建筑設(shè)計(jì)中建筑節(jié)能設(shè)計(jì)分析

劉新元

近年來(lái)，我國(guó)城市進(jìn)程不斷加快，推動(dòng)了建筑行業(yè)的快速發(fā)展，建筑工程規(guī)?；厔?shì)日漸明顯，工程項(xiàng)目耗費(fèi)的能源和資源也與日俱增，由此引發(fā)的高能耗狀況制約了我國(guó)節(jié)能型社會(huì)的發(fā)展，也阻礙了綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展的步伐。在此背景下，綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生，有效緩解了建筑行業(yè)能源短缺的狀況，推動(dòng)節(jié)約型建筑工程的發(fā)展[1]。因此，在建筑設(shè)計(jì)階段，充分解讀《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》（GB 55015-2021）新規(guī)范的設(shè)計(jì)要求，采取有效的設(shè)計(jì)策略，在設(shè)計(jì)中融入綠色建筑理念，選取科學(xué)的節(jié)能技術(shù)，充分挖掘建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的潛能，實(shí)現(xiàn)與自然環(huán)境的和諧統(tǒng)一，成為設(shè)計(jì)人員面臨的重要問(wèn)題。

1 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的必要性

1.1 保護(hù)生態(tài)環(huán)境的客觀要求

在使用過(guò)程中，建筑具有高能耗的特點(diǎn)，還會(huì)排放大量的溫室氣體。特別是我國(guó)北方地區(qū)，冬季通過(guò)燃煤采暖，污染嚴(yán)重，導(dǎo)致空氣污染指數(shù)嚴(yán)重超標(biāo)。因此，如何采取科學(xué)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)，有效減少煤炭的用量，減少空氣污染，改善大氣環(huán)境，提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，降低碳排放量，營(yíng)造良好的建筑室內(nèi)環(huán)境，成為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的重要目標(biāo)[2]。

1.2 可持續(xù)發(fā)展的客觀要求

目前，能源問(wèn)題成為影響我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。進(jìn)入21 世紀(jì)，能源短缺日益嚴(yán)重，成為制約我國(guó)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)目標(biāo)的發(fā)展瓶頸。與自然環(huán)境和諧共處，構(gòu)建以自然生態(tài)為中心的文明社會(huì)已成為當(dāng)今社會(huì)的主題。踐行綠色經(jīng)濟(jì)理念，在建筑設(shè)計(jì)中融入綠色節(jié)能設(shè)計(jì)理念，逐步以節(jié)能、高效的綠色節(jié)能技術(shù)取代傳統(tǒng)的高耗能技術(shù)，成為當(dāng)下建筑設(shè)計(jì)的主流。新制定的《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》（GB 55015-2021）中對(duì)建筑節(jié)能提出了更高的要求。具體要求如下。

第一，建筑節(jié)能應(yīng)以保證生活和生產(chǎn)所必需的室內(nèi)環(huán)境參數(shù)和使用功能為前提，遵循被動(dòng)節(jié)能措施優(yōu)先的原則。

第二，應(yīng)充分利用天然采光、自然通風(fēng)，改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，提高建筑設(shè)備及系統(tǒng)的能源利用效率，降低建筑的用能需求[3]。

因此，不斷發(fā)展建筑節(jié)能技術(shù)，既是建筑行業(yè)綠色發(fā)展的必然選擇，又是可持續(xù)發(fā)展的客觀要求。

1.3 調(diào)節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境舒適度的客觀要求

隨著建筑設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的居住水平得到顯著提高。室內(nèi)熱環(huán)境的舒適度作為住宅建筑的重要指標(biāo)，其重要性愈加凸顯，成為人們居住生活舒適度的重要標(biāo)識(shí)。近年來(lái)，室內(nèi)熱環(huán)境舒適度標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高，對(duì)建筑使用過(guò)程中的能源消耗提出了較高要求，一定意義上也提高了對(duì)能源的需求。因此，在建筑設(shè)計(jì)中強(qiáng)化熱環(huán)境節(jié)能設(shè)計(jì)，通過(guò)建筑節(jié)能技術(shù)調(diào)節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境舒適度，成為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。

1.4 實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益共贏發(fā)展的客觀要求

目前，新建建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)作為一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，已納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)考核內(nèi)容中。站在長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的視角，建筑節(jié)能指標(biāo)的確定改變了傳統(tǒng)以經(jīng)濟(jì)效益為中心的考核機(jī)制，確立了經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益共同發(fā)展的考核機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)了綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綠色建筑發(fā)展的雙贏[4]。隨著建筑節(jié)能設(shè)計(jì)踐行的不斷深化，節(jié)能設(shè)計(jì)方法和技術(shù)指標(biāo)不斷成熟，節(jié)能建筑不斷涌現(xiàn)，建筑造價(jià)成本逐漸呈現(xiàn)投入少、產(chǎn)出多的趨勢(shì)，最終取代傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)模式，形成以綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)為核心的現(xiàn)代建筑發(fā)展潮流。

2 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 加強(qiáng)建筑平面設(shè)計(jì)

