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建筑节能设计的论文 摘要：我国正大力倡导可持续发展的发展原则节能型建筑已成为今后城市建设的发展方向但从建筑节能设计的实际情况分析仍存在一些容易被忽视的问题有待进一步深化认识它们涉及到建筑规划、建筑通风、建筑外遮阳和建筑热桥四个方面本文就此进行探讨以加深共识、完善设计 关键词：建筑节能；规划节能；单体通风；外遮阳；热桥 1规划与节能设计 在以往的规划设计中设计人考虑的往往是容积率、日照间距、空间形态、以及建筑与周边环境协调等问题而很少从节能的角度来指导设计节能设计只有在单体方案设计阶段才有所重视从而产生了许多单体设计难以解决的问题所以提倡建筑节能首先应该重视规划节能规划节能是指在规划设计当中充分考虑建筑与外部环境的关系以节能作为指导规划设计的主要原则充分利用自然资源实现从总体上为建筑节能创造先决条件的设计方法其中规划节能对于居住建筑尤为重要 影响居住区气候环境及建筑舒适性的最主要的两个因素是太阳辐射和空气流动（即风流）因此通过降低太阳辐射、增强建筑的自然通风效果是规划节能的主要方向由此建筑朝向、建筑间距以及建筑的相互组合关系将是规划节能设计的重点首先建筑的主要朝向应迎合当地夏季的主导风向（我国大部分地区以南北向或接近南北向布局为宜）利于自然通风提高居住的舒适度同时南北朝向的建筑物在夏季所受到的太阳辐射也相对东西朝向建筑要少很多可以节省夏季空调的用量；而在冬季时建筑受到太阳辐射的情况刚好与夏季相反从而节约了建筑保温所需的能耗第二居住建筑的间距应在满足当地规划部门的日照间距要求上适当加大增加建筑物的间距有利于居住区内的空气流动风量增大、风速提高从而使建筑物与空气的热交换增加有效降低建筑物的温度从而降低建筑能耗这需要规划师在节约土地与合理的建筑间距之间找到最佳的平衡点优化节能设计第三居住建筑群的组合应充分考虑整体的节能效果以有利于居住区内的自然通风具体应注意以下几点：居住区规划应确保“风道”的畅通建筑群的入风口和出风口应结合主导风合理设置使空气流通按照夏季盛行风向作为建筑的主要朝向排列建筑物应遵循南小北大、南低北高的原则（见图1）确保居住区内建筑对自然风的共享性同时也使北面高大的建筑成为人工的风障这样的建筑群体在夏季能迎合南风、引导空气穿越冬季又能阻挡寒冷北风的侵袭较好地适应气候的变化1减少采用封闭式建筑组合平面组合成“U”型的居住建筑组团开口应尽可能朝向夏季主导风向保证“U”型内部建筑的空气流通在规划阶段充分利用计算机进行三维模型的日照模拟运算在满足采光、日照、防火等要求下利用建筑物的自遮挡和建筑群间的相互遮挡减少太阳辐射对居住建筑的影响 2建筑单体的通风与节能设计 建筑市场中住宅开发商为了达到土地最大利用率的目的往往要求建筑师按容积率的最高值进行设计甚至超值设计这样导致许多新建住宅多为一梯六户、一梯八户甚至一梯十户以上都有这种住宅单体平面在实际使用中通风将十分不利特别是在夏季室内积聚的热量难以散失必须采用人工通风或空调降温大大增加了建筑使用的能耗而且目前的许多住宅设计建筑立面窗户的设计主要是从立面造型方面考虑采光面积大可开启窗户面积小这样的设计不但对隔热不好对通风就更加不利这都是因为忽视建筑单体的通风设计所造成的所以一定要做好建筑单体的通风设计而且要从平面和剖面两方面考虑 