節(jié)能建筑設(shè)計(jì)原則及應(yīng)用措施

【摘要】節(jié)能建筑設(shè)計(jì)原則及應(yīng)用是當(dāng)今社會綠色建筑發(fā)展的重要方向。隨著全球能源短缺和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，人們對建筑的能源消耗和環(huán)境的影響日益關(guān)注。節(jié)能建筑設(shè)計(jì)旨在通過科技手段和節(jié)能設(shè)計(jì)理念，最大限度地減少能源消耗并降低對環(huán)境的不良影響。文中將介紹節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的原則，提出外立面、通風(fēng)與空調(diào)、照明與電氣設(shè)計(jì)優(yōu)化措施，希望能為相關(guān)內(nèi)容提供有益的參考。

【關(guān)鍵詞】節(jié)能建筑；建筑設(shè)計(jì)；節(jié)能措施

【中圖分類號】TU201.5 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）05-0028-03

0 引言

節(jié)能建筑設(shè)計(jì)是當(dāng)今建筑領(lǐng)域中普遍關(guān)注的話題，隨著全球能源緊缺和環(huán)境問題的日益凸顯，人們逐漸意識到建筑對能源消耗和環(huán)境影響的重要性。因此，節(jié)能建筑設(shè)計(jì)旨在最大程度地減少能源消耗，降低碳排放，提高室內(nèi)舒適度和室內(nèi)空氣質(zhì)量。

1 節(jié)能建筑的內(nèi)涵

節(jié)能建筑是指在建筑設(shè)計(jì)、建筑工藝、建筑材料選擇和建筑設(shè)備運(yùn)行過程中，采取一系列科學(xué)合理的措施，以實(shí)現(xiàn)對能源的高效利用，降低建筑能耗，減少對自然資源的消耗，提升建筑的環(huán)境適應(yīng)性和人居舒適性[1]。節(jié)能建筑在設(shè)計(jì)上注重合理利用自然資源，通過優(yōu)化建筑形態(tài)、布局和朝向，最大限度地利用自然采光和自然通風(fēng)，減少對人工照明和機(jī)械通風(fēng)的需求。在建筑外立面的設(shè)計(jì)中，采用隔熱材料和隔熱技術(shù)，降低建筑對空調(diào)和供熱設(shè)備的依賴程度，實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約和環(huán)境的保護(hù)。在建筑工藝上注重優(yōu)化施工過程，采用先進(jìn)的建筑工藝和技術(shù)，減少建筑材料的消耗，提高建筑施工的效率。例如，采用預(yù)制建筑、模塊化施工和BIM技術(shù)等，可降低建筑能耗和施工垃圾的產(chǎn)生，同時(shí)減少建筑工期和施工成本。節(jié)能建筑還注重建筑材料的選擇和應(yīng)用，選擇具有優(yōu)良保溫、隔熱性能的墻體材料和屋面材料，減少熱量傳遞和能量損失。同時(shí)，注重材料的環(huán)保性和可再生性，避免使用對環(huán)境造成負(fù)面影響的材料。此外，還可以采用新型材料和技術(shù)，例如光伏材料和太陽能熱水系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)對太陽能的有效利用。在建筑設(shè)備運(yùn)行過程中注重智能化管理和控制，通過采用智能化建筑管理系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測和調(diào)控建筑設(shè)備的運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)對能源的精細(xì)管理和優(yōu)化利用[2]。例如，通過合理調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、濕度和照明等參數(shù)，避免能源的浪費(fèi)和過度消耗。

2 建筑設(shè)計(jì)中節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的主要原則

2.1 節(jié)能環(huán)保原則

節(jié)能環(huán)保是現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中的核心原則之一。在節(jié)能建筑設(shè)計(jì)中，主要目標(biāo)是減少能源消耗，通過科學(xué)的建筑構(gòu)造和材料選擇，能夠有效降低建筑內(nèi)外的能源需求[3]。利用可再生能源技術(shù)，如太陽能熱水器和光伏發(fā)電系統(tǒng)，以最大限度地利用自然能源。此外，采用高效節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)、隔熱材料和玻璃等措施，可以減少能源浪費(fèi)，并降低碳排放。同時(shí)，通過采用節(jié)水器、收集雨水等措施，也能有效地節(jié)約和利用水資源。