建筑平面設(shè)計(jì)是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)工作的起點(diǎn)，要加強(qiáng)其中建筑外部環(huán)境設(shè)計(jì)，豐富整體環(huán)境設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段，要充分考量建筑所在地區(qū)的氣候條件，結(jié)合建筑外部環(huán)境特點(diǎn)、建筑選址條件以及朝向等要素，確定建筑工程項(xiàng)目外部微氣候環(huán)境的設(shè)計(jì)要求，為實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)提供數(shù)據(jù)參考。設(shè)計(jì)實(shí)施階段要充分利用室外風(fēng)環(huán)境條件，保證室內(nèi)房間具有良好的通風(fēng)性，最大限度實(shí)現(xiàn)自然采光，有效減少能源消耗。

2.2 加強(qiáng)建筑門(mén)窗設(shè)計(jì)

一般情況下，建筑門(mén)窗設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，對(duì)于減少建筑能耗具有重要的意義，其設(shè)計(jì)策略如下。

一是科學(xué)控制窗墻比；二是選取密封性良好的材料，提升門(mén)窗的密封性，防止冬季冷空氣侵入；三是提升門(mén)窗的保溫性，高度重視門(mén)窗選材，在綜合考量當(dāng)?shù)貧夂驐l件和建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，選取相應(yīng)型號(hào)的塑料門(mén)窗或鋼塑復(fù)合門(mén)窗等綠色環(huán)保門(mén)窗，取代傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用的金屬門(mén)窗，以避免出現(xiàn)冷橋等質(zhì)量問(wèn)題[5]。對(duì)于嚴(yán)寒寒冷地區(qū)的住宅建筑，為了最大限度地減少門(mén)窗熱損耗，根據(jù)節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，多選用多腔密封的隔熱金屬型材，以三層、雙層Low-E 低輻射玻璃為主。

2.3 加強(qiáng)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)通常包括遮陽(yáng)設(shè)施、屋頂、門(mén)窗以及墻體等的設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能、隔熱以及保溫效果，有效改善室內(nèi)空氣環(huán)境、采光度和室內(nèi)環(huán)境舒適度，最大限度地減少建筑耗能。在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)中，要注重節(jié)能型材料的選取，多采用傳熱系數(shù)較低的保溫材料，確保墻體具有良好的保溫隔熱效果。另外，墻體外表宜采用淺色裝飾性材料，達(dá)到減少熱量吸收的目的。

2.4 加強(qiáng)建筑屋面設(shè)計(jì)

建筑屋面設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，主要包括以下幾點(diǎn)：一是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通常采用種植屋面、蓄水屋面等技術(shù)，以提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱保溫功能；二是屋面綠化設(shè)計(jì)，通過(guò)屋面綠化對(duì)溫室氣體進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低能源消耗；三是蓄水屋面設(shè)計(jì)，利用水蒸發(fā)的原理吸收屋面?zhèn)鳠崃浚_(dá)到保護(hù)屋面防水層的目的；四是通風(fēng)隔熱設(shè)計(jì)，利用通風(fēng)間層有效調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。

建筑屋面的保溫材料可選用巖棉板、擠塑聚苯乙烯泡沫塑料板以及聚氨酯硬泡沫塑料等。當(dāng)屋面選用B1 級(jí)保溫材料時(shí)，須與外墻之間采用不小于500 mm的不燃燒材料設(shè)置防火隔離帶，防水材料選用耐根刺防水卷材。

2.5 加強(qiáng)建筑室內(nèi)節(jié)能設(shè)計(jì)

建筑室內(nèi)節(jié)能設(shè)計(jì)包括室內(nèi)自然通風(fēng)設(shè)計(jì)、室內(nèi)照明設(shè)計(jì)和室內(nèi)聲環(huán)境設(shè)計(jì)等，在具體設(shè)計(jì)中要做好以下工作。

一是做好節(jié)能電器選取工作，科學(xué)選取節(jié)能電器，可以最大限度地節(jié)約耗能，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。在購(gòu)買(mǎi)節(jié)能電器時(shí)，要結(jié)合建筑設(shè)計(jì)要求和節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，合理選取相應(yīng)型號(hào)的節(jié)能電器，特別是雨水收集凈化系統(tǒng)以及樓宇智能化系統(tǒng)，要在設(shè)計(jì)階段充分考慮安裝工作的合理性和高效性，最大限度地減少能耗，提升室內(nèi)環(huán)境舒適度。

二是合理引入空氣能、太陽(yáng)能以及地?zé)崮艿刃履茉醇夹g(shù)。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要綜合考量建筑工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件出發(fā)，確定設(shè)計(jì)目標(biāo)，選擇相應(yīng)的新能源技術(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目標(biāo)。

三是在室內(nèi)設(shè)計(jì)中把科學(xué)化和人性化設(shè)計(jì)放到重要位置，在建筑材料和建筑資源選取上，提倡反復(fù)使用資源，從而實(shí)現(xiàn)降低能源消耗的目標(biāo)。

