摘 要:我國是世界上每年新建建筑量最大的國家,每年20億平方米新建面積,相當于消耗了全世界40%的水泥和鋼材,同時每年產生數以億計的建筑垃圾,給中國乃至世界帶來巨大的環境威脅。全面的建筑節能有利于從根本上促進能源資源節約和合理利用,緩解我國能源資源供應與經濟社會發展的矛盾;有利于加快發展循環經濟,實現經濟社會的可持續發展;有利于長遠地保障國家能源安全、保護環境、提高人民群眾生活質量、貫徹落實科學發展觀。
關鍵詞:建筑節能,節能設計,建筑設計
一、建筑節能的重要性
目前世界范圍內石油、煤炭、天然氣三種傳統能源日趨枯竭,人類將不得不轉向成本較高的生物能、水利、地熱、風力、太陽能和核能,而我國的能源問題更加嚴重。我國能源發展主要存在四大問題:①人均能源擁有量、儲備量低;②能源結構依然以煤為主,約占75%。全國年耗煤量已超過1 3億噸;③能源資源分布不均,主要表現在經濟發達地區能源短缺和農村商業能源供應不足,造成北煤南運、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%,比發達國家低1 0%。隨著城市建設的高速發展,我國的建筑能耗逐年大幅度上升,已達全社會能源消耗量的32%,加上每年房屋建筑材料生產能耗約1 3%,建筑總能耗已達全國能源總消耗量的45%。龐大的建筑能耗,已經成為國民經濟的巨大負擔。
二、在建筑設計中貫徹落實全面的建筑節能
建筑設計是全面的建筑節能中一個很重要的環節,有利于從源頭上杜絕能源的浪費。
1、整體及外部環境的節能設計
建筑整體及外部環境設計是在分析建筑周圍氣候環境條件的基礎 上,通過選址、規劃、外部環境和體型朝向等設計,使建筑獲得一個 良好的外部微氣候環境,達到節能降耗的目的。(1)合理選址
建筑選址主要是根據當地的氣候、土質、水質、地形及周圍環境條件等因素的綜合狀況來確定。建筑設計中,既要使建筑在其整個生命周期中保持適宜的微氣候環境,為建筑節能創造條件,同時又要不破壞整體生態環境的平衡。
2、合理的外部環境設計
在建筑位址確定之后,應研究其微氣候特征。根據建筑功能的需求,應通過合理的外部環境設計來改善既有的微氣候環境,創造建筑節能的有利環境,主要方法為:①在建筑周圍合理布置樹木、植被,既可有效地遮擋風沙、凈化空氣,還能遮陽、降噪,從而減少空調能耗;②創造人工自然環境,如在建筑附近設置水面,利用水來平衡環境溫度、降風沙及收集雨水等作用。
3、合理的規劃和體型設計
合理的建筑規劃和體型設計能有效地適應惡劣的微氣候環境。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草原的惡劣氣候,起到減少建筑的散熱面積、抵抗風沙的效果;對于沿海濕熱地區,引入自然通風對節能非常重要,在規劃布局上,可以通過建筑的向陽面和背陰面形成不同的氣壓,即使在無風時也能形成通風,在建筑體型設計上形成風洞,使自然風在其中回旋得到極好的通風效 果,達到節能的目的。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風向,夏季能利用自然通風并防止太陽輻射。然而建筑的朝向、方位以及建筑總平面的設計應考慮多方面的因素,建筑受到社會歷史文化、地形、城市規劃、道路、環境等條件的制約,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,只能權衡各個因素之間的得失,找到一個平衡點,選擇出這一地區建筑的最佳朝向和較好朝向,盡量避免東西向日曬。
三、單體的節能設計
單體的節能設計,主要是通過對建筑各部分的節能構造設計、建筑內部空間的合理分隔設計,以及一些新型建筑節能材料和設備的設計與選擇等,來更好地利用既有的建筑外部氣候環境條件,以達到節能和改善室內微氣候環境的效果。
(1)建筑各部位的節能構造設計
