建筑節能設計論文

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1規劃與節能設計

在以往的規劃設計中，設計人考慮的往往是容積率、日照間距、空間形態、以及建筑與周邊環境協調等問題，而很少從節能的角度來指導設計，節能設計只有在單體方案設計階段才有所重視，從而產生了許多單體設計難以解決的問題。所以，提倡建筑節能首先應該重視規劃節能。規劃節能是指在規劃設計當中充分考慮建筑與外部環境的關系，以節能作為指導規劃設計的主要原則，充分利用自然資源，實現從總體上為建筑節能創造先決條件的設計方法。其中，規劃節能對于居住建筑尤為重要。

影響居住區氣候環境及建筑舒適性的最主要的兩個因素是太陽輻射和空氣流動（即風流）。因此，通過降低太陽輻射、增強建筑的自然通風效果是規劃節能的主要方向。由此，建筑朝向、建筑間距以及建筑的相互組合關系將是規劃節能設計的重點。首先，建筑的主要朝向應迎合當地夏季的主導風向（我國大部分地區以南北向或接近南北向布局為宜），利于自然通風，提高居住的舒適度。同時，南北朝向的建筑物在夏季所受到的太陽輻射也相對東西朝向建筑要少很多，可以節省夏季空調的用量；而在冬季時，建筑受到太陽輻射的情況剛好與夏季相反，從而節約了建筑保溫所需的能耗。第二，居住建筑的間距應在滿足當地規劃部門的日照間距要求上適當加大。增加建筑物的間距有利于居住區內的空氣流動——風量增大、風速提高，從而使建筑物與空氣的熱交換增加，有效降低建筑物的溫度，從而降低建筑能耗。這需要規劃師在節約土地與合理的建筑間距之間找到最佳的平衡點，優化節能設計。第三，居住建筑群的組合應充分考慮整體的節能效果，以有利于居住區內的自然通風。具體應注意以下幾點：①居住區規劃應確?！帮L道”的暢通，建筑群的入風口和出風口應結合主導風合理設置，使空氣流通。②按照夏季盛行風向作為建筑的主要朝向，排列建筑物應遵循南小北大、南低北高的原則（見圖1），確保居住區內建筑對自然風的共享性，同時也使北面高大的建筑成為人工的風障，這樣的建筑群體在夏季能迎合南風、引導空氣穿越，冬季又能阻擋寒冷北風的侵襲，較好地適應氣候的變化[1]。③減少采用封閉式建筑組合，平面組合成“U”型的居住建筑組團，開口應盡可能朝向夏季主導風向，保證“U”型內部建筑的空氣流通。④在規劃階段充分利用計算機進行三維模型的日照模擬運算，在滿足采光、日照、防火等要求下，利用建筑物的自遮擋和建筑群間的相互遮擋，減少太陽輻射對居住建筑的影響。

2建筑單體的通風與節能設計

建筑市場中，住宅開發商為了達到土地最大利用率的目的，往往要求建筑師按容積率的最高值進行設計，甚至超值設計，這樣導致許多新建住宅多為一梯六戶、一梯八戶，甚至一梯十戶以上都有。這種住宅單體平面在實際使用中通風將十分不利，特別是在夏季，室內積聚的熱量難以散失，必須采用人工通風或空調降溫，大大增加了建筑使用的能耗。而且目前的許多住宅設計，建筑立面窗戶的設計主要是從立面造型方面考慮——采光面積大，可開啟窗戶面積小，這樣的設計不但對隔熱不好，對通風就更加不利。這都是因為忽視建筑單體的通風設計所造成的。所以，一定要做好建筑單體的通風設計，而且要從平面和剖面兩方面考慮。

平面的通風設計應注重以下幾個問題：第一，平面設計盡可能按有利于空氣的貫穿進行考慮。建筑的進深應有效控制，避免建筑體型過于臃腫。房間的門窗位置應合理安排，窗戶的朝向應有利于形成穿堂風，從而增加房間內的空氣流動，利于室內換氣。第二，從通風的角度來講，窗戶可通風面積的大小是決定室內風速的關鍵，但前提是必須要保證進風口和出風口的同時存在，才能由于正負風壓的作用而形成空氣的流動。研究表明，空氣流動的平均速度取決于較小尺寸的開口。因此，單方面增大進風口或出風口面積，并不能對室內氣流平均速度有太大影響，而為了增強室內穿堂風的效果，必須同時增大進風口和出風口。這樣也有利于室內保持較為穩定的風速和均勻的流場，提高人體舒適度。第三，窗戶的開啟形式對通風面積和氣流的流場均產生較大的影響。如推拉窗與平開窗比較（相同窗戶面積），平開窗的最大通風面積是推拉窗的兩倍，通風效果明顯優勝。上懸窗與平開窗對比，兩者的最大通風面積相同，但由于兩窗的窗葉開啟形式不同，所引導空氣產生不同的流場，造成的通風效果也明顯不同。因此，從通風的角度考慮，對于有利于建筑通風的窗戶應盡可能采用提高通風面積的形式，窗戶開啟的角度和位置要慎重考慮，科學設計，將室內空氣主流場控制在房間剖面的主要使用高度。第四，當建筑內部不具備形成穿堂風的情況下，有必要通過導風板的設計盡可能增加形成空氣流通的條件。如一個房間只能單側墻開窗時，可考慮在此墻上相距一定距離開設兩個窗戶，兩窗之間設置垂直擋風板（見圖2）。當主導風在水平方向上與該擋風板夾角較大時（60o～90o），在擋板的兩側就會形成明顯正負風壓區，氣流就會從第一個迎風窗進入而從另一窗戶流出，實現單側開窗的通風[2]。因此，此做法較為適合在房間朝向與當地主導風向夾角較大時采用。

