淺析建筑設計中的節能設計 (1)

1、CONSTRUCTION城市建設2010年總第64期淺析建筑設計中的節能設計劉曉慶摘要：推進建筑節能是一項節約能源、保護環境、促進經濟社會可持續發展的重要工作，有利用提高人民生活質量和改善建筑條件。本文對建筑設計中建筑節能的重要性、節能設計途徑及應用進行了闡述，以供同行參考。關鍵詞：建筑節能設計；重要性；途徑1建筑設計中建筑節能的基本概念及重要性1.1什么是建筑節能建筑節能在近年來普遍稱作“提高建筑中的能源利用效率”也就是說并不是消極意

2、義上的節能而是從積極意義上提高利用效率。即在建筑中合理使用和有效利用能源不斷提高能源利用效率。建筑節能應包括采暖、空調、熱水供應、炊事、照明、家用電器等方面的能耗。即屬于民生能耗一般占全國總能耗的30%～40%左右。由于建筑用能關系到國計民生量大面廣因此節約建筑用能是建筑設計中的重中之重。1.2建筑節能的重要性1.2.1建筑節能是發展國民經濟的需要經濟的發展依賴于能源的發展需要能源提供動力。1990～1995年第8個五年計劃期間我國生產

3、總值平均每年增長12%而一次商品能源平均每年增長才有316%。這種能源生產的增長速度滯后于國內生產總值的增長速度將嚴重影響我國的經濟發展。因此能源短缺對我國經濟的發展是一個根本性的制約因素。我們要發展國民經濟就非依賴于節能不可。近年來高耗能建筑不斷大量興建采暖、空調、熱水供應、炊事、照明、家用電器等方面的建筑用能繼續急劇增長勢必會限制國家經濟的發展。因此為了國民經濟持續、快捷、健康的發展就必須搞好建筑節能。1.2.2建筑節能是改善廣大人

4、民的建筑熱環境的需要隨著現代化建設的發展和人民生活水平的提高舒適的建筑熱環境越來越成為人們生活的需要。我國氣候冬冷夏熱的問題是相當突出的。冬天需要采暖夏天想要空調而采暖和制冷都需要能源其中對優質能源的需求量增長更快。而我國的能源供應特別是優質能源如電力、燃氣的供應目前還很緊張也就是說從總體上看只有大力開發能源并在注意節能的條件下改善人民的建筑熱環境這種改善才有可能。1.2.3建筑節能是貫徹國家可持續發展戰略的重大部署在我國人均可采能源儲

5、量不豐建筑用能巨大大氣污染嚴重居民又對改善冬寒夏熱的環境要求迫切因此把建筑節能工作真正落實到設計中去這是至關重要的?，F在國家已十分明確地把實施可持續發展戰略作為頭等大事要求我們付諸行動結合我們建筑設計的情況就必須抓緊建筑節能堅決遏制建筑用能浪費嚴重把建筑節能工作切實做好。2建筑設計中建筑節能的基本途徑2.1房屋各部位的絕熱（1）屋頂的絕熱:一般采用屋頂外側絕熱方式。為了防止“烘烤”現象可以設法通風換氣。同時還應正確選用絕熱材料。（2）墻

6、壁的絕熱:一般宜采用墻壁外側絕熱方式。外側的絕熱層要有相當大的傳熱熱阻。同時應處理好防止內部結露的問題。（3）地面的絕熱:地面與普通地板相比冬季的熱損失較少這從節能的角度來看是有利的但考慮到南方又濕又熱的氣候因素對地面進行全面絕熱還是必要的。一般可采用內側絕熱的方式但是為了防止土中濕氣侵入室內可加設防潮層。（4）門窗的絕熱:窗的結構形式常采用以下3種方法:①利用雙層窗玻璃在寒冷地區可以設置三層窗。②利用能反射紅外線的玻璃或利用貼有能反射

7、紅外線的合成樹脂薄膜的玻璃。③利用上述二者的復合形式。同時應合理選擇窗內材料在既需采暖又需制冷的地區原則上宜選用以吸熱玻璃、熱反射玻璃為原料制成的中空玻璃。同時也應指出在我國目前的經濟條件下應努力發展和推廣在普通玻璃上貼隔熱膜的做法以代替節能玻璃的使用。在密封材料上，應改變目前在同一密封部位僅采用單一材料進行密封的做法應采用在性能上互為補充的多種密封材料在同一部位進行密封則接縫具有更好的綜合性能。并應逐步推廣采用三級密封方式。2.2采暖

8、的節能途徑在建筑設計中主要從以下5個方面來考慮：（1）在建筑設計中充分利用各種可能條件促進輻射熱進入室內。（2）在建筑設計中從表面的輻射、開口部位的輻射和部位內的輻射諸方面的條件來抑制輻射熱的損失。（3）在建筑設計中可以分別從減小溫度差、導熱面積、導熱系數或增加材料厚度(材質相同時)諸方面來抑制導熱損失。（4）在建筑設計中可以分別從風勢、開口部位和縫隙以及冷風的性狀諸方面來抑制對流熱損失。（5）在建筑設計中通過建筑造型和材料的選擇達到蓄

