建筑設(shè)計(jì)與建筑節(jié)能技術(shù)

【學(xué)員問題】建筑設(shè)計(jì)與建筑節(jié)能？

【解答】一、建筑節(jié)能的重要性

目前世界范圍內(nèi)石油、煤炭、天然氣三種傳統(tǒng)能源日趨枯竭，人類將不得不轉(zhuǎn)向成本較高的生物能、水利、地?zé)?、風(fēng)力、太陽能和核能，而我國的能源問題更加嚴(yán)重。我國能源發(fā)展主要存在四大問題：①人均能源擁有量、儲備量低；②能源結(jié)構(gòu)依然以煤為主，約占75%.全國年耗煤量已超過13億噸；③能源資源分布不均，主要表現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)能源短缺和農(nóng)村商業(yè)能源供應(yīng)不足，造成北煤南運(yùn)、西氣東送、西電東送；④能源利用效率低，能源終端利用效率僅為33%，比發(fā)達(dá)國家低10%.隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，我國的建筑能耗逐年大幅度上升，已達(dá)全社會能源消耗量的32%，加上每年房屋建筑材料生產(chǎn)能耗約13%，建筑總能耗已達(dá)全國能源總消耗量的45%.我國現(xiàn)有建筑面積為400億㎡，絕大部分為高能耗建筑，且每年新建建筑近20億㎡，其中95%以上仍是高能耗建筑。如果我國繼續(xù)執(zhí)行節(jié)能水平較低的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，將留下很重的能耗負(fù)擔(dān)和治理困難。龐大的建筑能耗，已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)的巨大負(fù)擔(dān)。因此建筑行業(yè)全面節(jié)能勢在必行。全面的建筑節(jié)能有利于從根本上促進(jìn)能源資源節(jié)約和合理利用，緩解我國能源資源供應(yīng)與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的矛盾；有利于加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展；有利于長遠(yuǎn)地保障國家能源安全、保護(hù)環(huán)境、提高人民群眾生活質(zhì)量、貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀。

二、全面的建筑節(jié)能的涵義

全面的建筑節(jié)能，就是建筑全壽命過程中每一個(gè)環(huán)節(jié)節(jié)能的總和。是指建筑在選址、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造和使用過程中，通過采用節(jié)能型的建筑材料、產(chǎn)品和設(shè)備，執(zhí)行建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)建筑物所使用的節(jié)能設(shè)備的運(yùn)行管理，合理設(shè)計(jì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，提高采暖、制冷、照明、通風(fēng)、給排水和管道系統(tǒng)的運(yùn)行效率，以及利用可再生能源，在保證建筑物使用功能和室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量的前提下，降低建筑能源消耗，合理、有效地利用能源。全面的建筑節(jié)能是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，必須由國家立法、政府主導(dǎo)，對建筑節(jié)能作出全面的、明確的政策規(guī)定，并由政府相關(guān)部門按照國家的節(jié)能政策，制定全面的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)；要真正做到全面的建筑節(jié)能，還須由設(shè)計(jì)、施工、各級監(jiān)督管理部門、開發(fā)商、運(yùn)行管理部門、用戶等各個(gè)環(huán)節(jié)，嚴(yán)格按照國家的節(jié)能政策和節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，全面地貫徹執(zhí)行各項(xiàng)節(jié)能措施，從而使每一位公民真正樹立起全面的建筑節(jié)能觀，將建筑節(jié)能真正落到實(shí)處。

三、在建筑設(shè)計(jì)中貫徹落實(shí)全面的建筑節(jié)能建筑設(shè)計(jì)是全面的建筑節(jié)能中一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，有利于從源頭上杜絕能源的浪費(fèi)。

1.整體及外部環(huán)境的節(jié)能設(shè)計(jì)建筑整體及外部環(huán)境設(shè)計(jì)是在分析建筑周圍氣候環(huán)境條件的基礎(chǔ)上，通過選址、規(guī)劃、外部環(huán)境和體型朝向等設(shè)計(jì)，使建筑獲得一個(gè)良好的外部微氣候環(huán)境，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

（1）合理選址

建筑選址主要是根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂?、土質(zhì)、水質(zhì)、地形及周圍環(huán)境條件等因素的綜合狀況來確定。建筑設(shè)計(jì)中，既要使建筑在其整個(gè)生命周期中保持適宜的微氣候環(huán)境，為建筑節(jié)能創(chuàng)造條件，同時(shí)又要不破壞整體生態(tài)環(huán)境的平衡。

（2）合理的外部環(huán)境設(shè)計(jì)

