現(xiàn)代高層建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)探析

侯波濤

摘? ? 要：隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展與土地資源的緊缺的不斷加劇，現(xiàn)代高層建筑已經(jīng)成為最新趨勢(shì)，高層建筑也是一把雙刃劍，雖然高層建筑可解決土地資源稀缺的問題，但是高層建筑尤其是超高層建筑的建筑耗能卻帶來的新的能源危機(jī)。為了解決這一難題，建筑節(jié)能成為了重點(diǎn)研究方向。本文在分析了現(xiàn)代高層建筑現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了一些節(jié)能設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代：高層建筑：節(jié)能

1? 引言

隨著城市化與城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，高層建筑逐漸成為了建筑的發(fā)展方向，尤其是超高層建筑經(jīng)常作為城市的代表性建筑。但經(jīng)過試驗(yàn)與調(diào)研發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的高層、超高層建筑都對(duì)城市風(fēng)光、熱、聲等微環(huán)境造成光污染等負(fù)面影響。數(shù)據(jù)顯示，高層建筑與超高層建筑的單位面積能耗是大型公共建筑的2～3倍，是一般公共建筑的4～10倍，這說明高層、超高層建筑在高速發(fā)展的同時(shí)，也帶來了資源消耗大、環(huán)境影響大、能源消耗大的問題。因此需要堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略底線來發(fā)展高層、超高層建筑。同時(shí)，也對(duì)建筑設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求，需要充分地了解建筑設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和其內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)，才能設(shè)計(jì)出安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能的建筑，才能有效的減少能源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。

2? 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)

2.1? 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

相關(guān)數(shù)據(jù)表明，建筑物的外部形體對(duì)太陽能與風(fēng)能等能量有著較大的影響。在高層建筑中，建筑的外表形狀直接影響到建筑物外露的墻體面積，而外露的墻體面積與產(chǎn)生的能耗是正相關(guān)的關(guān)系。在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)，選用同面積下圓型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，整體設(shè)計(jì)規(guī)劃中建筑的結(jié)構(gòu)形狀變化應(yīng)少變，減少變化越大帶來耗能越大的問題。

2.2? 建筑位置和朝向的設(shè)計(jì)

高層建筑設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是保證建筑內(nèi)能夠接觸到充足的陽光，建筑的定位和朝向即是首要考慮的問題，這不僅是人群居住的基本需求，同時(shí)也是建筑結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)中必不可少的一環(huán)。比如我國(guó)北方，由于地理緯度較高，冬季非常寒冷，需要建筑物盡可能的接觸到太陽光，滿足房屋內(nèi)的采暖需求，但是在不同的地理位置、季節(jié)更替中陽光的輻射程度是不同的，因此，建筑設(shè)計(jì)人員考慮綜合的各項(xiàng)因素，設(shè)計(jì)出合理的建筑位置和朝向，結(jié)合不同的環(huán)境優(yōu)缺，從而設(shè)計(jì)出合理的采暖系統(tǒng)，進(jìn)而減少建筑自身的能耗。

2.3? 綠色與節(jié)能設(shè)計(jì)

近幾年來，經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市綠色日益減少，空調(diào)的大量使用，導(dǎo)致了城市“熱島效應(yīng)”，給建筑帶來了負(fù)效應(yīng)。當(dāng)相同面積的草地和瀝青表面溫差達(dá)到14℃以上時(shí)，陽光照射綠地，綠地通過蒸發(fā)大量水分的方法帶走大量熱量，為建筑物創(chuàng)造了十分有利的周圍環(huán)境，同時(shí)美化了建筑文藝設(shè)計(jì)，給人帶來美感。

3? 建筑的節(jié)能途徑

3.1? 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系

（1）建筑外墻。外墻的節(jié)能設(shè)計(jì)是建筑外圍護(hù)墻體的重中之重，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中普遍使用燒結(jié)黏土磚作為外墻的主要材料，它不僅造成了土地資源的過量消耗，同時(shí)還帶來環(huán)境污染問題。內(nèi)保溫、外保溫和自保溫構(gòu)成了外墻的節(jié)能組成。外墻內(nèi)保溫使用創(chuàng)新技術(shù)的節(jié)能材料，使用粘土性質(zhì)的空心磚、各種改良后的混凝土砌塊以及稻草般墻體，這些節(jié)能材料因?yàn)橛性S多封閉的小孔，所以具備良好的隔熱保溫性能。外墻外保溫中使用聚苯板薄灰結(jié)構(gòu)的節(jié)能技術(shù)，以擠塑聚苯板或膨脹聚苯板為保溫芯材，采用聚合物粘結(jié)砂漿將苯板粘貼在外墻內(nèi)側(cè)，然后采用聚合物抹面砂漿復(fù)合耐堿玻纖布作為罩面層起到抗裂、防滲的作用，這種新型保溫材料具有整體保溫功能并且耐久性非常好。

（2）建筑的外內(nèi)窗。高層建筑中通常采用增大建筑物門窗的面積的方法來增大采光面積與通風(fēng)面積，在建筑的總熱損失在40%以上，充分考慮建筑門窗周邊高性能密封性，降低空氣的滲透熱損失，提高氣密性、水密性、隔聲性、保溫性及隔熱性。設(shè)計(jì)中需要充分考慮窗戶保溫與保持，第一是玻璃，由于玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)較大，不管是流入熱量還是流出熱量對(duì)單層玻璃來說都是相當(dāng)容易的。設(shè)計(jì)時(shí)采用雙層玻璃和低輻射玻璃等保溫性良好玻璃或者采用鍍膜玻璃來反射掉一部分玻璃上的陽光;其次是窗戶框材料，若是采用鋁型材料或者鋼型材料的窗框，就必須進(jìn)行材料的熱處理。

