建筑節(jié)能措施在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

張偉

（侯馬市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理局，山西 臨汾 041000）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人們生活水平不斷提升，對生活質(zhì)量的要求也越來越高。住宅建筑是人們生活中必不可少的部分，其設(shè)計應(yīng)當(dāng)緊跟社會的發(fā)展，不斷進(jìn)行完善和優(yōu)化。低碳環(huán)保、綠色建筑、節(jié)能環(huán)保等諸多概念在住宅建筑設(shè)計中經(jīng)常被提到，目前幾乎所有房屋在初始設(shè)計階段就融入綠色節(jié)能理念，既可以有效提高居民生活質(zhì)量，還可以促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。但目前設(shè)計的節(jié)能建筑仍然存在諸多問題，如節(jié)能設(shè)計理念落后、缺乏配套節(jié)能產(chǎn)品和外墻保溫技術(shù)落后等。

1 節(jié)能建筑設(shè)計的意義

首先，城市在建設(shè)與發(fā)展過程中，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)水平的提升過程，與之相伴隨的是消耗的資源、能源也相應(yīng)增加，不利于生態(tài)環(huán)境健康、持久發(fā)展。既往有調(diào)查表明，當(dāng)下國內(nèi)多數(shù)建筑均沒有達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求，以致其使用過程中不僅要為此付出昂貴的經(jīng)濟(jì)費用，也要面對巨大的環(huán)境代價，生態(tài)危機(jī)、環(huán)境污染逐漸暴露出來，鑒于以上情況，相關(guān)部門迫切需要開展建筑節(jié)能設(shè)計工作，這是建設(shè)節(jié)約環(huán)保型社會的基礎(chǔ)條件。其次，越來越多的新材料、技術(shù)工藝等被用于建筑行業(yè)，明顯提升了建筑工程的施工效率與質(zhì)量，因為引進(jìn)了很多優(yōu)秀人才、先進(jìn)設(shè)備等，勢必會增加工程建設(shè)成本，通過采用節(jié)能設(shè)計辦法，使用建筑物使用更多的可再生資源，如天陽能、風(fēng)能等，節(jié)省水、電燈資源，實現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境的有效保護(hù)，更好地滿足社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)中對資源提出的要求，引領(lǐng)建筑行業(yè)開辟更廣闊的發(fā)展前景[1]。最后，通過應(yīng)用節(jié)能、環(huán)保型材料有助于改善人們的住房環(huán)境，減輕空調(diào)等設(shè)備給人體健康帶來的傷害，使人們主觀上獲得更好的體驗。

2 建筑節(jié)能設(shè)計的原則

2.1 和諧相處

現(xiàn)代建筑要想實現(xiàn)綠色化、生態(tài)化，設(shè)計人員在進(jìn)行建筑設(shè)計時就要遵循和諧相處的生態(tài)原則，運用有限的生態(tài)資源，結(jié)合經(jīng)濟(jì)增長和自然發(fā)展的規(guī)律，遵循綠色和諧原則，科學(xué)設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)，使人與自然和諧相處。

2.2 節(jié)約能源

工作人員在建筑開發(fā)建設(shè)中要充分運用各種有限資源，確保經(jīng)濟(jì)節(jié)約，減少施工過程中出現(xiàn)的消耗與浪費，使建筑企業(yè)減少資金投入，從而取得建筑工程最大效益。在設(shè)計和施工前，應(yīng)勘察施工場地周圍情況，盡可能就地取材；挑選優(yōu)質(zhì)供貨廠家，選擇合適的運輸路徑，保證施工進(jìn)度，最大限度地減少施工對環(huán)境造成的破壞與污染。

2.3 舒適

建筑設(shè)計的本意是給人們創(chuàng)造舒適的居住環(huán)境，使人們在和諧愉快的環(huán)境中生活，保持心情愉悅。建筑設(shè)計與施工要站在居住者的角度，設(shè)計施工人員可以充分運用環(huán)保技術(shù)，從科學(xué)的角度設(shè)計供暖、采光、通風(fēng)等，使建筑房屋符合居民的居住需求，讓居住者獲得舒適的居住體驗[2]。此外，在材料方面，需要挑選低碳環(huán)保的材料，優(yōu)先選擇綠色節(jié)能材料。

