高層建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)

郝慧敏

摘 要：建筑是能源消耗的大戶，尤其是高層建筑，必須加快推進(jìn)高能建筑的節(jié)能工作，深入研究高層建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)問題。高層建筑在節(jié)能設(shè)計(jì)方面存在的一些常見問題如自然通風(fēng)采光利用率、可再生能源的利用率相對(duì)較低等。本文分析了高層建筑整體設(shè)計(jì)對(duì)節(jié)能的影響，探討了高層建筑設(shè)計(jì)理念的新趨勢(shì)，提出存在的問題及今后發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：高層建筑；節(jié)能；設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.053

0 引言

改革開放以后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了高速發(fā)展的階段，高層建筑的與日俱增意味著高能耗建筑越來(lái)越多。而高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)更是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，本文探討了高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)存在的問題，要從建筑設(shè)計(jì)的理念和方法入手，提高建筑利用能源的效率，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的目標(biāo)。本文針對(duì)高層建筑節(jié)能問題進(jìn)行討論，提出了一些針對(duì)性解決措施。

1 建筑節(jié)能的現(xiàn)狀及高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的問題

高層建筑是復(fù)雜龐大的系統(tǒng)，為保持正常的運(yùn)作，高層建筑在電梯、空調(diào)、供水、供暖、管理等方面要消耗大量的能源。隨著房地產(chǎn)業(yè)近乎無(wú)序的發(fā)展，高層建筑層出不窮，其中的問題也日益凸顯。需要在設(shè)計(jì)之初就考慮到方方面面的能耗，在其運(yùn)轉(zhuǎn)的每一環(huán)節(jié)中合理植入環(huán)保生態(tài)技術(shù)，將建筑能耗與廢棄物排放量降到最低程度。

2 高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的影響因素及設(shè)計(jì)方法分析

2.1 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)

以往的研究和實(shí)踐普遍認(rèn)同增加外圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱能力的方法主要有兩種：一是提高熱阻，即無(wú)論考慮穩(wěn)定傳熱還是考慮不穩(wěn)定傳熱，提高熱阻或者說(shuō)降低傳熱系數(shù)，都是降低夏季室內(nèi)空氣溫度和圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度最基本的措施。二是采用蓄熱系數(shù)較大的材料并保證必要的厚度，可以增加外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱容量，內(nèi)表面溫度的波動(dòng)振幅就減小，即減小內(nèi)表面最高溫度，出現(xiàn)溫度最高值的延遲時(shí)間也較長(zhǎng)。在冬季常有人使用的房間內(nèi)墻材料優(yōu)選蓄熱性良好的材料，可以延緩室外溫度對(duì)室內(nèi)溫度的影響，使得室內(nèi)的溫度比較穩(wěn)定，可以有效防止墻面低溫輻射給人體帶來(lái)的不舒適感；使用頻率不高的房間內(nèi)墻面則可采用蓄熱系數(shù)小的材料，有利于加快使室溫提高或降低，在快速達(dá)到舒適使用溫度的同時(shí)降低空調(diào)或采暖能耗。在墻體構(gòu)造上可以設(shè)計(jì)成中空墻體、復(fù)合墻體、加入相變材料等措施。對(duì)于由多層材料組成的復(fù)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)，僅通過計(jì)算各分層材料熱惰性指標(biāo)的總和，并不能完整地反映其對(duì)溫度波動(dòng)的抑制作用。因?yàn)?，多層材料?duì)溫度波動(dòng)的抑制作用，除了與各層材料的熱惰性指標(biāo)有關(guān)外，各層材料的排列順序尤其是絕熱層的位置也是一個(gè)重要因素。

對(duì)于實(shí)體圍護(hù)結(jié)構(gòu)，不僅應(yīng)增強(qiáng)墻體的絕熱效果還必須同時(shí)控制合理的窗墻面積比，避免一味追求通透效果。窗口或玻璃幕墻外可考慮采取遮陽(yáng)手段來(lái)降低供暖空調(diào)能耗，尤其是西向遮陽(yáng)的問題，值得引起專業(yè)人員的重視。

2.2 采光與照明節(jié)能設(shè)計(jì)