在建筑位址確定之后，應(yīng)研究其微氣候特征。根據(jù)建筑功能的需求，應(yīng)通過合理的外部環(huán)境設(shè)計(jì)來改善既有的微氣候環(huán)境，創(chuàng)造建筑節(jié)能的有利環(huán)境，主要方法為：①在建筑周圍合理布置樹木、植被，既可有效地遮擋風(fēng)沙、凈化空氣，還能遮陽、降噪，從而減少空調(diào)能耗；②創(chuàng)造人工自然環(huán)境，如在建筑附近設(shè)置水面，利用水來平衡環(huán)境溫度、降風(fēng)沙及收集雨水等作用。

（3）合理的規(guī)劃和體型設(shè)計(jì)合理的建筑規(guī)劃和體型設(shè)計(jì)能有效地適應(yīng)惡劣的微氣候環(huán)境。它包括對建筑整體體量、建筑體型及建筑形體組合、建筑日照及朝向等方面的確定。像蒙古包的圓形平面，圓錐形屋頂能有效地適應(yīng)草原的惡劣氣候，起到減少建筑的散熱面積、抵抗風(fēng)沙的效果；對于沿海濕熱地區(qū)，引入自然通風(fēng)對節(jié)能非常重要，在規(guī)劃布局上，可以通過建筑的向陽面和背陰面形成不同的氣壓，即使在無風(fēng)時(shí)也能形成通風(fēng)，在建筑體型設(shè)計(jì)上形成風(fēng)洞，使自然風(fēng)在其中回旋得到極好的通風(fēng)效果，達(dá)到節(jié)能的目的。日照及朝向選擇的原則是冬季能獲得足夠的日照并避開主導(dǎo)風(fēng)向，夏季能利用自然通風(fēng)并防止太陽輻射。然而建筑的朝向、方位以及建筑總平面的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮多方面的因素，建筑受到社會歷史文化、地形、城市規(guī)劃、道路、環(huán)境等條件的制約，要想使建筑物的朝向均滿足夏季防熱和冬季保溫是困難的，因此，只能權(quán)衡各個(gè)因素之間的得失，找到一個(gè)平衡點(diǎn)，選擇出這一地區(qū)建筑的最佳朝向和較好朝向，盡量避免東西向日曬。

2.單體的節(jié)能設(shè)計(jì)單體的節(jié)能設(shè)計(jì)，主要是通過對建筑各部分的節(jié)能構(gòu)造設(shè)計(jì)、建筑內(nèi)部空間的合理分隔設(shè)計(jì)，以及一些新型建筑節(jié)能材料和設(shè)備的設(shè)計(jì)與選擇等，來更好地利用既有的建筑外部氣候環(huán)境條件，以達(dá)到節(jié)能和改善室內(nèi)微氣候環(huán)境的效果。（1）建筑各部位的節(jié)能構(gòu)造設(shè)計(jì)建筑各部位的節(jié)能構(gòu)造設(shè)計(jì)，主要是在滿足其作為建筑的基本組成部分的要求之外，通過對建筑各部位（屋頂、樓板、墻體、門窗、梁柱等）的造型、結(jié)構(gòu)、材料等方面加以進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分利用建筑建筑材料自身特性的有利條件，減少能耗和改善室內(nèi)微氣候環(huán)境，從而達(dá)到節(jié)能的效果。具體有以下五個(gè)方面：

1）屋頂?shù)墓?jié)能設(shè)計(jì)。屋頂是建筑物與室外大氣接觸的一個(gè)重要部分，也是建筑室內(nèi)與外部空間能量發(fā)生交換，造成室內(nèi)能量損失的主要部位之一。我們通常主要采取以下節(jié)能措施：①采用坡屋頂；②屋面設(shè)保溫層；③根據(jù)不同地區(qū)需要，設(shè)置保溫隔熱屋面（架空隔熱屋面、蓄水屋面、種植屋面等）。

