淺析建筑設(shè)計(jì)中的節(jié)能設(shè)計(jì) (1)

1、CONSTRUCTION城市建設(shè)2010年總第64期淺析建筑設(shè)計(jì)中的節(jié)能設(shè)計(jì)劉曉慶摘要：推進(jìn)建筑節(jié)能是一項(xiàng)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要工作，有利用提高人民生活質(zhì)量和改善建筑條件。本文對(duì)建筑設(shè)計(jì)中建筑節(jié)能的重要性、節(jié)能設(shè)計(jì)途徑及應(yīng)用進(jìn)行了闡述，以供同行參考。關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能設(shè)計(jì)；重要性；途徑1建筑設(shè)計(jì)中建筑節(jié)能的基本概念及重要性1.1什么是建筑節(jié)能建筑節(jié)能在近年來(lái)普遍稱作“提高建筑中的能源利用效率”也就是說(shuō)并不是消極意

2、義上的節(jié)能而是從積極意義上提高利用效率。即在建筑中合理使用和有效利用能源不斷提高能源利用效率。建筑節(jié)能應(yīng)包括采暖、空調(diào)、熱水供應(yīng)、炊事、照明、家用電器等方面的能耗。即屬于民生能耗一般占全國(guó)總能耗的30%～40%左右。由于建筑用能關(guān)系到國(guó)計(jì)民生量大面廣因此節(jié)約建筑用能是建筑設(shè)計(jì)中的重中之重。1.2建筑節(jié)能的重要性1.2.1建筑節(jié)能是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的需要經(jīng)濟(jì)的發(fā)展依賴于能源的發(fā)展需要能源提供動(dòng)力。1990～1995年第8個(gè)五年計(jì)劃期間我國(guó)生產(chǎn)

3、總值平均每年增長(zhǎng)12%而一次商品能源平均每年增長(zhǎng)才有316%。這種能源生產(chǎn)的增長(zhǎng)速度滯后于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的增長(zhǎng)速度將嚴(yán)重影響我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此能源短缺對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是一個(gè)根本性的制約因素。我們要發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)就非依賴于節(jié)能不可。近年來(lái)高耗能建筑不斷大量興建采暖、空調(diào)、熱水供應(yīng)、炊事、照明、家用電器等方面的建筑用能繼續(xù)急劇增長(zhǎng)勢(shì)必會(huì)限制國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此為了國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快捷、健康的發(fā)展就必須搞好建筑節(jié)能。1.2.2建筑節(jié)能是改善廣大人

4、民的建筑熱環(huán)境的需要隨著現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展和人民生活水平的提高舒適的建筑熱環(huán)境越來(lái)越成為人們生活的需要。我國(guó)氣候冬冷夏熱的問(wèn)題是相當(dāng)突出的。冬天需要采暖夏天想要空調(diào)而采暖和制冷都需要能源其中對(duì)優(yōu)質(zhì)能源的需求量增長(zhǎng)更快。而我國(guó)的能源供應(yīng)特別是優(yōu)質(zhì)能源如電力、燃?xì)獾墓?yīng)目前還很緊張也就是說(shuō)從總體上看只有大力開發(fā)能源并在注意節(jié)能的條件下改善人民的建筑熱環(huán)境這種改善才有可能。1.2.3建筑節(jié)能是貫徹國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重大部署在我國(guó)人均可采能源儲(chǔ)

5、量不豐建筑用能巨大大氣污染嚴(yán)重居民又對(duì)改善冬寒夏熱的環(huán)境要求迫切因此把建筑節(jié)能工作真正落實(shí)到設(shè)計(jì)中去這是至關(guān)重要的?，F(xiàn)在國(guó)家已十分明確地把實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略作為頭等大事要求我們付諸行動(dòng)結(jié)合我們建筑設(shè)計(jì)的情況就必須抓緊建筑節(jié)能堅(jiān)決遏制建筑用能浪費(fèi)嚴(yán)重把建筑節(jié)能工作切實(shí)做好。2建筑設(shè)計(jì)中建筑節(jié)能的基本途徑2.1房屋各部位的絕熱（1）屋頂?shù)慕^熱:一般采用屋頂外側(cè)絕熱方式。為了防止“烘烤”現(xiàn)象可以設(shè)法通風(fēng)換氣。同時(shí)還應(yīng)正確選用絕熱材料。（2）墻