9、熱效果的充分利用。2.3制冷的節能途徑設計時制冷的節能途徑主要從以下6個方面來考慮：（1）設計時考慮障礙物的存在、太陽照射的方向性、開口部位的處理以及反射和再輻射諸因素來抑制輻射熱進入室內。（2）設計時要采取必要措施防止地面產生反射和二次輻射以達到抑制導熱傳熱進入室內。（3）采取措施抑制對流熱進入室內。（4）可將采暖時抑制熱從室內散失的方法完全顛倒過程使用從而促進輻射熱從室內散失。（5）可以利用采暖時抑制導熱散失完全相反的方法來促進導熱

10、散熱。（6）利用自然通風、在建筑物最高處設置排氣孔以及人造風等措施促進對流散熱。2.4照明的節能照明節能的要點在于不使用照明設備或者使用很少的能耗得到需要的照度及其均勻的照度分布狀態總之要求得到合理的采光和照明。其節能途徑有如下幾種：（1）設計時提高所有建筑部位(包括開口部位在內)及室內的所有物體的光反射系數可以有效地控制光的損失。也可以把所有擴散性的反射面都作成白色而使照度均勻分布。（2）設計時注意建筑部位的朝向以便能夠接受到日照充分

11、利用太陽照射和天空光。在途中有反射時要考慮到反射面的面積和反射系數以及反射方向等條件。另外利用天窗、照亮室內頂棚、擴散照在窗上的陽光、利用上層的光亮也是照明節能的途徑。（3）采用高效率光源提高照明設備的效率。根據不同亮度的要求可以采用整體照明和局部照明結合的方法。建筑設計284CONSTRUCTION城市建設2010年總第64期3住宅建筑中節能設計的應用3.1建筑平面設計中的節能設計建筑平面設計包括形狀、建筑長度、寬度、幢深與平面布局等

12、方面的設計。3.1.1建筑平面形狀中節能的設計建筑設計時從節能的角度考慮原則上應使圍護結構的總面積越小越好。這是因為:在相同的建筑體積V下由于圍護結構的總面積不同熱耗相差很大。設計時應注意使圍護結構面積A與建筑體積V之比為最小。3.1.2建筑長度中節能的設計住宅建筑的長度與建筑熱耗間有一定的比例關系。根據有關資料表明:增加住宅建筑的長度可以節能。長度小于100m能量增加較大。例如從100m減少至50m能耗增加8%～10%從100m減少至

13、25m對于5層住宅能耗增加25%9層住宅能耗增加17%～21%。3.1.3建筑寬度中節能的設計根據有關資料表明:增加建筑寬度可以節能。對于9層住宅建筑寬度由11m增加到14m能耗可減少6%～7%若增大到15～16m能耗可減少12%～14%。3.1.4建筑幢深中節能的設計建筑幢深即建筑物沿縱向軸線方向的總尺寸。對于單幢建筑物來說當其層數相同而幢深不同時隨幢深的加大建筑的傳熱耗熱指標明顯降低。有資料表明:建筑面積為1000m2幢深由9m加大

14、到12m時其單位面積耗熱(Wm2)由41.2Wm2降低到36.85Wm2這表明加大幢深具有顯著的節能效果。3.1.5建筑平面布局中節能設計建筑平面布局不僅對建筑的合理使用及提高室內熱舒適度有著決定性的影響對于建筑節能亦有很大作用。主要從以下兩方面考慮:①熱環境的合理分區:由于人們對不同房間的使用要求及在其中的活動狀況各不相同因而人們對不同房間室內熱環境的需求也各異。在設計中可根據不同熱環境的需求而合理分區即將熱環境質量要求相近的房間相對

15、集中布置這樣做既有利于對不同區域分別控制又可將對熱環境質量要求較高(或較低)的房間集中設置于平面中溫度相對較高(或較低)的區域從而取得最大限度利用日輻射保持室內具有較高溫度同時減少供熱能耗的效果。②溫度阻尼區的設置:為了保證主要使用房間(或熱環境質量要求較高的分區)的室內熱環境可在該熱環境區與溫度很低的室外空間之間結合使用情況設置各式各樣的溫度阻尼區這些阻尼區就象是一道“熱閘”不但可使房間外墻的傳熱損失減少40%～50%而且大大減少了房

16、間的冷風滲透從而減少了建筑的滲透熱損失。設于南向的溫度阻尼區可當作附加日光間來使用是冬季減少耗熱的一個有效措施。3.2建筑體型設計中節能設計從節能的角度講合理的設計應基于以下原理即應使南墻面吸收的輻射熱量為最大且盡可能地大于其向外散失的熱量以將這部分熱量用于補償建筑的凈負荷?；谶@一思想在考慮建筑體型對節能的影響時主要應對下述一些因素有所把握。（1）控制體型系數:體型系數系指建筑物與室外大氣接觸的外表面積(不計地面)與其所包圍的建筑體積

