建筑工程中的节能设计

【摘 要】本文分析了建筑节能设计中的一些相关问题.对建筑节能设计的理念和规划思想进行了分析,并结合建筑的围护结构的节能设计和太阳能利用方面的设计展开论述.

【关 键 词】建筑工程；节能设计

0.概述

建筑业的快速发展带动了一系列相关产业的快速发展,是当前推动经济增长的主要动力.但随着建筑业的发展也带来了相当大的能源消耗.这种能源消耗是广义的,包括建材、电力、自然资源等等.而从建筑节能的角度看,又可以分为不同的种类,不同的节能技术类型有各自的特点.从国内现有的研究成果和实际应用可能性的角度来看,建筑节能设计中的高效节能维护材料以及可再生能源的利用具有更为广阔的发展前景和实用价值.

本文将以建筑节能为研究对象,分析建筑节能设计中的常用技术及其改进,并对不同类型的节能技术之间的集成技术进行分析,将多阶段节能技术进行整合优化,从而形成可利用当前这两大类建筑节能手段的有机统一.

1.建筑节能设计的理念与设计依据

用地规划阶段看似和建筑节能的设计关系不大,实际上,通过提高容积率和减少独栋建筑、通过增加建筑承载力等方式来提高土地的利用效率,是结合自然条件来进行建筑总平面布置时节能优化设计的重要基础.在完成对土地规划后,在建筑的总体平面设计时应充分考虑利用自然条件来降低建筑的能耗,合理考虑如何利用自然通风、日照强度和日照方向、年内主要的风向变化等因素.例如在冬季应尽可能的利用日照来获得室内的取暖,减少电能的使用量,同时还应避开主导风向来减少建筑的外表热损失,因此在结构设计时应将建筑结构表面避开冬季的主导风向.而在夏季,则主要是考虑通风和降低室内温度.利用合理的建筑门窗设计以及特定的通风结构,可有效的提高空调设备的工作效率,也能够增加自然通风的效果.总体而言,在进行建筑的总平面布置和设计时,建筑的主朝向应选择本地区最佳朝向或接近最佳朝向,为室内的节能设计提供重要的前提保障.

除了建筑的总体平面布置外,还应对建筑的“体形系数”进行优化设计.建筑的体形系数是指建筑表面积和其内部实际有效面积的比值.体形系数越大的建筑,其热散失面积也就越大,在单位时间内的能耗也就越多.因此从能耗的角度来看,通过对建筑体形系数的优化,可在建筑功能需求和节能要求之间达成有益的平衡.一般而言,如能将建筑的体形系数控制在0.3以下,表明建筑具有比较理想的散热控制效果.建筑体形系数的优化方法尚处在理论研究阶段,但实践表明对建筑体形系数对建筑的节能具有重要的意义,因此是值得深入研究的建筑设计方向.

对于建筑室内结构的节能设计,中国住房和呈现建设部曾在2010年3月18日发布了《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》,并从同年的8月1日开始实施.该设计标准作为目前最新的建筑节能设计规范,对建筑节能的主要控制指标做了一定的范围界定.如窗墙比、外窗遮阳、外窗和阳台门的气密性等级等细节做了规定.但这些节能方面的规定都较为零散,分别从不同的角度对建筑节能提出的要求,而对各种不同类型的建筑节能设计方法之间的集成和综合评估却没有涉及.在实践中,建筑节能设计往往不可能依赖一种节能技术,而是多种节能技术的组合.因此在进行建筑节能设计时如何综合考虑这些节能技术的配合是接下来需要深入研究的问题.