6、壁的絕熱:一般宜采用墻壁外側(cè)絕熱方式。外側(cè)的絕熱層要有相當(dāng)大的傳熱熱阻。同時(shí)應(yīng)處理好防止內(nèi)部結(jié)露的問(wèn)題。（3）地面的絕熱:地面與普通地板相比冬季的熱損失較少這從節(jié)能的角度來(lái)看是有利的但考慮到南方又濕又熱的氣候因素對(duì)地面進(jìn)行全面絕熱還是必要的。一般可采用內(nèi)側(cè)絕熱的方式但是為了防止土中濕氣侵入室內(nèi)可加設(shè)防潮層。（4）門窗的絕熱:窗的結(jié)構(gòu)形式常采用以下3種方法:①利用雙層窗玻璃在寒冷地區(qū)可以設(shè)置三層窗。②利用能反射紅外線的玻璃或利用貼有能反射

7、紅外線的合成樹脂薄膜的玻璃。③利用上述二者的復(fù)合形式。同時(shí)應(yīng)合理選擇窗內(nèi)材料在既需采暖又需制冷的地區(qū)原則上宜選用以吸熱玻璃、熱反射玻璃為原料制成的中空玻璃。同時(shí)也應(yīng)指出在我國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)條件下應(yīng)努力發(fā)展和推廣在普通玻璃上貼隔熱膜的做法以代替節(jié)能玻璃的使用。在密封材料上，應(yīng)改變目前在同一密封部位僅采用單一材料進(jìn)行密封的做法應(yīng)采用在性能上互為補(bǔ)充的多種密封材料在同一部位進(jìn)行密封則接縫具有更好的綜合性能。并應(yīng)逐步推廣采用三級(jí)密封方式。2.2采暖

8、的節(jié)能途徑在建筑設(shè)計(jì)中主要從以下5個(gè)方面來(lái)考慮：（1）在建筑設(shè)計(jì)中充分利用各種可能條件促進(jìn)輻射熱進(jìn)入室內(nèi)。（2）在建筑設(shè)計(jì)中從表面的輻射、開口部位的輻射和部位內(nèi)的輻射諸方面的條件來(lái)抑制輻射熱的損失。（3）在建筑設(shè)計(jì)中可以分別從減小溫度差、導(dǎo)熱面積、導(dǎo)熱系數(shù)或增加材料厚度(材質(zhì)相同時(shí))諸方面來(lái)抑制導(dǎo)熱損失。（4）在建筑設(shè)計(jì)中可以分別從風(fēng)勢(shì)、開口部位和縫隙以及冷風(fēng)的性狀諸方面來(lái)抑制對(duì)流熱損失。（5）在建筑設(shè)計(jì)中通過(guò)建筑造型和材料的選擇達(dá)到蓄

9、熱效果的充分利用。2.3制冷的節(jié)能途徑設(shè)計(jì)時(shí)制冷的節(jié)能途徑主要從以下6個(gè)方面來(lái)考慮：（1）設(shè)計(jì)時(shí)考慮障礙物的存在、太陽(yáng)照射的方向性、開口部位的處理以及反射和再輻射諸因素來(lái)抑制輻射熱進(jìn)入室內(nèi)。（2）設(shè)計(jì)時(shí)要采取必要措施防止地面產(chǎn)生反射和二次輻射以達(dá)到抑制導(dǎo)熱傳熱進(jìn)入室內(nèi)。（3）采取措施抑制對(duì)流熱進(jìn)入室內(nèi)。（4）可將采暖時(shí)抑制熱從室內(nèi)散失的方法完全顛倒過(guò)程使用從而促進(jìn)輻射熱從室內(nèi)散失。（5）可以利用采暖時(shí)抑制導(dǎo)熱散失完全相反的方法來(lái)促進(jìn)導(dǎo)熱