3 住宅建筑節(jié)能設(shè)計的不足

3.1 缺乏配套節(jié)能產(chǎn)品

我國住宅建筑節(jié)能環(huán)保設(shè)計理念的推廣處于初期，還未形成以節(jié)能產(chǎn)品為主導(dǎo)的市場，建筑材料市場秩序有待提高，一些建筑材料還不符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，市場監(jiān)管部門監(jiān)督管理工作不到位等，都在一定程序上影響了節(jié)能產(chǎn)品的市場規(guī)模、銷售能力及未來發(fā)展。建筑企業(yè)在工程施工過程中，缺乏環(huán)保意識，一味追求成本，工程監(jiān)管部門沒有及時指出施工中的不足，也沒有及時改正工程中存在的問題，導(dǎo)致住宅在完工之后因不符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，成為違規(guī)建筑被有關(guān)檢查部門拆除，使得住宅建設(shè)所投入的大量人力、物力及財力被白白浪費，阻礙我國建筑行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。

3.2 節(jié)能設(shè)計尚不到位

大部分工程設(shè)計師會依照國家標(biāo)準(zhǔn)要求部署建筑，但在實際工作中，很多工作人員主觀上并不支持節(jié)能設(shè)計理念，缺乏科學(xué)的設(shè)計經(jīng)驗，外加監(jiān)督、管理工作沒有全面落實，造成很多施工方沿用傳統(tǒng)方法開展建筑設(shè)計工作，節(jié)能理念未能落實到實際。比如在設(shè)計建筑工程的采暖系統(tǒng)時，通常會基于節(jié)能理念、相關(guān)公式等測算出耗熱量，但因不同樓層采暖設(shè)備安裝類型、數(shù)目不統(tǒng)一，以致在投入使用時并沒有創(chuàng)造出良好的節(jié)能效益。

4 節(jié)能設(shè)計技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

4.1 選擇綠色節(jié)能材料

隨著城市建設(shè)發(fā)展步伐的不斷加快，預(yù)示著要對城市布局重新規(guī)劃，需要更新大量建筑，在此過程中，可能會產(chǎn)生規(guī)模龐大的廢棄建材。要想展現(xiàn)出建筑工程的綠色環(huán)保特點，需要合理使用廢棄建材，通過各種方式對其科學(xué)處理，形成無污染的新型材料。例如，再生混凝土空心磚塊，其是把廢棄混凝土作為主要材料，加入適量的硅酸鹽水泥等材料形成，展現(xiàn)出質(zhì)量輕、抗震性能強、節(jié)能環(huán)保等特點，實現(xiàn)對廢棄建材的循環(huán)利用，強化建筑功能，滿足國家提出的綠色建筑要求。并且，在建筑裝飾設(shè)計上，按照節(jié)能環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，選擇綠色性材料。當(dāng)前，市場中流通各種環(huán)保型材料：①合成石，其經(jīng)濟(jì)實用，節(jié)能環(huán)保，能夠減少工程裂縫問題的出現(xiàn)，具有較強的抗火性。②聚乙烯材料，其有著良好的隔音、保溫、防潮性能，可以循環(huán)使用，綠色環(huán)保性強，設(shè)計人員可以結(jié)合業(yè)主要求選擇對應(yīng)的材料，真正做到經(jīng)濟(jì)與環(huán)保的和諧發(fā)展[3]。當(dāng)前，建筑行業(yè)中引進(jìn)了諸多科技化材料，給綠色建筑發(fā)展提供了更廣闊的空間。在實際中，新的建筑材料已經(jīng)取代傳統(tǒng)能源，滿足綠色環(huán)保要求，給建筑行業(yè)發(fā)展提供動力。

4.2 保溫屋面的節(jié)能設(shè)計

在常規(guī)屋面設(shè)計的基礎(chǔ)上融入節(jié)能技術(shù)，提高屋面的節(jié)能水平。屋面保溫材料選用方面，宜優(yōu)先選擇導(dǎo)熱系數(shù)低、吸水率低、保溫性能良好的節(jié)能型材料，除此之外屋面設(shè)計時還考慮到如下5 點。

（1）依據(jù)方案要求精心挑選材料，從導(dǎo)熱性、吸水性、耐久性多個方面做對比分析，選擇綜合性能突出的材料；評估材料供應(yīng)商的資質(zhì)，選擇最可靠的供應(yīng)商，建立合作關(guān)系，從源頭上保證材料的質(zhì)量；材料進(jìn)場時安排檢驗，進(jìn)場后存儲至干燥通風(fēng)的區(qū)域；施工工序必須遵循方案要求，遇特殊環(huán)境時適當(dāng)調(diào)整，通過許可后實行。

（2）宜在晴天安排施工，保溫層施工前先清理基層，涂抹隔氣層。為應(yīng)對降雨天氣，密切關(guān)注天氣預(yù)報信息，提前做好準(zhǔn)備，避免材料受到降雨的影響。