建筑各部位的節能構造設計,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、結構、材料等方面加以進一步優化設計,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微氣候環境,從而達到節能的效果。具體有以下五個方面:1)屋頂的節能設計。屋頂是建筑物與室外大氣接觸的一個重要部分,也是建筑室內與外部空間能量發生交換,造成室內能量損失的主要部位之一。我們通常主要采取以下節能措施:①采用坡屋頂;②屋面設保溫層;③根據不同地區需要,設置保溫隔熱屋面(架空隔熱屋面、蓄水屋面、種植屋面等)。2)樓板的節能設計。主要是利用其結構中空空間,以及對房間頂板的吊頂造型加以設計利用。如將循環水管布置預制樓板的中空孔中或現澆板面上,夏季可以利用冷水循環降低室內溫度,冬季利用熱水循環取暖。3)建筑外圍墻體的節能設計。墻體是建筑室內與外部空間接觸面積很大,容易造成室內能量損失的部位。墻體的節能設計,除了適應不同地區的氣候條件,正常做好墻體保溫、防潮、隔熱等措施以外,還應體現在改善微氣候環境條件的特殊構造上,如寒冷地區的夾心墻體設計、被動式太陽房中各種蓄熱墻體(如水墻)設計以及國外較多采用的導風墻體設計。如,在馬來西亞,楊經文設計的檳榔嶼州MennaruUmno大廈外墻中,則外加了一種“捕風墻”的特殊構造設計,在建筑兩側設陽臺開口,開口兩側外墻上布置兩片擋風墻,使兩通風墻形成喇叭狀的口袋,將風捕捉到陽臺內,然后通過陽臺門的開口大小控制進風量,形成“空氣鎖”,可以有效地控制室內通風。
四、住宅門窗的節能設計
外門窗是耗熱的重要渠道,它既是太陽輻射的得熱部件,又是主要的失熱部件,傳熱系數約為墻體的3~4倍,是節能的重點部位,所以合理確定窗墻面積比是節能的重要措施之一。對于住宅設計應避免少做落地窗、飄窗等。外墻門窗設計除滿足自然通風外,設計中應該強調東西南北開窗有別,不同功能房間開窗有別。面對冬季主導風向的立面,應盡量減少開窗面積。設置外窗部位,應提高外窗的密封性能(如選用膠條密封而不是毛條),選用好的窗型(如平開窗氣密性相對較好),門窗配件,提高窗框的隔熱性能(如采用塑料型材、鋁合金斷熱型材、玻璃鋼型材、鋁木復合材料等),減少窗框的外露面積,采用保溫隔熱性能好的玻璃(如中空玻璃、鍍膜玻璃等)。根據國內外大量應用經驗證實,采用雙層玻璃塑料鋼窗是較好的選擇。外門窗除了采光,通常也是建筑自然通風的渠道。所以,外門窗的開啟也是夏季通風節能的必要條件。夏季迎風面可作為主要的開窗部位,引進自然風,增加夏季的滲透通風。但同時,外門窗的設計應減少冬季寒風的滲透,有利于室內保溫,改善生活環境的舒適度。對于向陽的地方,可采用凹式開窗設計,外加遮陽板及鍍有特種金屬的熱反射窗簾,這種設計既美觀又兼有較好的遮陽效果。
五、選用建筑節能材料
合理選用建筑節能材料也是全面實現建筑節能的一個重要方面。建筑材料的選擇應遵循健康、高效、經濟、節能的原則。一方面,隨著科技的發展,大量的新型高效材料會不斷被研制出來并應用到建筑設計中去,更好地起到了節能作用。如新型保溫材料、防水材料在墻體、屋面構造中的應用,達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用,起到了更好的隔熱降耗效果;采用可調節的鋁材遮陽板,達到遮陽的目的。另一方面,要結合當地的實際情況,發掘出一些地方節能材料,更好地應用到建筑節能中去。
六、結束語
我國作為世界能耗大國,對于發展可持續發展的生態建筑,減少建筑能耗更是刻不容緩。而建筑節能是養活建筑能耗的有效方法,同時也是節約經濟的方法。因此,作為建筑師,更應從自身做起,從不同角度,依據建筑規范對節能進行優化設計,充分利用我國現有的自然條件,在改善人們居住環境的同時,充分挖掘節能潛力,從而實現節約能源,減少能源消耗。相信在不久的將來,建筑節能事業必將在我國展現欣欣向榮的景象。
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