建筑节能单体设计浅析

建筑节能单体设计浅析摘要:经研究表明:全球的能源消耗中,45%用于满足建筑物的取暖、制冷和采光等要求,5%用于建筑物的建造过程。建筑设计方案是否满足节能设计要求在很大程度上决定了其整个寿命周期内是否达到建筑节能的目的,通过设计降低建筑的能耗,可减少全球的能耗,有利于保持整个生态系统的稳定。今天,“节约能源,提高能源利用率”已经成为各行各业在谋求提高劳动生产率的同时所追求的另一个目标,建筑行业也不例外。而建筑节能本身就是一项系统工程,文章从建筑单体设计方面简要作了论述。关键词:建筑节能,单体设计中图分类号：TU201.5文献标识码：A文章编号：一、建筑所在地选择采暖度日数、空调度日数、采暖期太阳总辐射量、空调期太阳总辐射量等4个室外气象特征固化于建筑所在地,在建筑节能并行设计中,当建筑所在地确定后,这4个参数即为常量,无需进行节能评价。二、控制建筑物体型系数包括体型系数设计、体型完善系数设计、建筑朝向设计等。体型系数是目前常用的控制指标,即建筑物同室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值。建筑物外表面积越大,散热面就越大,其耗热量随体型系数的增长而增加。夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准规定:条式建筑物的体型系数不应超过0.35,点式建筑物的体型系数不应超过0.40。因此,严格控制建筑物的体型系数对节能建筑设计很重要。建筑体型系数与建筑单元联列情况有关。以住宅楼为例,每增加一个联列单元,建筑物就减少一面山墙,其外墙面积就缩小,体型系数也就相应减少。因此,对节能建筑设计而言,适当多的住宅单元联列对体型系数控制是有利的。适当增加建筑物层数,可降低体型系数,建筑物层数增加的过程中,外围面积的递增比不上所包围的体积的增加,即体积略大于面积的增率,高层建筑的体型系数普遍偏低,一般在0.10.9之间。因此,在功能使用许可、经济允许的条件下,适当增加建筑物层数对控制体型系数是有利的。当单元平面(标准层)面积相同时,提高建筑物进深(面宽减少),体型系数会相应减少,即相对直角而言,正方形的体型系数最小。因此,在功能许可、技术条件允许时,建筑平面接近正方形对建筑节能是有利的。选择合适的平面,为满足可比要求,假设各平面的四表面积相同(不包括顶部和底部),并使高度一致,列出五种形状进行分析评价:三角形、正方形、1：2长方形、正六边形和圆形。以体型系数来评价其对节能的意义,顺序为:圆、多边形、正方形、长方形、三角形。因此圆和多边形对节能有利,三角形对节能不利。建筑物平面空间组合集中紧凑,减少凹凸变化。可使体型系数减少。因此,建议在建筑平面形状上采取典型的平面(平角形、方形等),在此基础上做适当的平面变化,创造一定的美学效果,尽量减少不必要的小尺度凹凸。适当增大建筑物体量,可降低建筑物体型系数。建筑物的建筑体量对其单位建筑面积采暖耗热影响很大,从大量的分析得出:在选择体量设计时,应避免做建筑面积2000m2以下的小体量建筑,一般宜在3000m25000m2之间,在大体量的总趋势下,建筑物进深加大,层数加多,可使节能愈加显著。三、扩大南向获热面积寒冷地区,在冬季建筑物南向所获得的太阳辐射总量比其他方位大得多;南偏东西的角度越大,接受的太阳辐射越小;而正东正西只有南向的1/3左右。因此增大建筑物南向获热面积对节能是有利的。