（3）優(yōu)先挑選和保溫層厚度相差較小的材料，以滿足保溫、屋面外觀多方面的要求，同時合適規(guī)格的材料還可防止熱橋現(xiàn)象。

（4）板塊型保溫層的粘貼材料必須均勻，以上下交疊的方法進(jìn)行鋪設(shè)，用保溫砂漿填充鋪設(shè)過程中產(chǎn)生的縫隙，提高整體質(zhì)量。

（5）在保證保溫層結(jié)構(gòu)主體質(zhì)量的同時采取防水措施，為保溫層配置排氣裝置，排出水蒸氣，以防結(jié)構(gòu)由于水蒸氣的持續(xù)作用而鼓裂，并且注重對出氣孔的防水[4]。

4.3 建筑照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計

建筑工程中的燈光系統(tǒng)可劃分為室內(nèi)和戶外兩大部分。室內(nèi)照明一般是指居住和休息所使用的燈具，而戶外燈光則是指公共空間的燈光。根據(jù)兩種不同的照明方式，采用了不同的節(jié)能和環(huán)境保護(hù)措施。例如，在設(shè)計戶外燈光時，可以充分利用自然光的優(yōu)點。利用自然光來設(shè)計室內(nèi)的燈光。太陽能發(fā)電系統(tǒng)的科學(xué)運用，可以將太陽能板安裝在街燈上，在白天吸收陽光。夜間即可達(dá)到戶外照明。在室內(nèi)燈光方面，可以根據(jù)不同房間的燈光要求，選用最適合的燈具。比如，應(yīng)科學(xué)區(qū)分光線的強弱，對于臥室休息區(qū)域來說，可以應(yīng)用亮度較弱的燈具，在書房中采用亮度較強的燈具。在室外環(huán)境中，可以對燈具的高度和燈罩大小進(jìn)行合理調(diào)整，從而實現(xiàn)對光照區(qū)域的有效控制，光照區(qū)以小區(qū)路面范圍為主，防止人們受到光的反射影響，避免對視覺造成不良影響。

4.4 綠色建筑朝向設(shè)計

建筑朝向設(shè)計問題與光線、風(fēng)向問題有著密切關(guān)系。設(shè)計人員在設(shè)計過程中，需要充分考慮建筑物的光線情況，并利用風(fēng)向條件實現(xiàn)科學(xué)通風(fēng)。如果朝向的設(shè)計不符合建筑要求，就很容易影響建筑的舒適度。因此，只有對建筑物的間距、組合關(guān)系等進(jìn)行科學(xué)計算，才能提升建筑的節(jié)能效果，增強建筑的自然通風(fēng)效果。設(shè)計人員在設(shè)計建筑朝向時，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂蛞蛩睾腿照諘r間進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)計，能有效節(jié)約能源。同時由于傳統(tǒng)思想的影響，中國的房屋建筑大多數(shù)采用南北朝向的格局?？紤]光照、通風(fēng)等建筑朝向設(shè)計中的關(guān)鍵因素，可在房屋的東西兩面墻體上設(shè)置大小適合的窗戶[5]。另外對于房屋內(nèi)部格局的設(shè)計問題，需要將房屋按照相應(yīng)的功能劃分為不同的格局，方便日后暖通設(shè)備和空調(diào)等系統(tǒng)的安裝。設(shè)計人員可基于外表面積小，房屋內(nèi)部的冷負(fù)荷就相應(yīng)變小的原理，實現(xiàn)能源使用率的降低，確保建筑的冷暖優(yōu)勢都能充分體現(xiàn)出來。

4.5 墻體節(jié)能設(shè)計

為了滿足住宅建筑設(shè)計節(jié)能需求，建筑工程施工時應(yīng)使用新型節(jié)能材料。墻體是住宅建筑的主要外圍結(jié)構(gòu)，所用原材料的保溫特性直接影響住宅建筑的耗熱量。當(dāng)前，我國的不少新建住宅建筑墻體都是采用現(xiàn)澆混凝土進(jìn)行建造的，保溫特性較差，達(dá)不到住宅建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。同時為追求成本，采用內(nèi)保溫做法，雖能滿足規(guī)范要求，但實際效果不佳。目前部分住宅建筑多應(yīng)用具有一定厚度的擠塑聚苯板、多功能保溫砂漿等節(jié)能材料構(gòu)建建筑物保溫系統(tǒng)，使外墻結(jié)構(gòu)滿足住宅建筑物要求。但各自都存在一些缺陷，可以考慮以下3 種思路：①外墻保溫新材料+工藝革新，提高材料相容性、耐久性、耐火性以解決外保溫的脫落風(fēng)險、防火要求。②外墻內(nèi)保溫新技術(shù)，提高材料保溫效果以解決熱橋部位易出現(xiàn)冷凝、結(jié)露，進(jìn)而造成室內(nèi)墻面發(fā)霉、開裂的現(xiàn)象。③發(fā)展復(fù)合保溫墻體，施工工藝簡單、內(nèi)外墻面可保護(hù)保溫層，避免脫粘空鼓，滿足愈發(fā)嚴(yán)格節(jié)能要求，同時符合裝配式建筑需求。為了更好達(dá)到住宅建筑節(jié)能環(huán)保的目的，工程施工時采用加氣磚和復(fù)合墻體技術(shù)，從節(jié)能的角度出發(fā)更為合理，特別是符合墻體施工技術(shù)，可現(xiàn)澆節(jié)約人工；可保溫，節(jié)約能耗。最大程度地降低外圍結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，更加符合未來住宅的節(jié)能要求[6]。

