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淺析建筑設(shè)計(jì)與建筑節(jié)能
導(dǎo)語：建筑節(jié)能，在發(fā)達(dá)國家最初為減少建筑中能量的散失，普遍稱為“提高建筑中的能源利用率”，在保證提高建筑舒適性的條件下，合理使用能源，不斷提高能源利用效率。
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(dāng)于消耗了全世界40%的水泥和鋼材，同時(shí)每年產(chǎn)生數(shù)以億計(jì)的建筑垃圾，給中國乃至世界帶來巨大的環(huán)境威脅。因此，本文針對(duì)目前節(jié)能熱不斷升溫，建筑節(jié)能源潮正在以現(xiàn)代新技術(shù)為基礎(chǔ)興起，提出了怎樣通過建筑設(shè)計(jì)達(dá)成建筑節(jié)能。
住宅的總體規(guī)劃應(yīng)與單體建筑相協(xié)調(diào)，充分考慮各種宏觀因素(如地區(qū)、朝向、方位、建筑布局、地形地勢(shì)等)對(duì)單體布局的影響，充分利用所在地區(qū)的天然熱源、風(fēng)源等來實(shí)現(xiàn)每一棟住宅建筑單體夏季都有充足的迎風(fēng)面，冬季都有充足的日照，以滿足采暖、通風(fēng)與采光的要求。單體之間的組合對(duì)氣流的形成具有直接的影響，特別是高層建筑群內(nèi)部易受到回旋渦流的作用，容易出現(xiàn)死角，不利于室內(nèi)的自然通風(fēng)，從而形成不利的小區(qū)微氣候。因此，為了營造綠色舒適的小區(qū)微環(huán)境，應(yīng)調(diào)整好單體之間的組合，使每棟建筑物處于周圍建筑物的氣流旋渦區(qū)之外，避免出現(xiàn)滯流區(qū)。另外，綠化和水體可以改善小區(qū)的微氣候。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合居住區(qū)規(guī)劃布置綠化和水體，以此進(jìn)一步改善室內(nèi)外的物理環(huán)境(聲、光、熱)，減少熱島效應(yīng)，改善局部氣候，保證小區(qū)內(nèi)的空氣溫度、空氣濕度、氣流速度和熱島強(qiáng)度等各項(xiàng)指標(biāo)符合健康舒適和節(jié)能要求。
1住宅平面的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)
住宅平面設(shè)計(jì)中首要問題是確定適當(dāng)?shù)奶仔兔娣e。因?yàn)檫m當(dāng)?shù)慕ㄖ娣e不但可以節(jié)約用地(建筑行業(yè)“四節(jié)”之一)還可以大大節(jié)約建筑用材，減少營造、維護(hù)與使用過程中的能耗。另外，建筑平面的巧妙布局亦能獲得較好的節(jié)能效果。
由于我國地處北半球，太陽高度角和方位角變化規(guī)律使南朝向?yàn)樽顬楣?jié)能的建筑朝向，此朝向夏季可減少太陽輻射得熱，冬季可增加太陽輻射得熱，而且此朝向建筑與我國夏季盛行的東南風(fēng)差不多成垂直關(guān)系，容易形成穿堂風(fēng)，而又避開了冬季盛行的西北風(fēng)。因此，將住戶長時(shí)間活動(dòng)的居住空間(如廳、主要臥室)設(shè)于日照通風(fēng)條件最佳的南向位置，利用自然環(huán)境使室內(nèi)達(dá)到最大的舒適度，為住戶節(jié)約采暖和空調(diào)的能耗。而南北向建筑可以獲得最多的南朝向房間，所以建筑平面誼設(shè)計(jì)成南北向。對(duì)于日照、通風(fēng)條件較差的北朝向與長時(shí)間接受太陽輻射的東西向可布置些平面功能比較次要的電梯、樓梯、管道井、機(jī)房、衛(wèi)生間、廚房等，以擋住日照直接照射主要房間，避免冬季西北風(fēng)灌入。經(jīng)調(diào)查，在其他條件相同的情況下，南北向的多層建筑的傳熱耗熱量比東西向可降低5%左右。
2住宅外墻的節(jié)能設(shè)計(jì)
墻體是住宅的主體部分，是建筑室內(nèi)外熱交換的主要介質(zhì)，建筑節(jié)能50%，其中就有約25%是通過建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外墻的保溫隔熱性能來實(shí)現(xiàn)的。使用節(jié)能外墻與使用普通外墻室內(nèi)溫度相差可達(dá)4～10度，所以墻體的設(shè)計(jì)是不容忽略的一個(gè)方面。外墻除了應(yīng)具有基本的承重、安全圍護(hù)等功能外，還應(yīng)考慮選用保溫隔熱性能好的墻體材料，對(duì)傳熱性好的墻體或墻體中傳熱性好的部位應(yīng)加設(shè)保溫隔熱層。
目前，常用的幾種外墻材料中，保溫隔熱性能較好的是多孔粘土磚和加氣混凝土砌塊以及復(fù)合墻體。復(fù)合墻體中絕熱材料主要有巖棉、礦棉、玻璃棉、膨脹珍珠巖、聚苯乙稀、加氣混凝土等。復(fù)合墻體保溫隔熱宜選用外墻外保溫。外保溫是連續(xù)外包的，有效隔斷具有熱橋作用的混凝土梁、柱等，而產(chǎn)生“斷橋”作用，達(dá)到預(yù)期的節(jié)能降耗效果。此外，減少建筑物體型系數(shù)，也就是減少建筑物外表面積，減少外圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積，減少建筑形體的凹凸，也是節(jié)能的有效措施之一。體形系數(shù)是指建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的體積的比值。因此，體形系數(shù)越小對(duì)建筑節(jié)能越有利，也就是說，在其他條件相同的情況下，寬的建筑比窄的好，高的比矮的好，外表整齊的比外表凸凹變化的好。