建筑设计中节能设计的重要性

摘要：推进建筑节能是一项节约能源、保护环境、促进经济社会可持续发展的重要工作，有利用提高人民生活质量和改善建筑条件。本文对建筑设计中建筑节能的重要性、节能设计途径及应用进行了阐述，以供同行参考。

关键词：建筑节能设计；重要性；途径

1建筑设计中建筑节能的基本概念及重要性

1.1什么是建筑节能

建筑节能在近年来普遍称作“提高建筑中的能源利用效率”,也就是说,并不是消极意义上的节能,而是从积极意义上提高利用效率。

即在建筑中合理使用和有效利用能源,不断提高能源利用效率。建筑节能应包括采暖、空调、热水供应、炊事、照明、家用电器等方面的能耗。即属于民生能耗,一般占全国总能耗的30%～40%左右。由于建筑用能关系到国计民生,量大面广,因此节约建筑用能是建筑设计中的重中之重。

1.2建筑节能的重要性

1.2.1建筑节能是发展国民经济的需要经济的发展依赖于能源的发展,需要能源提供动力。1990～1995年第8个五年计划期间,我国生产总值平均每年增长12%,而一次商品能源平均每年增长才有316%。这种能源生产的增长速度滞后于国内生产总值的增长速度,将严重影响我国的经济发展。因此,能源短缺对我国经济的发展是一个根本性的制约因素。我们要发展国民经济,就非依赖于节能不可。近年来高耗能建筑不断大量兴建,采暖、空调、热水供应、炊事、照明、家用电器等方面的建筑用能继续急剧增长,势必会限制国家经济的发展。因此,为了国民经济持续、快捷、健康的发展,就必须搞好建筑节能。

1.2.2建筑节能是改善广大人民的建筑热环境的需要随着现代化建设的发展和人民生活水平的提高,舒适的建筑热环境越来越成为人们生活的需要。我国气候冬冷夏热的问题是相当突出的。冬天需要采暖,夏天想要空调,而采暖和制冷都需要能源,其中对优质能源的需求量增长更快。而我国的能源供应特别是优质能源如电力、燃气的供应目前还很紧张,也就是说,从总体上看,只有大力开发能源,并在注意节能的条件下改善人民的建筑热环境,这种改善才有可能。

1.2.3建筑节能是贯彻国家可持续发展战略的重大部署在我国,人均可采能源储量不丰,建筑用能巨大,大气污染严重,居民又对改善冬寒夏热的环境要求迫切,因此,把建筑节能工作真正落实到设计中去,这是至关重要的。现在,国家已十分明确地把实施可持续发展战略作为头等大事,要求我们付诸行动,结合我们建筑设计的情况,就必须抓紧建筑节能,坚决遏制建筑用能浪费严重,把建筑节能工作切实做好。

2建筑设计中建筑节能的基本途径

2.1房屋各部位的绝热

（1）屋顶的绝热:一般采用屋顶外侧绝热方式。为了防止“烘烤”

现象,可以设法通风换气。同时还应正确选用绝热材料。

（2）墙壁的绝热:一般宜采用墙壁外侧绝热方式。外侧的绝热层要有相当大的传热热阻。同时应处理好防止内部结露的问题。

（3）地面的绝热:地面与普通地板相比,冬季的热损失较少,这从节能的角度来看是有利的,但考虑到南方又湿又热的气候因素,对地面进行全面绝热还是必要的。一般可采用内侧绝热的方式,但是,为了防止土中湿气侵入室内,可加设防潮层。

（4）门窗的绝热:窗的结构形式常采用以下3种方法:①利用双层窗玻璃,在寒冷地区可以设置三层窗。②利用能反射红外线的玻璃或利用贴有能反射红外线的合成树脂薄膜的玻璃。③利用上述二者的复合形式。同时应合理选择窗内材料,在既需采暖又需制冷的地区,原则上宜选用以吸热玻璃、热反射玻璃为原料制成的中空玻璃。同时也应指出,在我国目前的经济条件下,应努力发展和推广在普通玻璃上贴隔热膜的做法,以代替节能玻璃的使用。在密封材料上，应改变目前在同一密封部位仅采用单一材料进行密封的做法,应采用在性能上互为补充的多种密封材料在同一部位进行密封,则接缝具有更好的综合性能。并应逐步推广采用三级密封方式。