除了平面設計時應對通風重點考慮之外，建筑剖面的通風設計其實也十分重要，一般應注意以下兩點：其一，進出風口的高低決定了室內空氣流動的方向，對人體的舒適度影響較大。因此，一般應結合房間的實際使用功能設計剖面的通風高度。如辦公室，通風高度應設在人坐姿的頭部位置；住宅內的通風高度控制可按不同功能要求確定，起居室、書房、餐廳應以坐姿為參考，廚房應以站姿為參考，臥室可以臥姿為參考。窗臺的高度應按實際通風要求進行相應調整，才能獲得較為理想的通風效果。其二，運用文丘里管原理，在建筑物剖面的上部設置出風口，使平面面積較大的建筑物也有良好的通風效果。具體做法可在大進深的建筑物中部設置若干貫通的垂直空間，此空間應高于建筑物屋面，并設置相應數量的出風口，由于太陽輻射的加熱作用使該空間形成煙囪效應，促進氣流上升，實現熱壓通風散熱，這就是所謂的“太陽能煙囪”。建筑內部設置了“太陽能煙囪”，可實現無風狀態的自然通風，室內溫度得到了有效的降低，換氣次數得到了明顯的增加[3]，在節能方面有很好的成效（見圖3）。該技術已被日本的文教建筑廣泛采用，在我國積極倡導節能的大形勢下，很值得我們借鑒。

3建筑外遮陽的運用與節能設計

隨著節能技術的推廣，業界對建筑外遮陽也越來越重視。建筑外遮陽能有效地阻隔部分太陽光直接照射到建筑物的外圍結構，特別是防止太陽輻射穿過窗戶直接進入室內，從而有效降低室內溫度，達到節能的最終目標。在實際設計中，設計師經常會為了達到造型效果而刻意增加立面上的裝飾構板，這些構件由于并非從遮陽方面考慮，所以形式作用大于實際功能。這并不符合設計的經濟原則和節能原則。所以筆者認為，建筑立面設計應與建筑外遮陽設計相結合，并注意三方面的問題：一是要明確各種外遮陽的適用性。建筑外遮陽的設置與太陽的位置、建筑物的朝向都有著密切的關系。在窗戶遮陽方面，實踐證明：水平遮陽能遮擋高度角較大、從上方入射的太陽光，適用于南向的窗戶；垂直遮陽能遮擋高度角較小、從側面斜入射的太陽光，適用于東北向、西北向和正北向的窗戶；綜合遮陽（或稱柵格遮陽）則綜合了水平與垂直遮陽的優點，適用于東南向、西南向和正南向的窗戶。此外，擋板式遮陽、簾式遮陽、百葉遮陽等方式對于窗戶遮陽都有非常好的效果，但對建筑采光則有一定的影響。而對于建筑墻體和屋面的遮陽，目前較為有效的方法是通過柵格遮陽和綠化遮陽。隨著社會經濟水平的不斷提高，建筑遮陽技術已越來越趨向智能化、自動化、高效化。二是要從構件的設計上合理處理好遮陽與隔熱的問題。傳統的實體構件——水平、垂直和綜合遮陽與墻體相連，其吸收的熱量會直接傳遞給外墻，而且容易構成半開放式空間，遮陽構件受太陽輻射后溫度上升，其一部分熱量通過表面傳熱由空氣帶走并向上傳遞，但由于其它遮陽構件的阻擋，反而容易產生積聚現象，在風的作用下通過窗戶導入建筑室內，從而不利于隔熱（見圖4）。解決的方法是——在水平遮陽構件的選擇上采用通透性的構件，如金屬百葉、混凝土柵格板等，使上升的熱空氣能有效地散失，減少對室內的影響。目前較為先進的雙層玻璃幕墻系統中，為了利于熱空氣的上升，其兩層玻璃幕墻間的空氣夾層往往是一個可連續的整體，即垂直方向上的間隔均為通透的金屬構件，確保熱空氣能上升并帶走熱量。因此，在遮陽構件的選擇上要細致研究，不斷更新設計。三是要合理設置遮陽板，避免影響室內空氣的流動速度。因為遮陽板的存在會對建筑物周圍的風壓產生影響，當其角度與風向不一致時，風速將會大大降低。實踐證明，由于設置了遮陽板，室內風速會減弱22％～47％。而且，遮陽的設置方式也會對氣流產生不同的影響。如實體水平遮陽板直接連接在窗頂，氣流進入室內后會上升，不利于房間中下部的通風。若在實體板與墻體間增加空隙，或在遮陽板上部的墻體流出通風口，又或將遮陽板設在高于窗頂一段距離的位置，都能使得氣流的方向得到有效的調節，使房間中部和下部均得到良好的通風，提高室內環境的舒適性。而對于垂直遮陽來說，由于風向是經常變化的，所以固定的垂直遮陽板應順應所在地夏季的主導風來設置相應的角度，而更好的方法是采用可調節的垂直遮陽板，使建筑最大限度地適應氣候的變化。目前較為先進的智能建筑，其外遮陽構件都是根據太陽輻射、風向等氣候因素變化由電腦控制自動調節，具有相當高的氣候適應能力。