我國(guó)地處北半球，南向采光時(shí)間長(zhǎng)，且有較高的照度，可依據(jù)四季光照特點(diǎn)，充分利用天然光來(lái)實(shí)現(xiàn)日間采光，可對(duì)建筑的側(cè)窗、天窗等重點(diǎn)采光部位予以被動(dòng)式的采光設(shè)計(jì)，將窗戶玻璃夾層中設(shè)置棱鏡或者光傳輸纖維，室內(nèi)墻面、頂棚裝飾采用淺色，高反射率的材料，提升照明質(zhì)量，對(duì)光線進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，使高層建筑室內(nèi)光線達(dá)到最佳效果。根據(jù)地區(qū)氣候特點(diǎn)，合理采用鍍膜玻璃實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光譜的篩選和甄別，降低采暖或空調(diào)能耗。東西朝向極易導(dǎo)致光線直入形成眩光，設(shè)計(jì)時(shí)必須采取一定的遮擋措施。

量大面廣的日間照明，宜采用先進(jìn)技術(shù)使其能耗降低，日間采光可采用太陽(yáng)日光反射裝置和光導(dǎo)照明系統(tǒng)不僅能夠?yàn)楦邔咏ㄖ峁╅L(zhǎng)時(shí)間的自然光照明，還可依據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)對(duì)光線強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。有中庭的高層公共建筑還可以利用屋頂開設(shè)天窗，將天窗設(shè)計(jì)為上層采用透光玻璃，下層采用金屬百葉的復(fù)合雙層天窗，太陽(yáng)光透過玻璃投射到金屬百葉上，再反射向墻面、地面，形成光的漫射，不但獲得柔和明媚的自然光線，其有韻律感的投射陰影可增加室內(nèi)裝飾的層次感。

2.3 高層建筑空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)

為降低能耗，在滿足生產(chǎn)要求和人體健康的情況下，合理降低室內(nèi)溫濕度標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于使用者健康和節(jié)能降耗均有益處，空調(diào)房間室內(nèi)溫濕度基數(shù)，夏季應(yīng)盡可能提高，冬季應(yīng)盡可能降低。控制與正確利用室外新風(fēng)量也是節(jié)能的重要環(huán)節(jié)，需在使用者的行為節(jié)能方面做一些努力，如禁止在空調(diào)環(huán)境內(nèi)吸煙等措施。利用先進(jìn)技術(shù)減少輸送系統(tǒng)的動(dòng)力能耗，采用大溫差的供回水（或送回風(fēng)），選用低流速有利于系統(tǒng)的水力工況的穩(wěn)定性，采用輸送效率高的載能介質(zhì)所占用的建筑空間也小很多，采用變風(fēng)量（VAV）空調(diào)方式和變水量（VWV）空調(diào)系統(tǒng)，全年的送風(fēng)動(dòng)力比定風(fēng)量方式小得多，節(jié)能效果較好。

2.4 高層建筑給水系統(tǒng)的節(jié)能措施

采用多臺(tái)水泵工作的方式有利于防止超壓，流量小，則單泵或運(yùn)行小泵，遇到大流量，則開啟大泵或是將多泵進(jìn)行并聯(lián)式運(yùn)行。應(yīng)用消防水泵從給水管網(wǎng)直接地吸水，必須對(duì)水泵的工作情況進(jìn)行校核，以給水管網(wǎng)的最高水壓為重要標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制防止超壓。

2.5 新能源的利用拓展

太陽(yáng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕履茉?，在建筑的運(yùn)行能耗中具有巨大的開發(fā)潛力，我國(guó)是太陽(yáng)能電池生產(chǎn)大國(guó)，但我國(guó)建筑對(duì)太陽(yáng)能的利用卻很少，政府可鼓勵(lì)推廣太陽(yáng)能在建筑上的開發(fā)利用，屋頂、墻體均可作為太陽(yáng)能電池或蓄熱板的載體，另外光電幕墻集發(fā)電、隔熱、隔音、裝飾等特點(diǎn)于一身，可有效降低高層建筑的能源消耗，在需要使用玻璃幕墻的高層建筑上將普通玻璃幕墻置換為光電玻璃幕墻能有效提升幕墻的環(huán)保功能和保溫功能，不僅大量節(jié)約石化能源，降低污染程度，新材料本身將豐富建筑立面，帶來(lái)不同的視覺感受。地源熱泵利用地下冷（熱）能，可以作為采暖和空調(diào)的有效補(bǔ)充。

3 結(jié)語(yǔ)

高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)仍任重道遠(yuǎn)，但隨著建筑節(jié)能研究與實(shí)踐的不斷深入，建筑節(jié)能的方法也不斷進(jìn)步，節(jié)能的理念更加深入人心，提高高層建筑的節(jié)能效率，對(duì)提高建筑使用舒適度，減少污染，改善自然環(huán)境都有著深遠(yuǎn)的意義。

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