設計中的建筑節(jié)能技術措施

李玲

（重慶展圖建筑設計院，重慶400012）

設計中的建筑節(jié)能技術措施

李玲

（重慶展圖建筑設計院，重慶400012）

該文論述了建筑節(jié)能設計中的技術措施。在設計中通過節(jié)能技術措施，引入綠色天然的環(huán)保能源，減少對不可再生資源的損耗，以求實現(xiàn)建筑節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展。

建筑節(jié)能；建筑設計；技術措施；能耗；氣候因素；圍護結(jié)構(gòu)

0 引言

隨著技術的進步，在各類建筑物內(nèi)，針對四季氣候變化而采用了各種人工設備，以實現(xiàn)舒適的室內(nèi)冷熱環(huán)境。而實現(xiàn)較宜人的室內(nèi)環(huán)境的代價是，大量能源的損耗。這一能源損耗可從建筑設計的源頭進行規(guī)范化治理。如果設計之初，即充分考慮未來建筑使用的節(jié)能問題，無疑可以實現(xiàn)生態(tài)環(huán)保，節(jié)約大量能源。這就是本文探討的如何降低在總能耗中占的1/3以上的建筑能耗——建筑節(jié)能設計。

建筑節(jié)能設計就是充分利用建筑設計中的節(jié)能措施，充分利用自然能源，創(chuàng)造出良好的室內(nèi)氣候條件，降低不可再生能源的消耗，以實現(xiàn)生態(tài)可持續(xù)的現(xiàn)代生活。

1 影響建筑節(jié)能設計的氣候因素

建筑節(jié)能設計是根據(jù)不同地域的氣候特征，在不依賴耗能設備的前提下，通過技術措施將建筑節(jié)能理念天然地賦予建筑物，具體包括對建筑形式、構(gòu)造采取節(jié)能設計，布局不同的建筑形態(tài)空間，以改善建筑環(huán)境，實現(xiàn)微氣候建筑，即適應氣候的地域節(jié)能技術。建筑設計時，要考慮冬季的保溫策略。而保溫就是盡可能多地攝取天然能源得到溫度，并盡量減少散熱；夏季的散熱就是盡可能地損失熱量，依靠天然能來降溫。

建筑節(jié)能設計，可從建筑朝向、保溫隔熱層、空間構(gòu)成、門窗保溫隔熱、圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能等節(jié)能技術設計入手。首先分析本地域的氣候特點，選取利于節(jié)能的朝向的建筑，結(jié)合建筑外立面，以保證室內(nèi)采光通風為前提，設遮陽層以盡可能有效地阻止熱輻射。同時全面解讀地域氣候的季節(jié)差異，因地因時改善建筑局部氣候，消除或減少負面作用。再者采用建筑節(jié)能技術，設計建造出環(huán)保節(jié)能的建筑。

2 建筑設計中的節(jié)能設計

建筑節(jié)能設計就是為了減少外界對建筑的影響，為適應氣候特征而在建筑設計中采取的適應性與空間形態(tài)相關的措施。

2.1 建筑物體形系數(shù)

應合理控制體形系數(shù)。建筑物體的外圍面積愈大，建筑物體形系數(shù)愈大，其傳熱量也就愈大，能量損失就愈大，系數(shù)相反則反之。建筑節(jié)能設計應著力減小建筑物體形系數(shù)。

在建筑物的節(jié)能設計中，布局應盡量平整規(guī)則，減少不規(guī)則平面的多處起伏，從而減少影響體形系數(shù)的因素。例如建筑的總體布局在考慮應對高溫的隔熱時，建筑物在布局上盡量開闊通透，門窗洞口深而大，從而有助于自然采光通風。同時引導對流，并設遮陽板等減少熱輻射。

2.2 建筑朝向和布局

應保證合理的整體規(guī)劃布局。建筑朝向應盡可能選擇南北向，避免東西向。在具體條件下，建筑物應依照地形合理布置其朝向，以利于利用自然能保溫隔熱，減少后期能源損耗。