2.围护结构的节能设计

建筑的围护结构节能设计,通常指的是的墙体、门窗、屋面这三大类结构的节能设计.上述三类结构的节能设计简述如下：（1）墙体,在建筑的围护结构中,墙体具有最大的表面积,对于建筑整体的热能吸收和散发具有最重要的影响.据估算,墙体在建筑采暖中的能耗比例占整个总能耗的30%～40%,因此墙体的保温性是实现建筑节能的关键环节之一.外墙体的保温形式在实践中的常采用内保温或外保温两种,外墙的外保温由于在建设部规范中得到推荐,因此成为应用最为广泛的保温形式.采用外墙的外保温设计时一般适用于用多孔、空心材料砌筑的外墙结构,如混凝土空心砌块外墙、粘土多孔砖外墙等.外墙的保温系统所采用的材料应特别注意满足防火要求,如采用聚氨酯外墙保温板,则应充分考虑建筑楼层高度的适用范围,并其应当选用饰面涂料来完成防水等功能要求.如采用外墙内保温形式,则在保温材料选择时尤其应当注重防火,应选用导热系数较小的不燃或难燃材料,并在保温层设置保护,实践中可采用保温砂浆抹灰、硬质建筑保温制品内贴以及保温层挂装等做法,可采用的材料有胶粉聚苯颗粒保温浆料、复合硅酸盐保温砂浆等.（2）屋面,屋面的保温设计主要的控制指标是传热系数和热惰性系数两类.坡屋面是必须设置保温隔热层的结构.从坡屋面的结构类型和保温层设置位置来看,如果屋面的结构类型为钢混结构,则和外墙的处理类似,将保温层设于屋顶外侧；如果屋面是以轻型钢结构为主的结构,则应当将屋面的内外侧都设置相应的保温层.如果屋面为普通的平顶屋面,则可用轻混凝土或泡沫混凝土在屋顶表面铺实.（3）门窗,建筑结构的门窗因为经常打开和关闭,因此其绝热性能是比较差的.有统计数据表明,建筑的三类主要围护结构中,门窗的能耗占了围护结构能耗将近一半的比例.但门窗由于其功能相对多样（既要隔热,又要承担通风）,因此门窗的节能设计是建筑的节能设计中一个较为特殊的环节.在满足通风、采光等必要的要求后,应尽量采用较小面积的门窗设计尺寸,同时提高门窗的保温和隔热的性能.提高门窗隔热和保温性能的有效方法是采用中空或双层玻璃.此外,在进行门窗设计时容易被忽略的一个细节是窗墙比的合理拟定.在满足建筑采光和通风的前提下,应使用尽量小的窗墙比.在房屋的东西走向一般不宜设置较大的窗户,参考范围为0.2～0.6,民用建筑的窗墙比一般不宜大于0.5.门窗材料这一细节上看,应尽量采用导热系数小的塑料窗框来减少窗框部分的热量损失.从断面形式上开,应尽量采用多腔型材来增大窗框部分的热阻,并保证足够的厚度.

3.太阳能技术在建筑节能中的使用

建筑内部的能量来源主要还是电能,但随着太阳能等新能源的引入,对于建筑节能设计引发了全新的变革.但太阳能的利用受到天气等随机因素的影响,其稳定性较差,因此现代建筑中对太阳能的利用主要还是在供热和采暖方面的利用.将太阳能和建筑节能设计想结合的设计思想在普通建筑中的体现一般为太阳能热水器等常规使用,而对于具有革新意义的绿色生态建筑中,太阳能的使用将被推广到一个非常广泛而复杂的范围内,并成为其主要的能量来源之一.在普通建筑中太阳能的利用应推广到短期的储能集中供热系统和季节性的储能供热系统.这意味着将对建筑的整体布局带来革命性的影响,传统的建筑形式为了适应这种变化可能新增大量的附属结构,从而颠覆传统房屋的基本形态.这类前沿性的研究在欧洲一些绿色生态建筑中的得到了较多体现,为未来建筑节能设计理念的更新提供了重要的方向.　[科]

【参考文献】

［１］赵华,金虹.采暖建筑节能复合维护结构与保温材料经济性的研究[J].哈尔滨建筑大学学报,2011,34(2):83-86.

［２］曹毅然,范宏武,刘明明,李德荣,张蓓红.住宅建筑节能设计的经济性方案分析[J].住宅科技,2006,(7):12-15.

［３］阎丽萍,王路威,王琼,孙伟民,叶燕华.空心墙体建筑的节能及经济性分析[J].南京工业大学学报,2008,26(3):20-23.