2.2采暖的节能途径

在建筑设计中,主要从以下5个方面来考虑：

（1）在建筑设计中,充分利用各种可能条件促进辐射热进入室内。

（2）在建筑设计中从表面的辐射、开口部位的辐射和部位内的辐射诸方面的条件来抑制辐射热的损失。

（3）在建筑设计中可以分别从减小温度差、导热面积、导热系数或增加材料厚度(材质相同时)诸方面来抑制导热损失。

（4）在建筑设计中,可以分别从风势、开口部位和缝隙以及冷风的性状诸方面来抑制对流热损失。

（5）在建筑设计中,通过建筑造型和材料的选择达到蓄热效果的充分利用。

2.3制冷的节能途径

设计时制冷的节能途径主要从以下6个方面来考虑：

（1）设计时考虑障碍物的存在、太阳照射的方向性、开口部位的处理以及反射和再辐射诸因素来抑制辐射热进入室内。

（2）设计时要采取必要措施防止地面产生反射和二次辐射以达到抑制导热传热进入室内。

（3）采取措施抑制对流热进入室内。

（4）可将采暖时抑制热从室内散失的方法完全颠倒过程使用,从而促进辐射热从室内散失。

（5）可以利用采暖时抑制导热散失完全相反的方法来促进导热散热。

（6）利用自然通风、在建筑物最高处设置排气孔以及人造风等措施促进对流散热。

2.4照明的节能

照明节能的要点,在于不使用照明设备,或者使用很少的能耗,得到需要的照度及其均匀的照度分布状态,总之,要求得到合理的采光和照明。其节能途径有如下几种：

（1）设计时提高所有建筑部位(包括开口部位在内)及室内的所有物体的光反射系数,可以有效地控制光的损失。也可以把所有扩散性的反射面都作成白色而使照度均匀分布。

（2）设计时,注意建筑部位的朝向,以便能够接受到日照,充分利用太阳照射和天空光。在途中有反射时,要考虑到反射面的面积和反射系数以及反射方向等条件。另外,利用天窗、照亮室内顶棚、扩散照在窗上的阳光、利用上层的光亮也是照明节能的途径。

（3）采用高效率光源,提高照明设备的效率。根据不同亮度的要求,可以采用整体照明和局部照明结合的方法。

3住宅建筑中节能设计的应用

3.1建筑平面设计中的节能设计

建筑平面设计包括形状、建筑长度、宽度、幢深与平面布局等方面的设计。

3.1.1建筑平面形状中节能的设计

建筑设计时,从节能的角度考虑,原则上应使围护结构的总面积越小越好。这是因为:在相同的建筑体积V下,由于围护结构的总面积不同,热耗相差很大。设计时应注意使围护结构面积A与建筑体积V之比为最小。

3.1.2建筑长度中节能的设计

住宅建筑的长度与建筑热耗间有一定的比例关系。根据有关资料表明:增加住宅建筑的长度可以节能。长度小于100m,能量增加较大。例如,从100m减少至50m,能耗增加8%～10%,从100m减少至25m,对于5层住宅,能耗增加25%,9层住宅,能耗增加17%～21%。

3.1.3建筑宽度中节能的设计

根据有关资料表明:增加建筑宽度可以节能。对于9层住宅建筑,宽度由11m增加到14m,能耗可减少6%～7%,若增大到15～16m,能耗可减少12%～14%。

3.1.4建筑幢深中节能的设计

建筑幢深即建筑物沿纵向轴线方向的总尺寸。对于单幢建筑物来说,当其层数相同而幢深不同时,随幢深的加大,建筑的传热耗热指标明显降低。有资料表明:建筑面积为1000m2,幢深由9m加大到12m时,其单位面积耗热(W/m2)由41.2W/m2降低到36.85W/m2,这表明加大幢深具有显著的节能效果。

3.1.5建筑平面布局中节能设计

建筑平面布局不仅对建筑的合理使用及提高室内热舒适度有着决定性的影响,对于建筑节能亦有很大作用。主要从以下两方面考虑:①热环境的合理分区:由于人们对不同房间的使用要求及在其中的活动状况各不相同,因而,人们对不同房间室内热环境的需求也各异。

在设计中,可根据不同热环境的需求而合理分区,即将热环境质量要求相近的房间相对集中布置,这样做,既有利于对不同区域分别控制,又可将对热环境质量要求较高(或较低)的房间集中设置于平面中温度相对较高(或较低)的区域,从而取得最大限度利用日辐射,保持室内具有较高温度,同时减少供热能耗的效果。②温度阻尼区的设置:为了保证主要使用房间(或热环境质量要求较高的分区)的室内热环境,可在该热环境区与温度很低的室外空间之间,结合使用情况,设置各式各样的温度阻尼区,这些阻尼区就象是一道“热闸”,不但可使房间外墙的传热损失减少40%～50%,而且大大减少了房间的冷风渗透,从而减少了建筑的渗透热损失。设于南向的温度阻尼区可当作附加日光间来使用,是冬季减少耗热的一个有效措施。

3.2建筑体型设计中节能设计

从节能的角度讲,合理的设计应基于以下原理,即应使南墙面吸收的辐射热量为最大,且尽可能地大于其向外散失的热量,以将这部分热量用于补偿建筑的净负荷。基于这一思想,在考虑建筑体型对节能的影响时,主要应对下述一些因素有所把握。

（1）控制体型系数:体型系数系指建筑物与室外大气接触的外表面积(不计地面)与其所包围的建筑体积之比。体型系数越大,说明单位建筑空间所分担的热散失面积越大,能耗就越多。有研究资料表明,体型系数每增大0.01,耗热量指标约增加2.5%。一般宜控制在0.30以下。