平面的通风设计应注重以下几个问题：第一平面设计尽可能按有利于空气的贯穿进行考虑建筑的进深应有效控制避免建筑体型过于臃肿房间的门窗位置应合理安排窗户的朝向应有利于形成穿堂风从而增加房间内的空气流动利于室内换气第二从通风的角度来讲窗户可通风面积的大小是决定室内风速的关键但前提是必须要保证进风口和出风口的同时存在才能由于正负风压的作用而形成空气的流动研究表明空气流动的平均速度取决于较小尺寸的开口因此单方面增大进风口或出风口面积并不能对室内气流平均速度有太大影响而为了增强室内穿堂风的效果必须同时增大进风口和出风口这样也有利于室内保持较为稳定的风速和均匀的流场提高人体舒适度第三窗户的开启形式对通风面积和气流的流场均产生较大的影响如推拉窗与平开窗比较（相同窗户面积）平开窗的最大通风面积是推拉窗的两倍通风效果明显优胜上悬窗与平开窗对比两者的最大通风面积相同但由于两窗的窗叶开启形式不同所引导空气产生不同的流场造成的通风效果也明显不同因此从通风的角度考虑对于有利于建筑通风的窗户应尽可能采用提高通风面积的形式窗户开启的角度和位置要慎重考虑科学设计将室内空气主流场控制在房间剖面的主要使用高度第四当建筑内部不具备形成穿堂风的情况下有必要通过导风板的设计尽可能增加形成空气流通的条件如一个房间只能单侧墙开窗时可考虑在此墙上相距一定距离开设两个窗户两窗之间设置垂直挡风板（见图2）当主导风在水平方向上与该挡风板夹角较大时（60o90o）在挡板的两侧就会形成明显正负风压区气流就会从第一个迎风窗进入而从另一窗户流出实现单侧开窗的通风2因此此做法较为适合在房间朝向与当地主导风向夹角较大时采用 除了平面设计时应对通风重点考虑之外建筑剖面的通风设计其实也十分重要一般应注意以下两点：其一进出风口的高低决定了室内空气流动的方向对人体的舒适度影响较大因此一般应结合房间的实际使用功能设计剖面的通风高度如办公室通风高度应设在人坐姿的头部位置；住宅内的通风高度控制可按不同功能要求确定起居室、书房、餐厅应以坐姿为参考厨房应以站姿为参考卧室可以卧姿为参考窗台的高度应按实际通风要求进行相应调整才能获得较为理想的通风效果其二运用文丘里管原理在建筑物剖面的上部设置出风口使平面面积较大的建筑物也有良好的通风效果具体做法可在大进深的建筑物中部设置若干贯通的垂直空间此空间应高于建筑物屋面并设置相应数量的出风口由于太阳辐射的加热作用使该空间形成烟囱效应促进气流上升实现热压通风散热这就是所谓的“太阳能烟囱”建筑内部设置了“太阳能烟囱”可实现无风状态的自然通风室内温度得到了有效的降低换气次数得到了明显的增加3在节能方面有很好的成效（见图3）该技术已被日本的文教建筑广泛采用在我国积极倡导节能的大形势下很值得我们借鉴 3建筑外遮阳的运用与节能设计 随着节能技术的推广业界对建筑外遮阳也越来越重视建筑外遮阳能有效地阻隔部分太阳光直接照射到建筑物的外围结构特别是防止太阳辐射穿过窗户直接进入室内从而有效降低室内温度达到节能的最终目标在实际设计中设计师经常会为了达到造型效果而刻意增加立面上的装饰构板这些构件由于并非从遮阳方面考虑所以形式作用大于实际功能这并不符合设计的经济原则和节能原则所以笔者认为建筑立面设计应与建筑外遮阳设计相结合并注意三方面的问题：一是要明确各种外遮阳的适用性建筑外遮阳的设置与太阳的位置、建筑物的朝向都有着密切的关系在窗户遮阳方面实践证明：水平遮阳能遮挡高度角较大、从上方入射的太阳光适用于南向的窗户；垂直遮阳能遮挡高度角较小、从侧面斜入射的太阳光适用于东北向、西北向和正北向的窗户；综合遮阳（或称栅格遮阳）则综合了水平与垂直遮阳的优点适用于东南向、西南向和正南向的窗户此外挡板式遮阳、帘式遮阳、百叶遮阳等方式对于窗户遮阳都有非常好的效果但对建筑采光则有一定的影响而对于建筑墙体和屋面的遮阳目前较为有效的方法是通过栅格遮阳和绿化遮阳随着社会经济水平的不断提高建筑遮阳技术已越来越趋向智能化、自动化、高效化二是要从构件的设计上合理处理好遮阳与隔热的问题传统的实体构件水平、垂直和综合遮阳与墙体相连其吸收的热量会直接传递给外墙而且容易构成半开放式空间遮阳构件受太阳辐射后温度上升其一部分热量通过表面传热由空气带走并向上传