在建筑設計中更還應考慮內(nèi)部空間的組織與劃分。節(jié)能設計時利用穿堂風能有效減少制冷設備的使用；而避開北寒風的直入有利保暖。在此，節(jié)能設計就是要將日照、采暖、隔熱等條件全面協(xié)調(diào)，盡量布置好建筑朝向，并保證整體布局的合理。

3 建筑節(jié)能設計的技術措施

建筑節(jié)能設計的技術措施，包括合理設計整體布局，對建筑物的墻、門窗、屋頂?shù)冗M行合理安排，同時考慮朝向、建筑日照、保溫隔熱、通風等，從而實現(xiàn)降低能耗的宗旨，創(chuàng)建局部小氣候。

3.1 圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能

圍護結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量占建筑物總耗熱量的60%以上。墻體節(jié)能主要是降低墻體傳熱系數(shù)值。設計時應選擇合適的圍護材料來降低圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)。同時，應在外圍護結(jié)構(gòu)設隔熱層減少傳熱系數(shù)，阻擋室外熱能侵入室內(nèi)，將熱能隔離在建筑外圍，建筑內(nèi)外因此而產(chǎn)生較大溫差，可以由內(nèi)而外散熱。增大建筑外表的反射有利于減少傳向室內(nèi)的熱量。目前節(jié)能墻體主要有四種，即單一材料外墻、保溫夾心復合墻、外墻內(nèi)保溫和外墻外保溫。

3.1.1 外保溫技術就是將保溫隔熱的材料從外墻外側(cè)與墻體復合，使室內(nèi)氣候環(huán)境有所改善。主要技術特點為，采用復合自保溫和外保溫墻體，能對建筑主體起到保護作用，減少散熱，從而使室內(nèi)溫度趨于穩(wěn)定。

砌體等圍護結(jié)構(gòu)有較大熱容量，即便室內(nèi)溫度變化，其變化也較為緩慢，并儲存大量熱能，利于冬季節(jié)能。反之，外保溫能保護主體墻，阻擋外界熱輻射向室內(nèi)傳遞，維持室內(nèi)原溫度，砌體圍護結(jié)構(gòu)能減少冷熱設備使用，通過建筑節(jié)能達到冬暖夏涼。

3.1.2 保溫隔熱材料設計原理及技術

保溫隔熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為基層處理-保溫隔熱層-抗裂保護層-飾面層。以聚苯為主要原材料的保溫隔熱材料主要有聚苯板、聚苯復合材料、聚苯乙烯顆粒等，其中聚苯板應用廣泛。但聚苯板不適合外形不規(guī)則的建筑部位保溫，粘結(jié)聚苯板之間易開裂處，將聚苯乙烯顆粒與膠粉料混合制成的不定型涂抹式保溫隔熱材料可以提高聚苯板與罩面砂漿親和力。另外還有膠粉聚苯顆粒保溫隔熱灰漿。

保溫隔熱層厚度設計：用材料層厚度、導熱系數(shù)和蓄熱系數(shù)的測定值，計算得到該保溫隔熱材料與其他主體建筑配合使用形成的圍護結(jié)構(gòu)熱阻R、熱惰性指標D、傳熱系數(shù)K以及達到節(jié)能目標時墻體的最小厚度的值，使墻體結(jié)構(gòu)、圍護結(jié)構(gòu)等能達到節(jié)能目標。

3.1.3 外墻保溫技術

（1）外保溫：一般多為外掛式保溫，主要有巖棉、EPS板，玻璃棉氈、聚苯乙烯泡沫板、陶粒混凝土復合聚苯板、鋼絲網(wǎng)夾芯墻板等。硬泡聚氨酯外保溫，聚苯板最為物美價廉。

（2）聚苯板與墻體一次澆筑成型?，F(xiàn)澆混凝土復合EPS鋼絲網(wǎng)板外保溫。

（3）聚苯顆粒、膠粉EPS顆粒等保溫料漿外墻保溫。

（4）復合夾芯板可以用珍珠巖、木渣、礦棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料等材料做成保溫層。