（2）控制表面面积系数:从获取更多的日照辐射,降低能耗的观点来看,表面面积系数越小越好。从节能意义上来说,长轴朝向东西的长方形体型最好,正方形次之,而长轴朝向南北方向的长方形体型的建筑节能效果最差。

（3）考虑日辐射得热量,选择适当的长宽比:对正南朝向来说,一般是长宽比愈大得热也愈多。但须注意,随着朝向的变化,其得热量会逐渐减少。当偏角达到67°时,各种长宽比体型建筑的得热基本趋于一致。而当偏角为90°时,则长宽比越大,得热越少。

（4）最低耗能体型的选择:所谓最低耗能体型,是指建筑的各方面尺寸与其有效传热系数相对应的最佳节能体型。一般来讲,当各面的平均有效传热系数不同时,传热系数相对较小的面具有相应较大面积的体型是最佳体型;而当各面的平均传热系数相同时,体型系数最小的体型是最佳体型。

3.3建筑规划设计中节能设计

（1）建筑朝向与节能的关系:建筑物的朝向对于建筑节能有很大的影响。例如,同是长方形建筑物,当其为南北向时,耗热较少。而且,在面积相同的情况下,主朝向的面积越大,这种倾向越明显。

（2）建筑间距与节能的关系:从节能角度考虑,要求建筑物南墙面的太阳辐射面积在整个采暖季中不要因被其他建筑遮挡(即处于其他建筑的阴影区内)而减少。为此,就需要研究建筑物各瞬时的阴影长度。瞬时阴影长度是随时间而变的,它主要取决于建筑间距。

（3）建筑密度与节能的关系:在城市用地十分紧张的形势下,严格按节能要求决定较大建筑间距从而建造低密的城市建筑群是很不现实的。为此必须研究建筑节能与合理的提高建筑密度问题。从保证节能效益的前提来提高建筑密度。其最直接、最有效的方法,莫过于适当缩短南墙面的日照时间。除缩短南墙日照时间外,在建筑的单体设计中,还可以采用退层处理、降低层高等方法,也可有效缩小建筑间距,对于提高建筑密度,具有重要意义。

3.4建筑设计中窗的节能设计

（1）窗墙比、玻璃层数及朝向对节能的影响:有资料表明:南向窗户的窗墙比增加时,单层窗节能率下降,而双层钢窗却上升这说明南向双层窗的辐射得热量大于窗的热耗而使南向窗成为得热构件。

东向和北向的单层窗节能率随窗墙比增加而下降,而双层窗也随窗墙比的增加而略有增加。同时还应注意,窗户成为得热或耗热构件,还与建筑所在地区气可使室内的日辐射得热量大于窗的热耗损失量而成为得热构件,而在长春,既使采用双层窗也依然是耗热构件。

（2）附加物对窗节能效果的影响:保温窗帘和保温板对减少夜间窗的热耗起着重要的作用。住宅的阳台在冬季对窗接受太阳辐射有一定的遮挡,遮挡的程度取决于阳台的挑出长度和朝向。南向阳台挑出长度大于0.5m之后,节能率是下降的,而东向阳台的挑出长度则对节能率影响不大。

（3）不同气候区窗的设计:进行窗的设计,应根据地区的不同,选择层数不同的窗户构件,使其在本地区尽可能成为得热构件。在窗墙比的选择上,应区别不同的朝向。对南向窗户,在选择合适层数及采取有效措施减少热耗的前提下可适当增加窗户面积,充分利用太阳辐射热;而对其他朝向的窗户,应在满足居室采光环境质量要求的条件下适当减少开窗面积以降低热耗。

（4）改进窗户热工性能的措施:有以下几方面：①加强窗户的气密性:除了采用气密条,提高外窗气密水平外,还应提高窗用型材的规格尺寸、准确度、尺寸稳定性和组装的精确度以增加开启缝隙部位的搭接量,减少开启缝的宽度达到减少空气渗透的目的。②改善镶嵌部分的保温能力:其主要方法是设法增加其空间层数和提高镶嵌材料对红外线的反射能力以改善其保温性能。③加强窗框部分的保温措施:其主要方法是对窗框进行断热处理,用高效保温材料镶嵌于金属窗框之间,加大窗框的热阻,或利用空腹钢窗内的空气间层达到增加窗框热阻的目的。同时,选用导热系数较小的塑料窗框以减少通过窗框部分的热耗。

4结束语

在我国经济社会发展进入新的历史阶段,中央明确提出建设节约型社会,切实保护和合理利用各种资源,提高资源利用效率,以尽可能少的资源消耗获得最大的经济效益和社会效益。只有真正认识到它的重要性,我们才能从实际出发,从自身出发,不断创新,真正的设计出能普遍适用于社会,带来真正产生节约效益的产品。