当代建筑节能设计浅谈
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摘要: 建筑设计是建筑节能中一个很重要的环节, 有利于从源头上杜绝能源的浪
费。本文从建筑的整体及外部环境、单体设计、围护结构及细部构造设计对建筑节
能设计进行了分析。
关键词:建筑节能;建筑设计
1前 言
面对全球能源环境问题，不少全新的设计理念应运而生，如低能耗建筑、零能建筑和绿色建筑等，它们本质上都要求建筑师从整体综合设计概念出发，坚持与能源分析专家、环境专家、设备师和结构师紧密配合。在建筑规划和设计时，根据大范围的气候条件影响，针对建筑自身所处的具体环境气候特征，重视利用自然环境(如外界气流、雨水、湖泊和绿化、地形等)创造良好的建筑室内微气候，以尽量减少对建筑设备的依赖。随着城市建设的高速发展, 我国的建筑能耗逐年大幅度上升,建筑行业全面节能势在必行, 而建筑设计是其中一个很重要的环节。
2 建筑节能设计
2.1整体及外部环境的节能设计
建筑整体及外部环境设计是在分析建筑周围气候环境条件的基础上, 通过选址、规划、外部环境和体型朝向等设计, 使建筑获得一个良好的外部微气候环境, 达到节能的目的。
2.1.1合理选址
建筑选址主要是根据当地的气候、土质、水质、地形及周围环境条件等因素的综合状况来确定。建筑设计中,既要使建筑在其整个生命周期中保持适宜的微气候环境,为建筑节能创造条件, 同时又要不破坏整体生态环境的平衡。
2.1.2合理的外部环境设计
在建筑选址确定之后, 应研究其微气候特征。根据建筑功能的需求,通过合理的外部环境设计来改善既有的微气候环境, 创造建筑节能的有利环境, 主要方法为: ①在建筑周围布置树木、植被, 既能有效地遮挡风沙、净化空气, 还能遮阳、降噪; ②创造人工自然环境, 如在建筑附近设置水面, 利用水来平衡环境温度、降风沙及收集雨水等作用。
2.1.3合理的规划和体型设计
合理的建筑规划和体型设计能有效地适应恶劣的微气候环境。它包括对建筑整体体量、建筑体型及建筑形体组合、建筑日照及朝向等方面的确定。沿海湿热地区, 引入自然通风对节能非常重要, 在规划布局上, 可以通过建筑的向阳面和背阴面形成不同的气压, 即使在无风时也能形成通风, 在建筑体型设计上形成风洞, 使自然风在其中回旋, 得到极好的通风效果, 达到节能的目的。
日照及朝向选择的原则是冬季能获得足够的日照并避开主导风向, 夏季能利用自然通风并防止太阳辐射。然而建筑的朝向、方位以及建筑总平面的设计应考虑多方面的因素, 建筑受到社会历史文化、地形、城市规划、道路、环境等条件的制约, 要想使建筑物的朝向均满足夏季防热和冬季保温是困难的, 因此, 只能权衡各个因素之间的得失, 找到一个平衡点, 选择出这一地区建筑的最佳朝向和较好朝向, 尽量避免东西向日晒。
2.2单体的节能设计
单体的节能设计, 主要是通过对建筑各部分的节能构造设计、建筑内部空间的合理分隔设计, 以及一些新型建筑节能材料和设备的设计与选择等, 来更好地利用既有的建筑外部气候环境条件, 以达到节能和改善室内微气候环境的效果。
2.2.1建筑各部位的节能构造设计
建筑各部位的节能构造设计, 主要是在满足其作为建筑的基本组成部分的要求之外, 通过对各部位(屋顶、楼板、墙体、门窗等)的造型、结构、材料等方面加以进一步设计, 充分利用建筑外部气候环境条件, 达到节能和改善室内微气候环境的效果。
1) 屋顶的节能设计。屋顶是建筑物与室外大气接触的一个重要部分, 主要节能措施为: ①采用坡屋顶; ②加强屋面保温; ③根据需要, 设置保温隔热屋面(架空隔热屋面、蓄水屋面、种植屋面等) 。如：（柏林国会大厦）主要依靠自然采光而且具有顶光，通过透明的穹顶和倒锥体的反射将水平光反射到下面的议会大厅，议会大厅两侧的内天井也可以补充自然光线，基本上可以保证议会大厅内的照明，从而减少了平时的人工照明。穹顶内还设有一个随日照方向自动调整方位的遮光板，遮光板的作用是防止热辐射和避免眩光。沿着导轨缓缓移动的遮光板和倒锤形反射体都有着极强的雕塑感，日落之后，穹顶的作用正好与白天相反，室内灯光向外放射，玻璃穹顶成了发光体。在这个建筑中，对‘风’的处理显得很熟练，他将基本的空气动力学原理应用于高度复杂的建筑中，并将通风系统融入到建筑造型艺术中――作为整个国会大厦视觉精华的玻璃穹顶恰恰是通风系统的排风口。