递但由于其它遮阳构件的阻挡反而容易产生积聚现象在风的作用下通过窗户导入建筑室内从而不利于隔热（见图4）解决的方法是在水平遮阳构件的选择上采用通透性的构件如金属百叶、混凝土栅格板等使上升的热空气能有效地散失减少对室内的影响目前较为先进的双层玻璃幕墙系统中为了利于热空气的上升其两层玻璃幕墙间的空气夹层往往是一个可连续的整体即垂直方向上的间隔均为通透的金属构件确保热空气能上升并带走热量因此在遮阳构件的选择上要细致研究不断更新设计三是要合理设置遮阳板避免影响室内空气的流动速度因为遮阳板的存在会对建筑物周围的风压产生影响当其角度与风向不一致时风速将会大大降低实践证明由于设置了遮阳板室内风速会减弱2247而且遮阳的设置方式也会对气流产生不同的影响如实体水平遮阳板直接连接在窗顶气流进入室内后会上升不利于房间中下部的通风若在实体板与墙体间增加空隙或在遮阳板上部的墙体流出通风口又或将遮阳板设在高于窗顶一段距离的位置都能使得气流的方向得到有效的调节使房间中部和下部均得到良好的通风提高室内环境的舒适性而对于垂直遮阳来说由于风向是经常变化的所以固定的垂直遮阳板应顺应所在地夏季的主导风来设置相应的角度而更好的方法是采用可调节的垂直遮阳板使建筑最大限度地适应气候的变化目前较为先进的智能建筑其外遮阳构件都是根据太阳辐射、风向等气候因素变化由电脑控制自动调节具有相当高的气候适应能力 4热桥问题与节能设计 建筑围护结构对建筑保温起到决定性的作用但其中的热桥问题往往是人们所最容易忽略的当代建筑由于追求造型的变化立面上的凹凸进退增多突出墙体、屋面的构件也越来越多外飘窗得到了广泛的使用这些设计手法丰富了建筑造型却无形中增加了热桥的产生对建筑节能带来不利的影响产生热桥的原因主要有两个：一是因为该部位的传热系数比相邻部位的传热系数大得多热阻小保温性能较差；二是因为该部位的受热面积远小于其散热面积从而失热过多内表面温度较低围护结构中钢筋混凝土梁、柱、板的相互交接处外墙与外墙、内墙、以及窗户的连接处保温门窗中的金属门框以及突出屋面的女儿墙、排气孔与屋面交接部位等都是围护结构中热桥形成的主要部位4在寒冷的季节室内的热能就会通过热桥大量地流失不妥善处理好这个问题对于建筑节能会造成很大的影响因此在需要考虑冬季保温的地区必须要做好外墙、屋面以及门窗的保温构件自身的物理性能应满足节能标准的要求在防止热桥产生的构造处理方法上墙体的外保温比内保温更为有效可避免室内外温差加大保持较为稳定的室温和舒适度防止保温层受潮避免热桥的产生实践证明在采暖期采用相同厚度保温材料的外保温要比内保温减少约1/5的热损失而在夏季墙体的外保温做法还能减少太阳辐射热和室外热空气与外墙的表面换热隔热效果也优于内保温做法5对于建筑中使用较多的铝合金门窗解决热桥的方法是改采用新型的断热桥型铝合金门窗或铝塑复合门窗且应同时配置三玻中空玻璃或LowE中空玻璃这样就能保证门窗达到节能65的要求6其它的如屋面、外墙角、挑出构件与主墙体的连接位等热桥部位应严格按照国家规范要求加强建筑局部的保温措施防止热散失从总体上讲防止热桥的产生就要平衡建筑围护结构的传热控制各组成部分的传热系数相接近保证各部位的传热均匀这就需要建筑师熟悉各种建筑材料的物理性能在设计时对用材要仔细研究合理配置从根本上减少热桥的产生最终达到节能的目的 5结语 当然建筑节能是一个复杂的系统工程涉及方方面面的问题上文所提及的四方面问题只是其中的一部分它们往往不被重视甚至被忽视这会造成许多的设计漏洞使建筑物能耗增加所以笔者专门把它们选出来进行探讨正是为了抛砖引玉希望同行们能多加指正集思广益共同探讨建筑节能设计的新方法在今后的设计中多研究、多尝试、多积累、多总结在有限的条件下将建筑功能与艺术和技术更好地结合使建筑设计的各个方面都能体现节能的原则努力