10、散熱。（6）利用自然通風(fēng)、在建筑物最高處設(shè)置排氣孔以及人造風(fēng)等措施促進(jìn)對(duì)流散熱。2.4照明的節(jié)能照明節(jié)能的要點(diǎn)在于不使用照明設(shè)備或者使用很少的能耗得到需要的照度及其均勻的照度分布狀態(tài)總之要求得到合理的采光和照明。其節(jié)能途徑有如下幾種：（1）設(shè)計(jì)時(shí)提高所有建筑部位(包括開口部位在內(nèi))及室內(nèi)的所有物體的光反射系數(shù)可以有效地控制光的損失。也可以把所有擴(kuò)散性的反射面都作成白色而使照度均勻分布。（2）設(shè)計(jì)時(shí)注意建筑部位的朝向以便能夠接受到日照充分

11、利用太陽(yáng)照射和天空光。在途中有反射時(shí)要考慮到反射面的面積和反射系數(shù)以及反射方向等條件。另外利用天窗、照亮室內(nèi)頂棚、擴(kuò)散照在窗上的陽(yáng)光、利用上層的光亮也是照明節(jié)能的途徑。（3）采用高效率光源提高照明設(shè)備的效率。根據(jù)不同亮度的要求可以采用整體照明和局部照明結(jié)合的方法。建筑設(shè)計(jì)284CONSTRUCTION城市建設(shè)2010年總第64期3住宅建筑中節(jié)能設(shè)計(jì)的應(yīng)用3.1建筑平面設(shè)計(jì)中的節(jié)能設(shè)計(jì)建筑平面設(shè)計(jì)包括形狀、建筑長(zhǎng)度、寬度、幢深與平面布局等

12、方面的設(shè)計(jì)。3.1.1建筑平面形狀中節(jié)能的設(shè)計(jì)建筑設(shè)計(jì)時(shí)從節(jié)能的角度考慮原則上應(yīng)使圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總面積越小越好。這是因?yàn)?在相同的建筑體積V下由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總面積不同熱耗相差很大。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意使圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積A與建筑體積V之比為最小。3.1.2建筑長(zhǎng)度中節(jié)能的設(shè)計(jì)住宅建筑的長(zhǎng)度與建筑熱耗間有一定的比例關(guān)系。根據(jù)有關(guān)資料表明:增加住宅建筑的長(zhǎng)度可以節(jié)能。長(zhǎng)度小于100m能量增加較大。例如從100m減少至50m能耗增加8%～10%從100m減少至

13、25m對(duì)于5層住宅能耗增加25%9層住宅能耗增加17%～21%。3.1.3建筑寬度中節(jié)能的設(shè)計(jì)根據(jù)有關(guān)資料表明:增加建筑寬度可以節(jié)能。對(duì)于9層住宅建筑寬度由11m增加到14m能耗可減少6%～7%若增大到15～16m能耗可減少12%～14%。3.1.4建筑幢深中節(jié)能的設(shè)計(jì)建筑幢深即建筑物沿縱向軸線方向的總尺寸。對(duì)于單幢建筑物來(lái)說(shuō)當(dāng)其層數(shù)相同而幢深不同時(shí)隨幢深的加大建筑的傳熱耗熱指標(biāo)明顯降低。有資料表明:建筑面積為1000m2幢深由9m加大

14、到12m時(shí)其單位面積耗熱(Wm2)由41.2Wm2降低到36.85Wm2這表明加大幢深具有顯著的節(jié)能效果。3.1.5建筑平面布局中節(jié)能設(shè)計(jì)建筑平面布局不僅對(duì)建筑的合理使用及提高室內(nèi)熱舒適度有著決定性的影響對(duì)于建筑節(jié)能亦有很大作用。主要從以下兩方面考慮:①熱環(huán)境的合理分區(qū):由于人們對(duì)不同房間的使用要求及在其中的活動(dòng)狀況各不相同因而人們對(duì)不同房間室內(nèi)熱環(huán)境的需求也各異。在設(shè)計(jì)中可根據(jù)不同熱環(huán)境的需求而合理分區(qū)即將熱環(huán)境質(zhì)量要求相近的房間相對(duì)