2）樓板的節(jié)能設(shè)計(jì)。主要是利用其結(jié)構(gòu)中空空間，以及對房間頂板的吊頂造型加以設(shè)計(jì)利用。如將循環(huán)水管布置預(yù)制樓板的中空孔中或現(xiàn)澆板面上，夏季可以利用冷水循環(huán)降低室內(nèi)溫度，冬季利用熱水循環(huán)取暖。3）建筑外圍墻體的節(jié)能設(shè)計(jì)。墻體是建筑室內(nèi)與外部空間接觸面積很大，容易造成室內(nèi)能量損失的部位。墻體的節(jié)能設(shè)計(jì)，除了適應(yīng)不同地區(qū)的氣候條件，正常做好墻體保溫、防潮、隔熱等措施以外，還應(yīng)體現(xiàn)在改善微氣候環(huán)境條件的特殊構(gòu)造上，如寒冷地區(qū)的夾心墻體設(shè)計(jì)、被動式太陽房中各種蓄熱墻體（如水墻）設(shè)計(jì)以及國外較多采用的導(dǎo)風(fēng)墻體設(shè)計(jì)。如，在馬來西亞，楊經(jīng)文設(shè)計(jì)的檳榔嶼州MennaruUmno大廈外墻中，則外加了一種“捕風(fēng)墻”的特殊構(gòu)造設(shè)計(jì)，在建筑兩側(cè)設(shè)陽臺開口，開口兩側(cè)外墻上布置兩片擋風(fēng)墻，使兩通風(fēng)墻形成喇叭狀的口袋，將風(fēng)捕捉到陽臺內(nèi)，然后通過陽臺門的開口大小控制進(jìn)風(fēng)量，形成“空氣鎖”，可以有效地控制室內(nèi)通風(fēng)。

4）建筑門窗的節(jié)能設(shè)計(jì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，在我國既有的高耗能建筑中有40%的耗能是通過門窗散失的。因此，解決好門窗節(jié)能的問題相當(dāng)重要。門窗的節(jié)能設(shè)計(jì)主要考慮以下幾個(gè)方面：①控制建筑不同朝向的窗墻面積比，從而減少不利朝向外窗的能量損失。如在寒冷地區(qū)，盡量減少北向開窗面積可以有效減少建筑冬季能耗損失；②設(shè)置各種形式的外遮陽：我國節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，夏熱冬暖地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)中，夏季制冷負(fù)荷大的建筑的外窗（包括透明幕墻）宜設(shè)置外部遮陽；設(shè)置外遮陽后，建筑的夏季制冷能耗會有比較明顯的降低③合理地組織門窗的通風(fēng)換氣，盡量采用自然通風(fēng)，少用、不用空調(diào)通風(fēng)；④嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)建筑的外門宜設(shè)門斗或采取其它減少冷風(fēng)滲透的措施，其它地區(qū)建筑外門也應(yīng)采取保溫隔熱節(jié)能措施；⑤選擇節(jié)能性能高的建筑門窗和幕墻：建筑門窗和建筑幕墻要改變消極保溫隔熱的單一節(jié)能觀念，把節(jié)能和合理利用太陽能、地下熱（水）能、風(fēng)能結(jié)合起來，積極選擇節(jié)能和用能（利用太陽能、冷能、風(fēng)能、地?zé)崮埽┫嘟Y(jié)合的門窗及幕墻產(chǎn)品。

5）建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)細(xì)部的節(jié)能設(shè)計(jì)。細(xì)部的節(jié)能設(shè)計(jì)對于建筑物的整體節(jié)能也非常重要，應(yīng)從以下各部位著手：①熱橋部位應(yīng)采取可靠的保溫與“斷橋”措施，熱橋部位主要指建筑外維護(hù)結(jié)構(gòu)中熱量傳遞較快的鋼筋混凝土梁、柱、架空樓板等部位；②外墻出挑構(gòu)件及附墻部件，如陽臺、雨罩、靠外墻陽臺欄板、空調(diào)室外機(jī)擱板、附壁柱、凸窗、裝飾線等均應(yīng)采取隔斷熱橋和保溫措施；③窗口外側(cè)四周墻面應(yīng)進(jìn)行保溫處理；④門、窗框與墻體之間的縫隙，應(yīng)采用高效保溫材料填堵；⑤門、窗框四周與抹灰層之間的縫隙，宜采用保溫材料和嵌縫密封膏密封，避免不同材料界面開裂，影響門、窗的熱工性能；⑥采用全玻璃幕墻時(shí)，隔墻、樓板或梁與幕墻之間的間隙，應(yīng)填充保溫材料。

（2）合理的建筑空間設(shè)計(jì)

合理的空間設(shè)計(jì)是在充分滿足建筑使用功能要求的前提下，對建筑空間進(jìn)行合理分隔（平面分隔和豎向分隔），以改善室內(nèi)保溫、通風(fēng)、采光等微氣候條件，達(dá)到節(jié)能目的。如在北方寒冷地區(qū)的住宅設(shè)計(jì)中，就經(jīng)常將使用頻率較少的房間如廚房、餐廳、次臥室等房間布置在北側(cè)，形成對北側(cè)寒冷空氣的“溫度阻尼區(qū)”，從而達(dá)到節(jié)能及保證使用頻率較多房間的舒適度的目的；在有采暖空調(diào)房間的建筑里，盡量將采暖空調(diào)房間集中布置，以避免在采暖空調(diào)房間與非采暖空調(diào)房間之間發(fā)生大面積的能量交換，造成大量能量浪費(fèi)。國外，在印度柯里亞的管式住宅及干城章嘉公寓樓的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師通過對不同需求空間的豎向分隔，達(dá)到了極佳的通風(fēng)降溫效果。