17、之比。體型系數越大說明單位建筑空間所分擔的熱散失面積越大能耗就越多。有研究資料表明體型系數每增大0.01耗熱量指標約增加2.5%。一般宜控制在0.30以下。（2）控制表面面積系數:從獲取更多的日照輻射降低能耗的觀點來看表面面積系數越小越好。從節能意義上來說長軸朝向東西的長方形體型最好正方形次之而長軸朝向南北方向的長方形體型的建筑節能效果最差。（3）考慮日輻射得熱量選擇適當的長寬比:對正南朝向來說一般是長寬比愈大得熱也愈多。但須注意隨著朝

18、向的變化其得熱量會逐漸減少。當偏角達到67時各種長寬比體型建筑的得熱基本趨于一致。而當偏角為90時則長寬比越大得熱越少。（4）最低耗能體型的選擇:所謂最低耗能體型是指建筑的各方面尺寸與其有效傳熱系數相對應的最佳節能體型。一般來講當各面的平均有效傳熱系數不同時傳熱系數相對較小的面具有相應較大面積的體型是最佳體型而當各面的平均傳熱系數相同時體型系數最小的體型是最佳體型。3.3建筑規劃設計中節能設計（1）建筑朝向與節能的關系:建筑物的朝向對于

19、建筑節能有很大的影響。例如同是長方形建筑物當其為南北向時耗熱較少。而且在面積相同的情況下主朝向的面積越大這種傾向越明顯。（2）建筑間距與節能的關系:從節能角度考慮要求建筑物南墻面的太陽輻射面積在整個采暖季中不要因被其他建筑遮擋(即處于其他建筑的陰影區內)而減少。為此就需要研究建筑物各瞬時的陰影長度。瞬時陰影長度是隨時間而變的它主要取決于建筑間距。（3）建筑密度與節能的關系:在城市用地十分緊張的形勢下嚴格按節能要求決定較大建筑間距從而建造

20、低密的城市建筑群是很不現實的。為此必須研究建筑節能與合理的提高建筑密度問題。從保證節能效益的前提來提高建筑密度。其最直接、最有效的方法莫過于適當縮短南墻面的日照時間。除縮短南墻日照時間外在建筑的單體設計中還可以采用退層處理、降低層高等方法也可有效縮小建筑間距對于提高建筑密度具有重要意義。3.4建筑設計中窗的節能設計（1）窗墻比、玻璃層數及朝向對節能的影響:有資料表明:南向窗戶的窗墻比增加時單層窗節能率下降而雙層鋼窗卻上升這說明南向雙層窗

21、的輻射得熱量大于窗的熱耗而使南向窗成為得熱構件。東向和北向的單層窗節能率隨窗墻比增加而下降而雙層窗也隨窗墻比的增加而略有增加。同時還應注意窗戶成為得熱或耗熱構件還與建筑所在地區氣可使室內的日輻射得熱量大于窗的熱耗損失量而成為得熱構件而在長春既使采用雙層窗也依然是耗熱構件。（2）附加物對窗節能效果的影響:保溫窗簾和保溫板對減少夜間窗的熱耗起著重要的作用。住宅的陽臺在冬季對窗接受太陽輻射有一定的遮擋遮擋的程度取決于陽臺的挑出長度和朝向。南向

22、陽臺挑出長度大于0.5m之后節能率是下降的而東向陽臺的挑出長度則對節能率影響不大。（3）不同氣候區窗的設計:進行窗的設計應根據地區的不同選擇層數不同的窗戶構件使其在本地區盡可能成為得熱構件。在窗墻比的選擇上應區別不同的朝向。對南向窗戶在選擇合適層數及采取有效措施減少熱耗的前提下可適當增加窗戶面積充分利用太陽輻射熱而對其他朝向的窗戶應在滿足居室采光環境質量要求的條件下適當減少開窗面積以降低熱耗。（4）改進窗戶熱工性能的措施:有以下幾方面：

23、①加強窗戶的氣密性:除了采用氣密條提高外窗氣密水平外還應提高窗用型材的規格尺寸、準確度、尺寸穩定性和組裝的精確度以增加開啟縫隙部位的搭接量減少開啟縫的寬度達到減少空氣滲透的目的。②改善鑲嵌部分的保溫能力:其主要方法是設法增加其空間層數和提高鑲嵌材料對紅外線的反射能力以改善其保溫性能。③加強窗框部分的保溫措施:其主要方法是對窗框進行斷熱處理用高效保溫材料鑲嵌于金屬窗框之間加大窗框的熱阻或利用空腹鋼窗內的空氣間層達到增加窗框熱阻的目的。同時