15、集中布置這樣做既有利于對(duì)不同區(qū)域分別控制又可將對(duì)熱環(huán)境質(zhì)量要求較高(或較低)的房間集中設(shè)置于平面中溫度相對(duì)較高(或較低)的區(qū)域從而取得最大限度利用日輻射保持室內(nèi)具有較高溫度同時(shí)減少供熱能耗的效果。②溫度阻尼區(qū)的設(shè)置:為了保證主要使用房間(或熱環(huán)境質(zhì)量要求較高的分區(qū))的室內(nèi)熱環(huán)境可在該熱環(huán)境區(qū)與溫度很低的室外空間之間結(jié)合使用情況設(shè)置各式各樣的溫度阻尼區(qū)這些阻尼區(qū)就象是一道“熱閘”不但可使房間外墻的傳熱損失減少40%～50%而且大大減少了房

16、間的冷風(fēng)滲透從而減少了建筑的滲透熱損失。設(shè)于南向的溫度阻尼區(qū)可當(dāng)作附加日光間來(lái)使用是冬季減少耗熱的一個(gè)有效措施。3.2建筑體型設(shè)計(jì)中節(jié)能設(shè)計(jì)從節(jié)能的角度講合理的設(shè)計(jì)應(yīng)基于以下原理即應(yīng)使南墻面吸收的輻射熱量為最大且盡可能地大于其向外散失的熱量以將這部分熱量用于補(bǔ)償建筑的凈負(fù)荷。基于這一思想在考慮建筑體型對(duì)節(jié)能的影響時(shí)主要應(yīng)對(duì)下述一些因素有所把握。（1）控制體型系數(shù):體型系數(shù)系指建筑物與室外大氣接觸的外表面積(不計(jì)地面)與其所包圍的建筑體積

17、之比。體型系數(shù)越大說(shuō)明單位建筑空間所分擔(dān)的熱散失面積越大能耗就越多。有研究資料表明體型系數(shù)每增大0.01耗熱量指標(biāo)約增加2.5%。一般宜控制在0.30以下。（2）控制表面面積系數(shù):從獲取更多的日照輻射降低能耗的觀點(diǎn)來(lái)看表面面積系數(shù)越小越好。從節(jié)能意義上來(lái)說(shuō)長(zhǎng)軸朝向東西的長(zhǎng)方形體型最好正方形次之而長(zhǎng)軸朝向南北方向的長(zhǎng)方形體型的建筑節(jié)能效果最差。（3）考慮日輻射得熱量選擇適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)寬比:對(duì)正南朝向來(lái)說(shuō)一般是長(zhǎng)寬比愈大得熱也愈多。但須注意隨著朝

18、向的變化其得熱量會(huì)逐漸減少。當(dāng)偏角達(dá)到67時(shí)各種長(zhǎng)寬比體型建筑的得熱基本趨于一致。而當(dāng)偏角為90時(shí)則長(zhǎng)寬比越大得熱越少。（4）最低耗能體型的選擇:所謂最低耗能體型是指建筑的各方面尺寸與其有效傳熱系數(shù)相對(duì)應(yīng)的最佳節(jié)能體型。一般來(lái)講當(dāng)各面的平均有效傳熱系數(shù)不同時(shí)傳熱系數(shù)相對(duì)較小的面具有相應(yīng)較大面積的體型是最佳體型而當(dāng)各面的平均傳熱系數(shù)相同時(shí)體型系數(shù)最小的體型是最佳體型。3.3建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)中節(jié)能設(shè)計(jì)（1）建筑朝向與節(jié)能的關(guān)系:建筑物的朝向?qū)τ?/p>

19、建筑節(jié)能有很大的影響。例如同是長(zhǎng)方形建筑物當(dāng)其為南北向時(shí)耗熱較少。而且在面積相同的情況下主朝向的面積越大這種傾向越明顯。（2）建筑間距與節(jié)能的關(guān)系:從節(jié)能角度考慮要求建筑物南墻面的太陽(yáng)輻射面積在整個(gè)采暖季中不要因被其他建筑遮擋(即處于其他建筑的陰影區(qū)內(nèi))而減少。為此就需要研究建筑物各瞬時(shí)的陰影長(zhǎng)度。瞬時(shí)陰影長(zhǎng)度是隨時(shí)間而變的它主要取決于建筑間距。（3）建筑密度與節(jié)能的關(guān)系:在城市用地十分緊張的形勢(shì)下嚴(yán)格按節(jié)能要求決定較大建筑間距從而建造