（5）保溫砌塊和預制保溫板，XPS板外保溫。

3.1.4 外墻保溫技術及節(jié)能材料

目前新型建筑墻體主要有：（1）非粘土燒結(jié)多孔磚、燒結(jié)頁巖磚等；（2）普通混凝土空心砌塊、加氣混凝土砌塊等；（3）各類板材、纖維水泥多孔板、加氣混凝土板、鋼絲網(wǎng)水泥夾芯板、石膏墻板、復合夾芯板等；（4）利用廢渣廢料做成的保溫墻體；（5）現(xiàn)澆混凝土及預制板墻體；（6）各類幕墻、鋼結(jié)構(gòu)等。

3.1.5 內(nèi)保溫技術

外墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)部加做保溫層就是內(nèi)保溫，內(nèi)保溫操作方便，技術成熟，但增大內(nèi)體積，應用時間長，不方便墻面裝修，易脫落裂縫，保溫不如外保溫效果好。一般有聚苯板、石膏聚苯保溫板、水泥聚苯保溫板、抹聚苯顆粒保溫料漿等。

3.2 門窗節(jié)能

外墻門窗因為損失的能量較大，是節(jié)能設計的重點。節(jié)能的重要措施之一就是通過節(jié)能設計技術，加強門窗的保溫隔熱性能，使門窗由于物理性能輻射、對流、傳導等而減少的能量降低到最少。

3.2.1 節(jié)能合理的窗墻面積比

做好門窗的節(jié)能設計，綜合考慮門窗朝向和窗墻面積比。門窗會損失比外墻更多的能耗，外墻的保溫隔熱效果強于玻璃窗，外窗的散熱約為外圍護結(jié)構(gòu)的整體散熱40%左右，窗墻面積比越大，使對流、傳導的能耗加大，是建筑節(jié)能的薄弱環(huán)節(jié)，對窗墻比控制尤為重要，因此盡量減少窗墻比。在建筑節(jié)能設計中根據(jù)建筑造型、采光通風、氣候特征等因素，綜合考慮既通風又保溫，選擇適當?shù)拇皦γ娣e比。

3.2.2 玻璃門窗的隔熱保溫與遮陽

合理選用節(jié)能玻璃，控制通過門窗的輻射傳熱。

設計中加強玻璃門窗保溫隔熱的措施如下。

（1）盡量使用帶中空層的，防輻射的玻璃，及新型隔熱的材料，氣密性是窗與墻、窗與窗必須達到的節(jié)能設計指標。

（2）遮陽層有助于實現(xiàn)有效隔熱。根據(jù)太陽的不同高度角來制定有效的利用陽光和遮陽措施。外遮陽主要有水平遮陽和垂直遮陽，內(nèi)遮陽主要為活動遮陽、卷簾和百頁等?；顒影偃~能隨不同陽光變移，自動控制升縮，是能通風采光的綠色節(jié)能措施。

（3）發(fā)揮中空玻璃間隔層氣體性能。選擇優(yōu)化節(jié)能窗框材料，提高窗框密封性能。使用帶空氣層的雙層窗，既自然通風采光，又能有效阻擋陽光進入室內(nèi)，反射及隔熱玻窗也起到節(jié)能作用。在合理價格內(nèi)若在空氣層間填充反光材料會達到更好效果。

3.3 屋頂節(jié)能

屋面是節(jié)能設計的重點。主要是隔熱保溫，屋面因受陽光直射，其溫度往往高于室內(nèi)，而散熱也大于圍護結(jié)構(gòu)，需通過節(jié)能措施達到保溫隔熱。一般有以下5種。

