基于低能耗的高层建筑节能设计

【摘 要】降低能耗历来是国家坚持可持续发展战略的基本国策之一,其中高层建筑节能设计一直是节能建设的重中之重.随着经济的发展和城市化进程的加快,我国高层建筑的数量愈来愈多,高层建筑的节能设计日益被人们关注.本文从高层建筑节能设计出发,结合客观地理气候等因素,对高层建筑节能设计方法进行了简要的探讨.

【关 键 词】节能；高层建筑；节能设计方法

建筑能耗在我国整个能源消耗中占据十分重要的地位.随着建筑业的高速发展和人民生活水平的显著提高,建筑能耗占全社会总能耗的比重还在继续增长.

我国的高层建筑建设贯穿了整个新中国的发展史,然而城市中任何建筑都是城市设计、规划不可分割的一部分,城市设计是一项十分繁杂的工作,我国在这方面的经验不多,管理机制尚不健全,水平有待提高,有许多的问题亟待我们去解决、探索和改进,所以说,今天的高层建筑设计仍处在一个不太成熟的发展中阶段.

高层建筑节能不仅是建筑本身的狭义上的节能,而是由城市的综合环境、气候条件、总体布局；建筑物的形体变化、朝向；护结构保温、隔热的性能；门窗质量等许多综合性因素构成,因此,高层建筑的节能首先应为总体规划的设计者所重视.

1总体规划对高层建筑节能的影响

高层建筑的节能建设受诸多因素影响,建筑物在建设时期的总体规划决定了建筑与周围环境的关系,建筑能否积极有效的利用当地的自然气候条件和环境资源,能否形成适宜的微气候对节约传统能源的消耗意义重大,这些因素在很大程度上都取决于总体规划设计时所作的整体考虑.

我国目前高层建筑在规划时多以指标为依据进行控制,但缺乏对高层建筑群落之间形成的生态微气候的评估以及高层建筑群总体的布局规划研究.

1.1选择和开发场地

场地的选择是总体规划的前提和基础,是节能的第一步工作内容,场地的选择要注重综合考虑、整体规划.场地的自然因素,诸如方位、风向、地表结构、植被、土壤、水体等都影响其整体状况和最终的节能效果.在现代高层建筑设计方案中,其场地大多处于城市中心地带,因此场地的选择必须以服从城市整体规划的宏观调控为前提,外部自然环境就很难保证是最好的条件,这就要求我们应该计算资源利用的程度和对现有自然系统干扰的程度.

总体规划和场地设计要以建筑设计的节能效果为前提,通常将建筑使用的公共设施布置在公共走廊中,或在选址时尽量利用现有的公共设施网络.这种合并与利用方式能实现场地破坏的最小化,而且有利于建筑的维修和检查.还应尽量减小道路长度、建筑基底和预期改造所需的实际占地面积,尽量减少水电、燃气管线等市政设施连接的长度,降低线路消耗.废水处理方面要尽可能减少使用水泵的排水系统,多采用重力排水系统以减少持续的额外电力消耗.

新开发的建筑场地对邻近地域的环境质量或多或少都会产生影响,在设计中要设法使场地开发对自然环境体系产生的干扰降到最低,进而积极整合,努力改善周围场所的环境质量.建筑场地的开发还要设法保存重要环境的视觉效果和生态特征,使其与建筑物完美、和谐的共存一个空间大环境下,从而提高开发场所的区位价值.

1.2微气候的植物调节法

研究表明,夏季高温、太阳辐射很强时,绿色植被覆盖的墙体平均温度比无植被的墙体低12℃；冬季时的保温能力提升30%.朝阳面的建筑室外植被应以落叶植物为主,夏天浓密的树阴可遮挡太阳直射,秋天落叶后便于冬季时建筑的被动式太阳能利用,有力的调节气温.

室外树木还能调节室内靠窗部分的光感度和光照强度.树林、灌木、草皮等还会减少地面的热反射,给建筑的使用者带来一种清新、自然的舒适感觉,同时起到改善建筑周围微观气候的作用.另外,屋顶花园或屋顶水池也是目前高层建筑设计中普遍节能的方法.

1.3利用外界气流来组织自然通风

利用风压来实现自然通风,首先要求建筑有较理想的外部空气循环环境.其次,建筑大立面应面向夏季主导风向,小立面对着冬季主导风向,使建筑表面形成足够的压力差,以便在开启窗户后形成“过堂风”.在设计时,应根据各城市不同的风向做出相应的处理.在总体规划时,还可通过设计道路、景观和附属结构来引导风朝向主要建筑,以降低温度或使主要建筑避开风口以减少热量损耗.

2高层建筑单体节能设计

2.1建筑体形设计

建筑的体形系数是建筑体形设计的重要参数.建筑物的体形系数是指外表面积与外表面积所容纳的体积之比,体形系数越小,单位建筑面积对应的外表面积越小,护结构的导热损失就越小.体形系数还与建筑的造型、布局、采光、通风等紧密相关.建筑物的朝向合理能使建筑在被动式和主动式太阳能系统中充分利用太阳能,对于建筑节能有着很大的影响.对于高层建筑来说,设计合理的平面进深也是一种有效的被动式节能设计方法.

2.2围护结构

我国大部分地区夏季炎热干燥,因此,护结构应设计成既可获得日照,同时又能隔绝热量,被太阳直射的外墙面应采用隔热设计,其材料应该选用隔热材料构件,或设计成通风空间.材料的选用上首先要注意对热辐射的反射大于吸收,而吸收的热量又能迅速地以热辐射方式释放出去,以降低室内温度.外立面色调应该越浅越好,减少热量吸收,以控制城市的热岛效应.在不同气候条件下,窗口与墙面的比例也很重要,需酌情调节.

经过被动式节能设计的建筑立面造型是灵活而多变的,它不象人们所普遍认为的那样造型呆板,仅仅是简单的节能材料的使用.相反,经过精心设计的节能建筑立面造型比传统的形式更为丰富精确,更为注重技术的应用,因而更为丰富多彩,其可持续发展的意义应该受到广大建筑师们的重视.

2.3屋顶节能设计

对屋顶使用高效保温材料、架空型保温、倒置保温等方式进行合理的保温和隔热设计,这样可以很好地保证在冬季低温地区、夏季高温地区给室内提供适宜的居住温度,同时为冬季的暖气供暖、夏季的空调降温节省出大量能源.合理的屋顶保温和隔热设计可以省出大量的能耗.可以用屋顶绿化设计,为节约能源和调节气候作出很大贡献,在增加绿化面积和建筑节能上起到了很大作用.

3结束语

近几年,高层建筑的建设不断增多,与之相应的,建筑的能源消耗也以几何倍数增长.因此,应该明确高层建筑低能耗的设计总路线,要以立土的建筑节能观为指导,理论联系实际,以消费者的角度出发,以创造舒适健康的建筑环境为原则,以节约高层建筑的能源消耗,特别是减少空调能耗为工作重点,以被动式节能建筑设计为主要手段,通过降低高层建筑的固有能耗、提高能源的利用效率、大量利用可再生的自然资源等途径,采用适宜于特定地区、特定条件的方法和技术,选用性能良好的建筑材料,以实现用最小的能源消耗来取得最大的经济效益和社会效益,实现国家大力提倡的可持续发展的最终目标.

建筑节能对国家来说是缓解能源紧缺的大事,是一项系统的庞大工程,涉及范围比较广泛,我们只有齐心协力,系统全面的看待问题、解决问题,合理设计低能耗战略目标,才能让节能建筑这项利国利民的事业真正造福子孙后代.