20、低密的城市建筑群是很不現(xiàn)實(shí)的。為此必須研究建筑節(jié)能與合理的提高建筑密度問(wèn)題。從保證節(jié)能效益的前提來(lái)提高建筑密度。其最直接、最有效的方法莫過(guò)于適當(dāng)縮短南墻面的日照時(shí)間。除縮短南墻日照時(shí)間外在建筑的單體設(shè)計(jì)中還可以采用退層處理、降低層高等方法也可有效縮小建筑間距對(duì)于提高建筑密度具有重要意義。3.4建筑設(shè)計(jì)中窗的節(jié)能設(shè)計(jì)（1）窗墻比、玻璃層數(shù)及朝向?qū)?jié)能的影響:有資料表明:南向窗戶的窗墻比增加時(shí)單層窗節(jié)能率下降而雙層鋼窗卻上升這說(shuō)明南向雙層窗

21、的輻射得熱量大于窗的熱耗而使南向窗成為得熱構(gòu)件。東向和北向的單層窗節(jié)能率隨窗墻比增加而下降而雙層窗也隨窗墻比的增加而略有增加。同時(shí)還應(yīng)注意窗戶成為得熱或耗熱構(gòu)件還與建筑所在地區(qū)氣可使室內(nèi)的日輻射得熱量大于窗的熱耗損失量而成為得熱構(gòu)件而在長(zhǎng)春既使采用雙層窗也依然是耗熱構(gòu)件。（2）附加物對(duì)窗節(jié)能效果的影響:保溫窗簾和保溫板對(duì)減少夜間窗的熱耗起著重要的作用。住宅的陽(yáng)臺(tái)在冬季對(duì)窗接受太陽(yáng)輻射有一定的遮擋遮擋的程度取決于陽(yáng)臺(tái)的挑出長(zhǎng)度和朝向。南向

22、陽(yáng)臺(tái)挑出長(zhǎng)度大于0.5m之后節(jié)能率是下降的而東向陽(yáng)臺(tái)的挑出長(zhǎng)度則對(duì)節(jié)能率影響不大。（3）不同氣候區(qū)窗的設(shè)計(jì):進(jìn)行窗的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)地區(qū)的不同選擇層數(shù)不同的窗戶構(gòu)件使其在本地區(qū)盡可能成為得熱構(gòu)件。在窗墻比的選擇上應(yīng)區(qū)別不同的朝向。對(duì)南向窗戶在選擇合適層數(shù)及采取有效措施減少熱耗的前提下可適當(dāng)增加窗戶面積充分利用太陽(yáng)輻射熱而對(duì)其他朝向的窗戶應(yīng)在滿足居室采光環(huán)境質(zhì)量要求的條件下適當(dāng)減少開窗面積以降低熱耗。（4）改進(jìn)窗戶熱工性能的措施:有以下幾方面：

23、①加強(qiáng)窗戶的氣密性:除了采用氣密條提高外窗氣密水平外還應(yīng)提高窗用型材的規(guī)格尺寸、準(zhǔn)確度、尺寸穩(wěn)定性和組裝的精確度以增加開啟縫隙部位的搭接量減少開啟縫的寬度達(dá)到減少空氣滲透的目的。②改善鑲嵌部分的保溫能力:其主要方法是設(shè)法增加其空間層數(shù)和提高鑲嵌材料對(duì)紅外線的反射能力以改善其保溫性能。③加強(qiáng)窗框部分的保溫措施:其主要方法是對(duì)窗框進(jìn)行斷熱處理用高效保溫材料鑲嵌于金屬窗框之間加大窗框的熱阻或利用空腹鋼窗內(nèi)的空氣間層達(dá)到增加窗框熱阻的目的。同時(shí)