2) 楼板层的节能设计。主要是利用其结构中空空间,以及对楼板吊顶造型加以设计。如将循环水管布置在其中,夏季可以利用冷水循环降低室内温度, 冬季利用热水循环取暖。采暖、制冷和照明是建筑能耗的主要部分，降低这部分能耗将对节能起着重要的作用，在这方面一些成功的技术措施很有借鉴价值，如英国建筑研究院(英文缩写：BRE)的节能办公楼便是一例。办公楼在建筑围护方面采用了先进的节能控制系统，建筑内部采用通透式夹层，以便于自然通风;通过建筑物背面的格子窗进风，建筑物正面顶部墙上的格子窗排风，形成贯穿建筑物的自然通风。办公楼使用的是高效能冷热锅炉和常规锅炉，两种锅炉由计算机系统控制交替使用。通过埋置于地板内的采暖和制冷管道系统调节室温。该建筑还采用了地板下输入冷水通过散热器制冷的技术，通过在车库下面的深井用水泵从地下抽取冷水进入散热器，再由建筑物旁的另一回水井回灌。
3) 建筑门窗的节能设计。据统计资料, 在我国既有的高耗能建筑有40%的耗能是通过门窗散失的。因此, 解决好门窗节能的问题相当重要。门窗的节能设计应主要考虑:①控制建筑不同朝向的窗墙面积比; ②设置遮阳措施, 我国节能标准中规定, 夏热冬暖地区、夏热冬冷地区以及寒冷地区中制冷负荷大的建筑的外窗(包括透明幕墙)宜设置外部遮阳; ③根据需要合理地组织门窗的通风换气, 尽量采用自然通风; ④严寒、寒冷地区建筑的外门宜设门斗或采取其它减少冷风渗透的措施, 其它地区建筑外门也应采取保温隔热节能措施; ⑤选择高性能的建筑门窗和幕墙技术, 建筑门窗和建筑幕墙要改变消极保温隔热的单一节能观念, 把节能和合理利用太阳能、地下热(水)能、风能结合起来, 积极选择节能和用能(利用太阳能、冷能、风能、地热能)相结合的门窗及幕墙产品。
2.2.2合理的建筑空间设计
合理的空间设计是在充分满足建筑使用功能要求的前提下, 对建筑空间进行合理分隔(平面分隔和竖向分隔) ,以改善室内保温、通风、采光等微气候条件, 达到节能目的。如在北方寒冷地区的住宅设计中, 就经常将使用频率较少的房间如厨房、餐厅、次卧室等房间布置在北侧, 形成对北侧寒冷空气的“温度阻尼区”, 从而达到节能及保证使用频率较多房间的舒适度的目的; 在印度柯里亚的管式住宅及干城章嘉公寓楼的设计中, 就通过空间的竖向分隔,起到了极佳的通风降温效果。
2.2.3选用建筑节能材料
合理选用建筑节能材料也是全面建筑节能的一个重要方面。建筑材料的选择应遵循健康、高效、经济、节能的原则。一方面, 随着科技的发展, 大量的新型高效材料不断被研制并应用到建筑设计中去, 更好地起到节能效果。如新型保温材料、防水材料在墙体屋顶中的应用, 达到了更好的保温防潮效果; 新型透光隔热玻璃在门窗中的应用,起到了更好的透光隔热效果; 采用可调节的铝材遮阳板,达到遮阳的目的。另一方面, 要结合当地的实际情况, 发掘出一些地方节能材料, 更好地应用到建筑节能中去。
3结束语
全面的建筑节能是一项系统工程, 必须由政府主导,由国家立法,对建筑节能做出全面的、明确的政策规定；必须由相关部门按照国家的节能政策, 制定全面的建筑节能标准; 必须由设计、施工、各级监督管理部门、开发商、运行管理部门、用户等各个环节, 按照国家的节能政策和节能标准的规定, 全面地、严格地采取节能措施, 使每一位公民真正树立起全面的建筑节能观, 将建筑节能真正落到实处。全面的建筑节能有利于从根本上促进能源资源节约和合理利用, 缓解我国能源资源供应与经济社会发展的矛盾;有利于加快发展循环经济, 实现经济社会的可持续发展。
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