2.2 地區(qū)差異原則

不同地區(qū)的氣候條件將直接影響建筑的熱量傳遞和通風(fēng)需求，因此必須針對當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣鬟M(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，在炎熱地區(qū)，采用遮陽和隔熱技術(shù)，以減少空調(diào)系統(tǒng)的使用，從而降低能源消耗。而在寒冷地區(qū)，可充分利用太陽能和地?zé)崮艿瓤稍偕茉矗黾咏ㄖ牟晒夂捅匦阅?，從而?shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。在區(qū)域差異原則中，還需充分考慮當(dāng)?shù)氐慕ㄖ牧虾图夹g(shù)的可獲得性。選擇當(dāng)?shù)乜色@得的建筑材料和技術(shù)，不僅可以降低建筑成本，還可以減少能源消耗。例如，利用本地的自然材料，如木材、石材和泥土等，不僅可以減少遠(yuǎn)距離運(yùn)輸所帶來的能源消耗，還可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)亟ㄖL(fēng)格和文化傳統(tǒng)的延續(xù)。不同地區(qū)的文化習(xí)俗和社會需求各不相同，因此建筑的功能和形式應(yīng)與當(dāng)?shù)匚幕嗥鹾?。例如，考慮到當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)俗及信仰，可在設(shè)計(jì)中融入傳統(tǒng)的符號和圖案，以符合當(dāng)?shù)鼐用竦膶徝佬枨?。合理?guī)劃建筑的布局和空間分配，以提高建筑的適應(yīng)性和舒適性。

2.3 建筑美學(xué)原則

節(jié)能建筑設(shè)計(jì)不僅要考慮實(shí)用性和功能性，還要注重美學(xué)原則。設(shè)計(jì)時(shí)通過科學(xué)的造型和細(xì)節(jié)處理，創(chuàng)造出美觀、和諧的建筑形象。例如，適當(dāng)運(yùn)用可持續(xù)材料，以及注重建筑的比例、色彩和光線等方面的設(shè)計(jì)，可以為建筑增添美感。同時(shí)，建筑與環(huán)境的協(xié)調(diào)也是建筑美學(xué)的重要內(nèi)容，通過合理利用周圍的自然環(huán)境，設(shè)計(jì)出與周圍環(huán)境融為一體的建筑，可以實(shí)現(xiàn)美學(xué)和環(huán)境的雙重效益。

2.4 全過程原則

全過程原則是指節(jié)能理念和目標(biāo)應(yīng)該從設(shè)計(jì)階段開始，貫穿到建筑的整個(gè)生命周期。在設(shè)計(jì)階段，要充分考慮建筑的綠色和可持續(xù)性，通過科學(xué)的能耗計(jì)算和仿真技術(shù)，評估建筑在不同設(shè)計(jì)方案下的能源消耗情況，選擇最優(yōu)方案。建筑的施工和運(yùn)營階段也需遵循節(jié)能原則。例如，在施工過程中選擇綠色建筑材料，合理利用資源，減少能源浪費(fèi)；在運(yùn)營階段，定期進(jìn)行能源管理和維護(hù)，確保建筑的高效運(yùn)行。全過程原則可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的可持續(xù)發(fā)展，最大程度地降低建筑對環(huán)境的影響。

