建筑设计中的节能措施探讨

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　　【摘要】能源是社会发展的重要物质基础,是实现现代化和人民生活的先决条件。我国能源的供求平衡一直很紧张,解决能源问题的根本途径是开源节流。建筑节能本身就是一项系统工程，它涉及到建筑、采暖等各个方面。合理的建筑设计会带来十分可观的节能效果。本文主要探讨从建筑设计方面分析建筑节能设计措施：主要在于控制好建筑物的体型系数; 选择合理的朝向、间距;提高窗户的保温性能;广泛采用高效保温的节能材料;加强围护结构的保温设计以及设置好“温度阻尼区”。
　　【关键词】建筑设计；节能；体型系数；保温
　　
　　现代生活和生产对能量的巨大需求与能源相对短缺之间日益尖锐的矛盾促进了世界范围内节能技术与措施不断发展完善。“节约能源，提高能源利用率”已经成为建筑行业在谋求提高劳动生产率的同时所追求的另一个目标， 目前,我国建筑耗能是发达国家3倍。随着人们生活水平的提高,建筑能耗会不断攀升,到本世纪中叶,我国建筑用能将占总能耗的30%～35%。今后15 年将是我国民用建筑的鼎盛时期,预计到2015 年,我国民用建筑的保有量将有一半是在2000 年以后新建的。而建筑节能本身就是一项系统工程，它涉及到建筑、采暖等各个方面。合理的建筑设计会带来十分可观的节能效果。建筑设计中的节能措施体现在以下几个方面：
　　1 控制建筑物的体型系数
　　从传热原理可知,平壁在稳定传热状态下,其总热量为:
　　Q=q•T•F
　　式中Q-总传热量(W•h);q-平壁单位面积、单位时间的传热量(W/m2);T -传热时数(h);F-围护结构的总面积(m2)。
　　体型系数是目前常用的体型控制指标，即建筑物同室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值。一幢建筑在温差一定时,总传热量的多少与建筑围护结构总面积成正比, 建筑物外表面积越大，散热面就越大，其耗热量随体型系数的增长而增加。因此,在建筑设计中,应优化平面形式和建筑体型,减少外围护结构的总面积。由于体型系数是影响建筑节能的关键技术参数, 《民用建筑节能设计标准》(JGJ 26)规定节能建筑体型系数宜控制在0.3 以下因此，严格控制体型系数对节能建筑很重要。
　　1.1 体型系数与建筑单元联列情况有关。以住宅楼为例，每增加一个联列单元，建筑物就减少一面山墙，其外墙面积就缩小，体型系数也就相应减少，因此对节能建筑设计而言，适当多的住宅单元联列，对体型系数控制是有利的。
　　1.2 适当增加建筑物层数，可降低体型系数。建筑物层数增加的过程中，外围面积的递增比不上所包围的体积的增加，即体积略大于面积的增率，高层建筑的体型系数普遍偏低，一般在0.10-0.15之间就是这个原因。因此，在功能使用许可、经济允许的条件下，适当增加建筑物的层数对控制体型系数是有利的。
　　1.3 当单元平面(标准层)面积相同时，提高建筑物进深(面宽减少)，体型系数会相应减少，即相对直角而言，正方形的体型系数为最小。因此在功能许可、技术条件允许时，建筑平面接近正方形对建筑节能是有利的。
　　1.4 选择合适的平面形状。为满足可比要求，我们假设各平面的四周表面积相同(不包括顶部和底部)，并使高度一致，列出5种形状进行分析评价:三角形、正方形、1:2长方形、正六边形和圆形，分析详见表一。从表一的体型系数可以看出:圆形最小，三角形最大。以体型系数来评价其对节能的意义顺序为:圆-多边形-正方形-长方形-三角形。因此，圆和多边形对节能有利，三角形对节能不利。
　　1.5 建筑物平面空间组合集中紧凑，减少凹凸变化，可使体型系数减少，因此，建议在建筑平面形状上采取典型的平面(平角形、方形等)，在此基础上做适当的平面化，创造一定的美学效果，尽量减少不必要的小尺度的凹凸不齐。
　　1.6 适当增大建筑物体量，可降低建筑物的体型系数。建筑物的建筑体量对其单位建筑面积采暖耗热影响很大，从大量的分析得出:在选择体量设计时，应避免作建筑面积2000 m2以下小体量建筑，一般宜在3000-5000 m2之间，在大体量的总趋势下，建筑物进深加大，层次加多，其体量加大，使节能愈显著。
　　2 选择合理的朝向、间距
　　建筑物的朝向确定主要是综合考虑太阳辐射强度、风向、建筑物的使用要求及地形条件等因素。从节能的角度出发,应充分利用太阳能。由于我国所处的纬度,大部分地区处于夏季热冬季冷的状况,夏季南向太阳高度角大,冬季太阳高度角小。因此,设计房屋时宜将主要房间朝南或南偏东,偏西少许,使夏季太阳射入光线少、深度小,冬季射入室内光线多、深度大,有利于做到冬暖夏凉。确定朝向时还应考虑风向的适当调整,炎热地区使建筑物的纵轴与夏季主导风向垂直, 形成穿堂风;寒冷地区,应使门洞避开主导风向,并在出入频繁的大门外设置门斗,避免室内热量散失。由于太阳光包含大量的热辐射和丰富的紫外线,是保障人体健康所必须的, 对人体的精神和心理同样有一定的影响,同时它也是一个热源,对建筑的保温也具有重要意义,因此,日照是确定房屋间距的主要依据,日照间距的计算公式为:
　　L=H/ tan h
　　式中L-建筑物的间距;H-南向前排房屋檐口至后排房屋底层窗台的高度;h-当地冬至日正午12 时的太阳高度角。
　　3 外门窗的节能设计
　　外门窗是建筑能耗散失的最薄弱部位，其能耗约占建筑总能耗的2/3，其中传热损失为1/3，冷风渗透为1/3，所以在保证日照、采光、通风、观景要求的条件下，应尽量减小外门窗洞口的面积，提高窗户本身的保温性能，减少窗户本身的传热量。
　　3.1 房间窗口面积的确定应视建筑物所处的地理纬度、当地的冬季日照率、房间的采光要求、建筑物之间日照遮挡情况来确定，在满足上述条件下，应尽量减少门窗洞口面积。《民用建筑节能设计标准》(JGJ26)对不同朝向的窗墙面积比作了严格的规定，规定指出:“北向、东向和西向、南向的窗墙面积比不应超过20%,30%,35% "。
　　3.2 提高外门窗的气密性。如设置泡沫塑料密封条，使用新型的密闭性良好的门窗材料，在门窗框与墙间的缝隙密封可用弹性松软轻型材料(如毛毡)、弹性密闭型材料(如聚乙烯泡沫材料)、密封膏以及边框设灰口等;框与扇之间密闭可用橡胶、橡塑或泡沫密闭条以及高低缝、回风槽等;扇与扇之间的密闭可用密闭条、高低缝及缝外压条等，扇与玻璃之间可用各种弹性压条等。这些对提高外窗本身的保温性能是有利的。
　　3.3 窗扇的保温节能还可以通过增加窗扇层数和增加玻璃层数以及采用特种玻璃来实现，如采用中空玻璃、吸热玻璃、反射玻璃等，塑料窗采用单层窗扇双层玻璃，钢窗扇采用双层窗扇双层玻璃等。
　　3.4 缩短窗扇的缝隙长度，采用大窗扇减少小窗扇，扩大单扇玻璃的面积减少窗芯，合理地减少可开启的窗扇面积，适当增加固定玻璃及固定扇的面积，对建筑节能也都是有利的。
　　4 采用各种高效保温的节能材料
　　在建筑物外围结构中，墙体所占的面积最大，冬季通过外墙散失的热能约为建筑总耗热量的22%，屋顶散热量约为9%，因此，搞好外墙和屋顶的保温设计十分重要。采用各种新型保温材料形成多样化的高效节能、经济的新型围护体系，可以减少散热量，提高保温性能，实现节能的要求。从墙体节能来看，有复合外墙和单一外墙材料两大类，复合外墙又包括内保温复合外墙、保温材料夹芯复合外墙和外保温复合外墙三类。单一材料外墙包括加气混凝土外墙、空心砖外墙、空心砖块外墙等。从屋面节能来看，有高效保温材料保温屋面和结构与保温合一的复合节能屋面板两大类。为了实现节能，根本出路在于发展高效保温的外保温复合外墙围护体系。

　　5 加强围护结构的保温设计
　　围护结构主要是指墙体、窗户、屋面、外门窗、地面等。在围护结构的热损失中,外墙约占25%,门窗约占47%,楼梯间隔墙约占11%,屋面占9%,阳台下部约占3%,地面约占2%,其中墙体、门窗、屋顶的节能尤为重要。在外围护结构中，经常设有导热系数较大的嵌人构件，如外墙中的钢筋混凝土梁、柱、过梁、圈梁、阳台板、挑檐板等。这些部位的保温性能比主体部分都差，热量容易从这些部位传出去，散热大，其内表面的温度也低，容易形成凝结水，这些部位通常叫围护结构的“冷桥”，特别是在节能型建筑中，由于采用新型节能围护体系，整体的大面积加强了保温，其冷桥节点失热比传统非节能建筑要大得多。所以是否处理好冷桥节点部位的保温构造设计是新型围护体系节能技术的成败关键，应引起足够的重视。在设计中，对于每一个冷桥节点均应逐个分析该节点所在部位的结构方案、构造方案及节点所在的不同节能围护体系，选择最佳综合技术，以保证整体建筑物节能效果良好。如:钢筋混凝土过梁常做成L形，使外露部分面积减小，或把过染全部包起来，切断冷桥。窗台板常做成砖砌窗台板等。寒冷地区的外墙若采用导热系数小的新型保温材料，砌筑的砂浆用普通砂浆砌筑时，灰缝处因热阻不足也容易形成冷桥，此时应该改善砌筑砂浆的保温性能，使用导热系数小的保温砂浆，如水玻璃矿渣砂浆(水玻璃+砂+磨细矿渣)等代替普通砂浆，减少灰缝厚度，提高砌筑精度。
　　6 设置“温度阻尼区”
　　所谓温度阻尼区就是在室内与室外之间设有一中间层次，这一中间层次像热闸一样阻止外冷风的直接渗透，减少外墙、外窗的热损失。例如:在住宅中，将北阳台的外墙、外窗全部用封闭阳台封闭起来;外门设防风门斗，防止冷风倒灌;屋顶采用坡屋顶，设置阁楼;住宅中的楼梯间设成封闭式的，对屋顶上人孔采用封闭处理等措施均能收到良好的节能效果。当然，节能建筑设计涉及的面很广，除上述几方面外，还包括多方面的因素，如适当减少南向阳台的设置(因为每层南向阳台均产生对下一户的冬季日辐射的遮挡)、充分利用太阳能等，并且建筑节能与结构、给排水、供暖、通风和电器等各个专业均紧密相关，因此，实现建筑节能是一项重大的系统工程，它需要各个环节、各个部门、各个专业的相互配合，共同努力，取得共识，才能实现节能目标。
　　
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