（1）種植屋面，通過植物等覆蓋屋面，起保溫隔熱層作用，是綠色生態(tài)節(jié)能環(huán)保屋面。

（2）蓄水屋面，通過水的儲熱散熱功能，阻擋熱能少從屋面到達室內(nèi)，起到降溫作用。

（3）架空屋面，就像空氣層，同樣起到隔熱作用。

（4）倒鋪屋面，將通常內(nèi)層的保溫層置放在屋面外表層，屋面吸收的熱量減少。

（5）屋面遮陽，一般用外遮陽板、挑板構(gòu)架、活動百頁、棚架等，來實現(xiàn)阻擋太陽光減少熱照射的作用。

3.4 自然通風

通風中最好的散熱辦法就是形成自然的風流，利用建筑本身布局（如朝向、門窗對流等）達到穿堂風效果。另外根據(jù)熱氣流向上的原理，設上下一進一出的風口，形成熱循環(huán)，通過熱壓達到自然風在建筑中流通。兩種方法同時使用效果更好。一些建筑中設置的風井，就能利用風壓達到自然通風的作用。

3.5 新能源在建筑中的應用

從環(huán)境控制技術入手，合理將太陽能、地熱、風能等新型能源加以配合建筑節(jié)能技術，將會有更好的發(fā)展前景。

3.5.1 太陽能應用

太陽能是一種自然環(huán)保的生態(tài)能源，且能無償獲取，不斷再生，可以大量廣泛被應用的新能源。太陽能系統(tǒng)一般分3種：

（1）依靠太陽能集熱等設備被動獲取熱能的系統(tǒng)；

（2）依靠泵等小型設備主動轉(zhuǎn)換而獲得的能源系統(tǒng)；

（3）光伏電池板能在獲取太陽能后轉(zhuǎn)換成電能的系統(tǒng)；3.5.2地熱的應用

地熱是生態(tài)環(huán)保的資源，取之不盡，用之不竭。利用設備及技術手段，通過地源熱泵技術設計可以將地熱能源置換到建筑內(nèi)部，冬暖夏涼，循環(huán)使用。

地源系統(tǒng)主要有：土壤源系統(tǒng)、地下水系統(tǒng)、地表水系統(tǒng)等。

地源熱泵技術如能與太陽能等其它環(huán)保能源一起使用，更能發(fā)揮生態(tài)能源優(yōu)勢，創(chuàng)造出更生態(tài)而環(huán)保的節(jié)能建筑。

4 建筑實例

在以往的設計中，很多建筑都使用了上述的一些節(jié)能設計，包括外墻保溫、屋面保溫、帶空氣層玻璃等。如：重慶北碚區(qū)B33地塊項目中，規(guī)定性指標未全部滿足《重慶市工程建設標準-居住建筑節(jié)能65%設計標準》DBJ50-071-2010的要求（表1，圖1）。

表1 重慶北碚區(qū)B33地塊各項指標

圖1 重慶北碚區(qū)B33地塊節(jié)能建筑效果圖

5 結(jié)束語

建筑節(jié)能研究的目標是實現(xiàn)建筑的可持續(xù)發(fā)展。建筑設計中采取節(jié)能新技術措施，在墻體、門窗、屋面等方面應利用自然資源，做好節(jié)能設計，利用好太陽能、風能、地能等自然能。根據(jù)不同地區(qū)特征，積極采用新型建筑墻體材料，考慮長遠的社會和經(jīng)濟效益全面進行綜合經(jīng)濟分析。選擇合理建筑體系，降低可再生能源的利用成本，以實現(xiàn)建筑節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展。

責任編輯：孫蘇，李紅

Technological Measures in Building Energy Efficiency Design

Technological measures in building energy efficiency design are elaborated.Green energy is introduced in the design to reduce the consumption of non-renewable resource and to achieve building energy efficiency and sustainable development.

building energy efficiency;building design;technological measures;energy consumption;climate factor;retaining structure

TU201.5

A

1671-9107（2013）08-0025-03

2012-10-31

李玲（1974-），女，重慶人，研究生，工程師，主要從事建筑設計及技術管理工作。

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.08.025