3 節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的應(yīng)用措施

3.1 建筑外立面設(shè)計(jì)與施工

建筑外立面設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)是減少能源消耗，在選擇材料時(shí)，應(yīng)考慮其隔熱性能和保溫性能。熱工性能優(yōu)良的材料能有效抵御氣候變化對建筑的影響，常用的保溫材料包括巖棉、聚苯板和聚氨酯發(fā)泡膠等[4]，這些材料具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，能夠減少建筑內(nèi)外熱量的傳遞。另一個(gè)節(jié)能設(shè)計(jì)措施是增加窗戶面積，能夠更好地利用自然采光和日照。自然采光不僅可以減少照明能耗，還能提供更加舒適的室內(nèi)環(huán)境。但增加窗戶面積也會增加建筑的熱量損失，在選擇窗戶材料時(shí)，應(yīng)考慮采用具有優(yōu)良隔熱性能的節(jié)能玻璃，包括中空玻璃、夾層玻璃和低輻射玻璃等。這些玻璃類型可以有效降低能量的傳導(dǎo)熱損失，提高建筑的熱效益。在施工過程中，應(yīng)保證其良好的封閉性，避免空氣漏風(fēng)和熱量散失，注意防水、隔音和防火等方面的施工要求。采用現(xiàn)代建筑技術(shù)，如空氣密封和隔熱隔音技術(shù)，可有效改善建筑的舒適性和能源使用效率，如圖1所示。

3.2 通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

在節(jié)能建筑設(shè)計(jì)中，優(yōu)化通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以降低能源消耗并提高室內(nèi)舒適性。通風(fēng)是確保建筑內(nèi)部空氣質(zhì)量的重要手段之一，如辦公樓、住宅等密閉環(huán)境下，適當(dāng)?shù)耐L(fēng)設(shè)計(jì)可以有效消除室內(nèi)空氣污染物，如二氧化碳、揮發(fā)性有機(jī)化合物等。同時(shí)，可以有效降低室內(nèi)濕度、控制室內(nèi)溫度，提供一個(gè)舒適的室內(nèi)環(huán)境。在通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，合理設(shè)置通風(fēng)口的位置、尺寸和數(shù)量是關(guān)鍵因素。通風(fēng)口的位置應(yīng)當(dāng)考慮到氣流的流動方向和建筑內(nèi)部的空氣流通路徑，利用自然氣流進(jìn)行通風(fēng)。通風(fēng)設(shè)備的選型和布置也需根據(jù)建筑的特點(diǎn)和需求進(jìn)行合理選擇，空調(diào)系統(tǒng)是調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和濕度的關(guān)鍵設(shè)備，同時(shí)也是能源消耗的主要來源之一，可采用高效節(jié)能的空調(diào)設(shè)備來降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗。其中，變頻空調(diào)是一種常見的高效節(jié)能設(shè)備，可根據(jù)實(shí)際需求自動調(diào)節(jié)運(yùn)行頻率和功率，可以有效地減少能源浪費(fèi)，提高能源利用效率。地源熱泵是另一種高效節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)，它利用地下溫度較為穩(wěn)定的地?zé)崮茉催M(jìn)行熱交換，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空調(diào)和供暖的功能。通過采用這些高效節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)，可以顯著降低空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗，從而減少建筑的總能耗。

3.3 照明與電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

照明與電氣系統(tǒng)在節(jié)能建筑設(shè)計(jì)中具有重要意義，其設(shè)計(jì)優(yōu)化可以有效降低能源消耗。選擇高效能的照明設(shè)備和合理布局照明系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)能耗的降低。例如，LED燈具有更高的能效和更長的使用壽命，因此成為廣泛應(yīng)用的照明設(shè)備。此外，合理布局照明系統(tǒng)也是降低能耗的關(guān)鍵。充分利用自然光，如正確設(shè)置建筑的窗戶、采光井和天窗等，可以最大限度地減少人工照明的使用，不僅能夠節(jié)約能源，還能改善室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。另外，電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化也是節(jié)能建筑中需要考慮的重要方面，通過優(yōu)化控制和配電方式，可以降低電氣系統(tǒng)的能耗。智能控制系統(tǒng)可以根據(jù)具體需求自動調(diào)節(jié)照明的亮度和時(shí)長，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。此外，合理的配電方式也是優(yōu)化電氣系統(tǒng)的重要一環(huán)，可以減少系統(tǒng)的能耗損失。