4.6 幕墻

在建筑當(dāng)中幕墻能耗占據(jù)總體的40%左右，所以在進(jìn)行節(jié)能設(shè)計的過程中需要對幕墻這部分的設(shè)計工作引起足夠的重視。在設(shè)計前需要對附近的自然環(huán)境進(jìn)行充分了解，包括氣候狀況、風(fēng)壓溫度以及光線強度等等，結(jié)合建筑朝向和高度來明確設(shè)計方案。與此同時，在設(shè)計方案中需要考慮到幕墻節(jié)能所受到的各方面因素的影響，例如通風(fēng)、采光、隔熱和熱交換等等。那么具體來看，在進(jìn)行幕墻節(jié)能設(shè)計時應(yīng)該遵循以下原則：首先，要遵循科學(xué)性原則，在設(shè)計幕墻時需要對各方面因素所帶來的影響進(jìn)行綜合考慮，結(jié)合工程要求來做好幕墻選型及選材，并要明確窗墻面積比。其次，要遵循經(jīng)濟(jì)性原則，圍護(hù)結(jié)構(gòu)當(dāng)中幕墻僅僅是其中的一個組成部分，那么在設(shè)計時則應(yīng)該做到全盤考慮，平衡好節(jié)能與經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系，這樣才能夠真正體現(xiàn)出節(jié)能的價值。最后，要遵循統(tǒng)一性原則，幕墻設(shè)計人員需要和其他工程設(shè)計人員做好協(xié)商工作，包括室內(nèi)采光和空調(diào)采暖等方面內(nèi)容，盡量做到各個方面的統(tǒng)一，從而將幕墻節(jié)能效果更好的體現(xiàn)出來。

5 建筑節(jié)能措施在建筑設(shè)計中的未來應(yīng)用

（1）建筑設(shè)計師要根據(jù)小區(qū)或建筑的用途，根據(jù)業(yè)主或用戶的某些需求，明確節(jié)能和熱舒適目標(biāo)。這里的需求包括總體節(jié)能目標(biāo)和一些具體目標(biāo)，如自然通風(fēng)、室內(nèi)溫度、濕度和太陽輻射。一般來說，節(jié)能目標(biāo)比國家法規(guī)中的要求更為嚴(yán)格。

（2）根據(jù)上述目標(biāo)表現(xiàn)，建筑設(shè)計師選擇合適的建筑造型、建筑朝向、被動式節(jié)能方式和建筑材料，然后根據(jù)不同的關(guān)鍵參數(shù)提供一些建筑設(shè)計方案。

（3）利用仿真軟件對這些建筑設(shè)計方案進(jìn)行節(jié)能評價。如果結(jié)果不能滿足性能要求，則流程重復(fù)第二步以調(diào)整相關(guān)參數(shù)，或在循環(huán)一段時間后返回第一步以調(diào)整目標(biāo)性能。如果結(jié)果能夠滿足性能要求，則由設(shè)計者提供基本設(shè)計方案并進(jìn)入下一步。

（4）對于基于不同參數(shù)的每個設(shè)計方案，應(yīng)遍歷相應(yīng)的參數(shù)，以獲得建筑能效和舒適度的最佳值。然后，將這些以最佳值為中心的參數(shù)進(jìn)行組合[7]。在每個參數(shù)的范圍內(nèi)，應(yīng)不斷調(diào)整組合，以達(dá)到最佳的總體設(shè)計效果，以此提高計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，促進(jìn)建筑節(jié)能設(shè)計的進(jìn)一步發(fā)展。

6 結(jié)語

在建筑減碳的背景下，應(yīng)加強建筑環(huán)保設(shè)計水平，針對建筑行業(yè)各個環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的碳排放及高能耗問題，注重以碳中和為目標(biāo)，在建材升級、建造設(shè)計、施工實施、運營管理等環(huán)節(jié)采用綠色環(huán)保技術(shù)手段，使建筑進(jìn)入可持續(xù)發(fā)展循環(huán)。