4熱橋問題與節能設計

建筑圍護結構對建筑保溫起到決定性的作用，但其中的熱橋問題往往是人們所最容易忽略的。當代建筑由于追求造型的變化，立面上的凹凸進退增多，突出墻體、屋面的構件也越來越多，外飄窗得到了廣泛的使用，這些設計手法豐富了建筑造型，卻無形中增加了熱橋的產生，對建筑節能帶來不利的影響。產生熱橋的原因主要有兩個：一是因為該部位的傳熱系數比相鄰部位的傳熱系數大得多，熱阻小，保溫性能較差；二是因為該部位的受熱面積遠小于其散熱面積，從而失熱過多，內表面溫度較低。圍護結構中鋼筋混凝土梁、柱、板的相互交接處，外墻與外墻、內墻、以及窗戶的連接處，保溫門窗中的金屬門框，以及突出屋面的女兒墻、排氣孔與屋面交接部位等，都是圍護結構中熱橋形成的主要部位[4]。在寒冷的季節，室內的熱能就會通過熱橋大量地流失。不妥善處理好這個問題，對于建筑節能會造成很大的影響。因此，在需要考慮冬季保溫的地區，必須要做好外墻、屋面以及門窗的保溫，構件自身的物理性能應滿足節能標準的要求。在防止熱橋產生的構造處理方法上，墻體的外保溫比內保溫更為有效，可避免室內外溫差加大，保持較為穩定的室溫和舒適度，防止保溫層受潮，避免熱橋的產生。實踐證明，在采暖期采用相同厚度保溫材料的外保溫要比內保溫減少約1/5的熱損失，而在夏季，墻體的外保溫做法還能減少太陽輻射熱和室外熱空氣與外墻的表面換熱，隔熱效果也優于內保溫做法[5]。對于建筑中使用較多的鋁合金門窗，解決熱橋的方法是改采用新型的斷熱橋型鋁合金門窗或鋁塑復合門窗，且應同時配置三玻中空玻璃或Low-E中空玻璃，這樣就能保證門窗達到節能65％的要求[6]。其它的如屋面、外墻角、挑出構件與主墻體的連接位等熱橋部位，應嚴格按照國家規范要求加強建筑局部的保溫措施，防止熱散失。從總體上講，防止熱橋的產生就要平衡建筑圍護結構的傳熱，控制各組成部分的傳熱系數相接近，保證各部位的傳熱均勻。這就需要建筑師熟悉各種建筑材料的物理性能，在設計時對用材要仔細研究，合理配置，從根本上減少熱橋的產生，最終達到節能的目的。

5結語

當然，建筑節能是一個復雜的系統工程，涉及方方面面的問題。上文所提及的四方面問題只是其中的一部分，它們往往不被重視甚至被忽視，這會造成許多的設計漏洞，使建筑物能耗增加。所以，筆者專門把它們選出來進行探討，正是為了拋磚引玉，希望同行們能多加指正，集思廣益，共同探討建筑節能設計的新方法，在今后的設計中多研究、多嘗試、多積累、多總結，在有限的條件下將建筑功能與藝術和技術更好地結合，使建筑設計的各個方面都能體現節能的原則，努力創造低成本、高效率的節能建筑。

參考文獻：

[1]呂愛民.應變建筑——大陸性氣候的生態策略[M].上海：同濟大學出版社，2003.121－126.

[2]劉念雄，秦佑國.建筑熱環境[M].北京：清華大學出版社，2005.172－176.

[3]株式會社建筑畫報社編，韓蘭靈等譯.日本綠色校園建筑[M].大連：大連理工大學出版社，2005.72－77.

[4]沈致和.住宅節能原理與設計[M].合肥：安徽科學技術出版社，2006.65－70.

[5]李德英.建筑技能技術[M].北京：機械工業出版社，2006.55－60.

[6]崔希駿，廖建峰.節能65％后建筑外窗的配置建議[J].建筑節能.2006，45.167－173.

摘要：我國正大力倡導可持續發展的發展原則，節能型建筑已成為今后城市建設的發展方向。但從建筑節能設計的實際情況分析，仍存在一些容易被忽視的問題有待進一步深化認識。它們涉及到建筑規劃、建筑通風、建筑外遮陽和建筑熱橋四個方面，本文就此進行探討，以加深共識、完善設計。

關鍵詞：建筑節能；規劃節能；單體通風；外遮陽；熱橋