3 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的主要策略

3.1 采取合理的采光和通風(fēng)設(shè)計(jì)

自然光作為一種可再生能源，對(duì)于建筑節(jié)能設(shè)計(jì)至關(guān)重要。通過(guò)科學(xué)合理的自然采光設(shè)計(jì)，可以有效地節(jié)約照明能源，同時(shí)也能發(fā)揮自然采光的綠色環(huán)保優(yōu)勢(shì)。在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，為了有效發(fā)揮自然采光的作用，設(shè)計(jì)師必須注重窗戶(hù)的設(shè)計(jì)，最大限度地把太陽(yáng)光引入室內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能照明的目標(biāo)。

另外，對(duì)于建筑設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，保持良好的自然通風(fēng)條件，可以有效提高室內(nèi)空氣質(zhì)量，提升室內(nèi)環(huán)境舒適度。傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)中，自然通風(fēng)也是基本的設(shè)計(jì)要素。在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，發(fā)揮通風(fēng)裝置優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，把自然風(fēng)作為通風(fēng)的重要因素進(jìn)行設(shè)計(jì)。某住宅小區(qū)的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 某住宅小區(qū)的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)

3.2 提升圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱保溫功能

從建筑的整體結(jié)構(gòu)看，建筑外墻是耗能最大的部分。因此，為了達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的，在節(jié)能設(shè)計(jì)中要把建筑外墻作為首要要素進(jìn)行設(shè)計(jì)，以提升圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱保溫功能。一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)不同地區(qū)的氣候特點(diǎn)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱性能差別較大，比如在北方地區(qū)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)相對(duì)較低，因此需要采用導(dǎo)熱系數(shù)較低的隔熱材料，才能保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱保溫性能。對(duì)于建筑圍護(hù)保溫技術(shù)來(lái)說(shuō)，通常采用操作簡(jiǎn)單且高效的外保溫技術(shù)。對(duì)于建筑圍護(hù)隔熱技術(shù)來(lái)說(shuō)，由于不同地區(qū)的氣候條件不一樣，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱性能要求也不盡相同，因此地區(qū)不同，圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱方法也不一樣。從現(xiàn)代節(jié)能隔熱技術(shù)看，可以通過(guò)增強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)熱功能，延長(zhǎng)吸收太陽(yáng)能的時(shí)間。

3.3 采取合理的遮陽(yáng)措施

在現(xiàn)代建筑節(jié)能中，遮陽(yáng)作為一種流行要素，得到了一定的應(yīng)用。在具體設(shè)計(jì)中，通過(guò)把藝術(shù)元素和遮陽(yáng)裝置有機(jī)結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮日光調(diào)節(jié)的作用，達(dá)到降低能源消耗的目的。

一般而言，為最大限度地遮擋太陽(yáng)光，在節(jié)能設(shè)計(jì)中通常采用外遮陽(yáng)的方式。外遮陽(yáng)方式分為水平式、垂直式、綜合式和擋板式4 種。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)建筑的實(shí)際位置，把外遮陽(yáng)裝置安裝在向南方向和向西方向，并根據(jù)季節(jié)的變化進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)夏季遮陽(yáng)的目標(biāo)。

3.4 融入綠化元素

建筑綠化是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的基本要素，通過(guò)在建筑內(nèi)種植綠色植物，既可以為室內(nèi)提供良好的空氣條件，又可以發(fā)揮綠色植物遮陽(yáng)的功能，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，降低空調(diào)使用頻率，達(dá)到綠色節(jié)能的目的。一般而言，建筑節(jié)能綠化設(shè)計(jì)可分為屋頂綠化、外墻垂直綠化和室內(nèi)綠化3 種。外墻垂直綠化可以很好地發(fā)揮遮陽(yáng)的功能，而通過(guò)室內(nèi)綠化可以達(dá)到凈化室內(nèi)空氣的目的，提升室內(nèi)環(huán)境的居住質(zhì)量。

3.5 合理利用水資源

在綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，科學(xué)利用水資源也是節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。第一，合理利用自然水資源。在節(jié)能設(shè)計(jì)中，可以在建筑中設(shè)計(jì)流徑以收集雨水或者雪水，也可以利用凈水裝置過(guò)濾雨水或者雪水，以達(dá)到有效利用的目的。第二，合理利用其他水資源，滿足除飲用水之外的用水需求。例如，儲(chǔ)存的雨水可以用于澆花、洗車(chē)。第三，在建筑中設(shè)置節(jié)約用水裝置，有效約束人們減少浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水的目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

建筑節(jié)能設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要依據(jù)工程項(xiàng)目的基本設(shè)計(jì)要求，運(yùn)用綠色節(jié)能設(shè)計(jì)理念進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)。在節(jié)能設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分考量規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工等諸多環(huán)節(jié)，合理運(yùn)用水資源，強(qiáng)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱保溫功能，在設(shè)計(jì)中融入綠化理念，從而實(shí)現(xiàn)低成本、高節(jié)能的工程項(xiàng)目目標(biāo)，營(yíng)造綠色節(jié)能的建筑生活環(huán)境。