為得到合理的有利節(jié)能的建筑體形，體形系數(shù)一般應(yīng)控制在0.3以內(nèi)，住宅進(jìn)深應(yīng)擴(kuò)大到10m以上，而長度則以55m為宜。從熱傳遞方面分析，通常建筑物實(shí)墻的陽角內(nèi)側(cè)氣流較通風(fēng)口處差且散熱面相對(duì)比較大，所以交角處內(nèi)表面的溫度遠(yuǎn)比主體內(nèi)表面溫度低。同時(shí)由于具有熱橋作用的框架柱或構(gòu)造柱常設(shè)在此處，所以一般交角處是建筑物耗能量較大的部位。如果建筑物設(shè)計(jì)成圓柱形，則外墻棱角少，外表面積也小，有利于減少能量的消耗。所以外表面整齊的建筑比外表面凸凹變化的建筑要節(jié)能。從接收太陽輻射熱能考慮，應(yīng)使建筑物南向墻面的面積盡量的大，其他墻面的外表面積盡可能的小，也就是說南向墻面與其他各方位墻面的面積比應(yīng)是越大越好。另外，也可以利用植物來調(diào)節(jié)氣溫，在日照強(qiáng)烈的墻面，種植植物來吸收太陽熱量，減少傳入室內(nèi)的熱源。據(jù)報(bào)導(dǎo)，建筑西墻種植爬墻虎，在植被遮蔽90%狀況下，外墻表面溫度可降低8.2℃，并有利于吸塵和消音，減少溫室效應(yīng)。
3住宅屋面的節(jié)能設(shè)計(jì)
在建筑物受太陽輻射的各個(gè)外表面中，屋面是接受太陽直射時(shí)間最長的部位，因此受輻射得熱也是最多的，相當(dāng)于東西向墻體的2～3倍，所以它的保溫隔熱也顯得尤為重要。保溫隔熱的材料宜選用密度大、導(dǎo)熱系數(shù)小、憎水或吸水率較小的材料(如膨脹型泡沫聚苯板)。采用倒置式屋面將憎水性保溫材料設(shè)于防水層上，可有效防止傳統(tǒng)屋面構(gòu)造中防水層容易老化從而影響保溫隔熱效果的問題。此種方法施工簡(jiǎn)易，可廣泛采用。
另外，利用屋頂種植花卉、灌木(如彩葉草、三色堇、麥冬草等)形成生態(tài)型屋面，既可阻擋熱源，減少溫室氣體的排放，達(dá)到保溫隔熱，又可美化環(huán)境，改善城市氣候，做到一舉兩得。種植的土壤在吸水飽和后會(huì)自然形成一層憎水膜，可起到滯阻水的作用，有利于屋面的防水，而且土壤導(dǎo)熱系數(shù)小，有很好的熱惰性，不隨大氣氣溫驟然升高或下降而大幅波動(dòng)，有利于屋面的保溫隔熱。同時(shí)，在屋面蓄水，形成蓄水型屋面，也是節(jié)能屋面的有效措施。利用水蒸發(fā)可帶走大量的熱，從而有效減弱屋面的傳熱量和降低屋面溫度。據(jù)測(cè)試，蓄水、種植屋面土壤表面溫度與一般屋面表面溫度比較，溫度可低27℃。此外，采用平坡屋頂結(jié)合的構(gòu)造形式，在屋面保溫隔熱層上做架空層，通過空氣流通來散熱也是個(gè)不錯(cuò)的辦法。
4住宅門窗的節(jié)能設(shè)計(jì)
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(shù)約為墻體的3～4倍，是節(jié)能的重點(diǎn)部位，所以合理確定窗墻面積比是節(jié)能的重要措施之一。對(duì)于住宅設(shè)計(jì)應(yīng)避免少做落地窗、飄窗等。外墻門窗設(shè)計(jì)除滿足自然通風(fēng)外，設(shè)計(jì)中應(yīng)該強(qiáng)調(diào)東西南北開窗有別，不同功能房間開窗有別。面對(duì)冬季主導(dǎo)風(fēng)向的立面，應(yīng)盡量減少開窗面積。設(shè)置外窗部位，應(yīng)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(duì)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(fù)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(jù)國內(nèi)外大量應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，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(fēng)的渠道。所以，外門窗的開啟也是夏季通風(fēng)節(jié)能的必要條件。夏季迎風(fēng)面可作為主要的開窗部位，引進(jìn)自然風(fēng)，增加夏季的滲透通風(fēng)。但同時(shí)，外門窗的設(shè)計(jì)應(yīng)減少冬季寒風(fēng)的滲透，有利于室內(nèi)保溫，改善生活環(huán)境的舒適度。對(duì)于向陽的地方，可采用凹式開窗設(shè)計(jì)，外加遮陽板及鍍有特種金屬的熱反射窗簾，這種設(shè)計(jì)既美觀又兼有較好的遮陽效果。
5結(jié)束語
我國作為世界能耗大國，對(duì)于發(fā)展可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)建筑，減少建筑能耗更是刻不容緩。而建筑節(jié)能是養(yǎng)活建筑能耗的有效方法，同時(shí)也是節(jié)約經(jīng)濟(jì)的方法。因此，作為建筑師，更應(yīng)從自身做起，從不同角度，依據(jù)建筑規(guī)范對(duì)節(jié)能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分利用我國現(xiàn)有的自然條件，在改善人們居住環(huán)境的同時(shí)，充分挖掘節(jié)能潛力，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源，減少能源消耗。相信在不久的將來，建筑節(jié)能事業(yè)必將在我國展現(xiàn)欣欣向榮的景象。
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