3.4 可再生能源的應(yīng)用

常見的可再生能源應(yīng)用包括太陽能、風(fēng)能和地?zé)崮艿?。太陽能光伏系統(tǒng)可以將太陽能輻射轉(zhuǎn)化為電能，為建筑提供可持續(xù)、穩(wěn)定的再生電力，如圖2所示。光伏系統(tǒng)由太陽能電池板組成，將太陽輻射直接轉(zhuǎn)化為電能，通過逆變器將電能轉(zhuǎn)化為交流電。還可與電網(wǎng)連接，將多余的電能供給電網(wǎng)使用，還能在需要時(shí)從電網(wǎng)獲取電力。在光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，需考慮朝向、傾角和陰影等因素，以最大限度地提高能量收集效率。風(fēng)能的利用也是重要的可再生能源應(yīng)用方向之一，利用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，為建筑提供電力。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)力渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)組成，風(fēng)力渦輪機(jī)將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。地?zé)崮苁侵傅厍騼?nèi)部蘊(yùn)藏的熱能，地源熱泵系統(tǒng)是通過使用地下恒定溫度的地?zé)崮?，將地?zé)崮苻D(zhuǎn)化為建筑所需的供暖和供冷技術(shù)。地源熱泵系統(tǒng)通過地下埋設(shè)的地源換熱器，收集地下蘊(yùn)藏的熱能，并通過壓縮機(jī)等設(shè)備將熱能提供給建筑。地?zé)崮艿膽?yīng)用不僅能提高建筑的能效，還能減少傳統(tǒng)能源的使用量。

3.5 節(jié)能建材的選擇與應(yīng)用

選用良好的保溫性能和隔熱性能的建材，能夠有效降低建筑能耗。常見的節(jié)能建材包括保溫板材、高效隔熱玻璃、節(jié)能保溫門窗等。保溫板材具備優(yōu)異的保溫特性，可減少室內(nèi)外熱量的傳輸。該材料通常具有閉孔結(jié)構(gòu)，能夠有效阻止氣體和熱量的流動。保溫板材的應(yīng)用范圍廣泛，可用于墻體、屋面、地面和地下室等建筑部位，其良好的保溫性能使得室內(nèi)溫度能夠更加穩(wěn)定，減少對空調(diào)和暖氣的需求，從而進(jìn)一步降低能耗。傳統(tǒng)的普通玻璃的熱傳導(dǎo)系數(shù)較高，容易導(dǎo)致室內(nèi)外熱量的交換。而高效隔熱玻璃則具有較低的熱傳導(dǎo)系數(shù)和較高的熱反射率，能夠有效隔離室內(nèi)外的熱量交換，這種玻璃通常采用多層玻璃或者在玻璃中注入氣體填充，以增加其隔熱性能。高效隔熱玻璃的應(yīng)用能夠有效降低建筑的空調(diào)能耗，提高室內(nèi)舒適度。傳統(tǒng)門窗存在較大的熱量傳導(dǎo)和氣體滲漏問題，導(dǎo)致室內(nèi)外的熱量交換較為明顯。而節(jié)能保溫門窗采用保溫材料和高效隔熱玻璃等材料制成，能夠有效隔離室內(nèi)外熱量的傳輸。此外，合理設(shè)計(jì)和施工門窗的密封性能也能夠進(jìn)一步提高其節(jié)能效果。選擇節(jié)能保溫門窗能夠減少建筑的能量損失，提高建筑的隔熱效果。

4 結(jié)語

總之，在我國建筑行業(yè)發(fā)展中，各單位應(yīng)認(rèn)識到建筑節(jié)能設(shè)計(jì)工作的重要性，并且依照工程項(xiàng)目的基本特點(diǎn)，結(jié)合節(jié)能設(shè)計(jì)需求，完善設(shè)計(jì)、施工方案，實(shí)現(xiàn)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。一般情況下，節(jié)能設(shè)計(jì)通過對外墻、屋頂、地面、照明等內(nèi)容的節(jié)能設(shè)計(jì)，滿足建筑節(jié)能規(guī)范要求。同時(shí)，綜合建筑體型、功能、材料等因素，達(dá)到建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的質(zhì)量要求，從而延長建筑生命周期，為整個(gè)行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展提供條件。

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[作者簡介]果日山（1988—），男，廣西來賓人，大學(xué)本科，工程師，研究方向：建筑設(shè)計(jì)。