3.選用建筑節(jié)能材料

合理選用建筑節(jié)能材料也是全面實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的一個(gè)重要方面。建筑材料的選擇應(yīng)遵循健康、高效、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的原則。一方面，隨著科技的發(fā)展，大量的新型高效材料會不斷被研制出來并應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)中去，更好地起到了節(jié)能作用。如新型保溫材料、防水材料在墻體、屋面構(gòu)造中的應(yīng)用，達(dá)到了更好的保溫防潮效果；新型隔熱玻璃和框體材料在建筑外門窗中的應(yīng)用，起到了更好的隔熱降耗效果；采用可調(diào)節(jié)的鋁材遮陽板，達(dá)到遮陽的目的。另一方面，要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，發(fā)掘出一些地方節(jié)能材料，更好地應(yīng)用到建筑節(jié)能中去。

4.建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)加強(qiáng)建筑節(jié)能方面的認(rèn)識和學(xué)習(xí)

（1）深刻認(rèn)識是建筑師做好節(jié)能設(shè)計(jì)的保證

當(dāng)前，很多建筑師對建筑節(jié)能對于我們國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重大意義理解不夠，對建筑節(jié)能技術(shù)的了解跟不上時(shí)代發(fā)展，以至于不能把節(jié)能設(shè)計(jì)完全有效的做好，只是設(shè)計(jì)時(shí)套用標(biāo)準(zhǔn)圖，造成設(shè)計(jì)中被動應(yīng)付節(jié)能設(shè)計(jì)審查的局面，節(jié)能設(shè)計(jì)缺乏主動性。所以政府主管部門應(yīng)加強(qiáng)對建筑節(jié)能方面的宣傳力度，加強(qiáng)對建筑師的培訓(xùn)教育工作，使他們在思想上有個(gè)根本轉(zhuǎn)變，使建筑節(jié)能設(shè)計(jì)變被動為主動。

（2）學(xué)習(xí)建筑節(jié)能新“理念”

推行節(jié)能理念，我們的眼睛不僅要“向外看”，引進(jìn)學(xué)習(xí)國外先進(jìn)節(jié)能技術(shù)，而且更要學(xué)會“向內(nèi)看”，從傳統(tǒng)建筑模式、風(fēng)格中學(xué)習(xí)節(jié)能辦法。強(qiáng)調(diào)建筑節(jié)能發(fā)展的民族性、地域性應(yīng)該是當(dāng)代建筑師們的共同理念。中國傳統(tǒng)民居都蘊(yùn)含了豐富的節(jié)能理念，是我們國家古已有之的節(jié)能典范。京津地區(qū)的四合院以房子包圍院子的建筑方式，有效地減少了冷空氣入侵，符合京津一帶夏季炎熱，冬季嚴(yán)寒的氣候特點(diǎn)。桂北風(fēng)格的吊腳樓，橫梁對穿，上鋪木板呈懸空閣樓，繞樓三面有懸空的走廊，廊沿裝有木欄扶手，符合南方夏季炎熱、濕度大、空氣流通需求量高的特點(diǎn)。其他如嶺南風(fēng)格的騎樓長街、陜北風(fēng)格的窯洞、草原風(fēng)格的蒙古包等，它們的建筑形式和用料都能帶給建筑師們以無窮的啟示。因此，可以說，中國傳統(tǒng)民居都是在與周邊生態(tài)環(huán)境共存共生的條件下，各類功能利用與自然環(huán)境達(dá)到完美效果的典范，并且各自擁有獨(dú)立的形態(tài)樣式，可以成為當(dāng)代建筑節(jié)能的借用范式。

5.結(jié)語

我國建筑能耗在能源總消耗量中占很大部分，建筑行業(yè)全面節(jié)能勢在必行，而建筑設(shè)計(jì)是其中一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。建筑設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐氖聦?shí)條件比如地理環(huán)境、氣候條件，按照國家的節(jié)能政策和節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，在傳統(tǒng)民居中吸取營養(yǎng)，充分地利用地方材料，從建筑的整體及外部環(huán)境、單體設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體及細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)等方面全方位進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)。

以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實(shí)際工作中遇到的問題整理而成，供參考，如有問題請及時(shí)溝通、指正。