3.2? 確定墻窗面積比

墻窗面積比直接影響到高層建筑的能耗，因此確定好合適的墻窗比對(duì)減少建筑能耗具有重大作用，墻窗比取決于窗和外墻間熱工性能差異，墻與窗之間的差異越大，影響也就越明顯。墻窗面積比不僅僅影響著建筑的能耗，也影響著建筑物內(nèi)立面效果、室內(nèi)采光及通風(fēng)等。設(shè)計(jì)者應(yīng)遵循以下基本原則：盡可能使用平開窗;使用復(fù)合內(nèi)開窗及多功能窗與盡量使用南北向開窗。

3.3? 建筑細(xì)節(jié)

（1）遮陽。建筑遮陽可以阻斷或減弱太陽光直接或間接透過玻璃進(jìn)入室內(nèi)，為了防止陽光直射或過分照射導(dǎo)致加熱建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)，通常采用各種措施進(jìn)行遮陽操作。高層建筑在遮陽節(jié)能設(shè)計(jì)過程中取到了意想不到的效果，設(shè)計(jì)師要合理設(shè)置遮陽板，不僅要考慮遮陽板的構(gòu)造設(shè)計(jì)，還要綜合地利用建筑物的外廊、陽臺(tái)等構(gòu)件及垂直綠化帶實(shí)現(xiàn)整個(gè)的遮陽效果，使得遮陽板形態(tài)設(shè)計(jì)與節(jié)能設(shè)計(jì)相互融合。這種遮陽系統(tǒng)通常安裝在陽面的外立面或者采光屋頂上，遮陽板的角度可根據(jù)不同時(shí)間、需求進(jìn)行可調(diào)與可控，從而達(dá)到遮陽目的。這種遮陽方法已廣泛使用，比如上海建科院生態(tài)示范樓，采用了不同類型的遮陽系統(tǒng)：南立面采用可調(diào)節(jié)的鋁合金水平式遮陽活動(dòng)百葉，東西向采用了可調(diào)節(jié)的鋁合金垂直式外遮陽活動(dòng)百葉，中庭采用外遮陽蓬，節(jié)省了空調(diào)能耗。

（2）綠化。在高層建筑工程的節(jié)能設(shè)計(jì)中綠化有著重要意義，綠化不僅僅可以有效的凈化空氣還可以啟到吸收陽光的作用，高層建筑中的綠化節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)建筑工程中的吸塵、噪音等方面也有作用，減少建筑工程中的吸塵能源消耗，提高建筑工程的質(zhì)量控制。綠化在城市規(guī)劃與建設(shè)中對(duì)建筑節(jié)能的影響越發(fā)顯著。例如：福岡縣立國(guó)際中心通過建立立體綠化控件的方法來滿足開發(fā)商的利益和都市空間需求的平衡關(guān)系。

3.4? 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)新能源利用

使用開發(fā)和利用太陽能等再生資源已經(jīng)成為現(xiàn)代高層房屋節(jié)能設(shè)計(jì)的新焦點(diǎn)在我國(guó)太陽能能源利用具有良好的條件，全年日照時(shí)間最長(zhǎng)達(dá)到了2800小時(shí)以上，年日照時(shí)間2200小時(shí)以上的地區(qū)占國(guó)土面積2/3以上。長(zhǎng)日照區(qū)的日照時(shí)數(shù)可達(dá)到6h/d，年總出現(xiàn)天數(shù)達(dá)到200d以上，更為甚者可達(dá)到30d。隨著太陽能技術(shù)的成熟，典型的現(xiàn)代高層建筑中都會(huì)設(shè)有太陽能熱水系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)。太陽能熱水系統(tǒng)可充分利用太陽能將低溫水資源加熱到高溫，從而滿足人們生活使用熱水的需求，設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合實(shí)際情況決定使用集中供熱水還是局部供熱水，做到節(jié)能的最優(yōu)化。

3.5? 建筑能效管理技術(shù)節(jié)能設(shè)計(jì)

搭建一個(gè)集安防、消防、照明等一體的樓宇集成系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)電能、用能擊飛與耗能檢測(cè)系統(tǒng)的集中管理與互相聯(lián)動(dòng)而且開放建筑樓宇各專業(yè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物體內(nèi)所有用能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，輸出各具體部位的診斷報(bào)告及優(yōu)化控制策略，進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行校正，提供最優(yōu)質(zhì)的能源管理控制，以提高節(jié)能效益。

4? 結(jié)束語

在社會(huì)的不斷發(fā)展過程中，現(xiàn)代高層建筑不僅在功能上滿足了人民居住的需求，隨著人們逐漸重視環(huán)保與能源消耗、節(jié)能減排等，迫切的需要建筑實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、綠色與生態(tài)的功能。相信聰明的人類一定會(huì)在矛盾中取得最優(yōu)解。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 李少炎.洽談現(xiàn)代高層建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)[J].中國(guó)高新區(qū)，2018.