大空間建筑的功能應(yīng)用效果和生態(tài)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

外觀節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)于大空間建筑整體應(yīng)用效果具有深刻影響。設(shè)計(jì)工程師只有充分認(rèn)識(shí)到大空間建筑功能特征及建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)作用，結(jié)合工程項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)及具體應(yīng)用環(huán)境情況，規(guī)范化地進(jìn)行外觀多要素的節(jié)能設(shè)計(jì)，這樣才能有效提升大空間建筑外觀節(jié)能設(shè)計(jì)效果和建筑應(yīng)用效果，推動(dòng)建筑工程的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。