四、窗墙节能设计外门窗是建筑能耗散失的最薄弱部位,其能耗约占建筑总能耗的2/3,其中传热损失为1/3,冷风渗透为1/3。所以在保证日照、采光、通风、景观要求的条件下,尽量减少外门窗洞口的面积;提高窗户本身的保温性能,减少窗户本身的能量损失。1)房间窗户面积的确定应视建筑物所处的地理经纬、当地的冬季日照率、房间的采光要求、建筑物之间日照遮挡情况来确定,在满足上述条件下,应尽量减少门窗洞口面积。JGJ26民用建筑节能设计标准对不同朝向的窗墙面积做了严格的规定,规定指出“北向、东向和西向、南向的窗墙面积比不应该超过20%,30%,35%”。2)提高外门窗的气密性,如设置泡沫塑料条,使用新型的密封性能良好的门窗材料,在门窗框与墙间的缝隙密封可用弹性松软轻型材料(如毛毡)、弹性密闭型材料(如聚乙烯泡沫材料)、密封膏以及边框设灰口等;框与扇之间密闭可用橡胶、塑料或泡沫密闭条及高低缝、回风槽等;扇与扇之间的密闭可用密闭条、高低缝及缝外压条等;扇与玻璃之间可用各种弹性压条等。这些对提高外窗本身的保温性能是有利的。3)窗扇的保温节能还可以通过增加窗扇层数和增加玻璃层数以及采用特种玻璃来实现,如采用中空玻璃、吸热玻璃、反射玻璃等,塑料窗采用单层窗扇双层玻璃,钢窗采用双层窗扇双层玻璃等。4)缩短窗扇的缝隙长度,采用大窗扇减少小窗扇,扩大单块玻璃的面积,减少窗芯,合理地减少可开启的窗扇面积,适当增加固定玻璃及固定扇的面积,对建筑节能有利。五、采用各种高效保温的节能在建筑物外围结构中,墙体所占的面积最大,冬季通过外墙散失的热能约为总耗热量的22%,屋顶散热量约为9%。因此搞好外墙和屋顶的保温设计十分重要。采用各种新型保温材料形成多样化的高效节能经济的新型围护体系,可以减少散热量,提高保温性能,实现节能要求。从墙体节能来看,有复合外墙和单一外墙材料两大类,复合外墙又包括内保温复合外墙、保温材料夹芯复合外墙和保温复合外墙三类。单一材料外墙包括加气混凝土外墙、空心砖外墙、空心砌体外墙等。从屋面节能来看,有高效保温材料保温屋面和结构与保温合一的复合节能屋面板两大类。实现节能的根本出路在于发展高效保温的外保温复合外墙围护结构。设置“温度阻尼区”,所谓温度阻尼区就是在室内与室外之间设有一中间层次,这一中间层次象热闸一样阻止外冷风的直接渗透,减少外墙、外窗的热损失。例如:在住宅中,将北阳台的外墙、外窗全部用封闭阳台封闭起来;外门设防风门斗,防止冷风倒灌;屋顶采用坡屋顶,设置阁楼,住宅中的楼梯间设成封闭式,对屋顶上入孔采用封闭处理等措施均能收到良好的节能效果。六、加强冷桥部位的构件保温设计在外墙围护构件中,经常设有导热系数较大的嵌入构件,如外墙中的钢筋混凝土梁、柱、过梁、圈梁、阳台板、挑檐板等。这些部位的保温性能比主体部分都差,热量容易从这些部位传出去,散热大,其内表面的温度也低,容易形成凝结水,这些部位通常叫围护结构的“冷桥”,特别是在节能型建筑中,采用新型节能围护体系,整体的大面积加强了保温,其冷桥节点失热比传统非节能建筑要大得多。所以是否处理好冷桥节点部位的保温构造设计是新型围护体系节能技术的成败关键,应引起足够的重视。在设计中,对每一个冷桥节点均应逐个分析该节点所在部位室外结构方案、构造方案及节点所在的不同的围护体系,选择最佳综合技术,以保证整体建筑物节能效果良好。如钢筋混凝土过梁常做成L型,使外露部分面积减少,或把过梁全部包起来,切断冷桥;窗台板常做成砖砌挑窗台板等。寒冷地区的外墙若采用导热系数小的新型保温材料,砌筑的砂浆用普通砂浆砌筑时,灰缝处因热阻不足也容易形成冷桥,此时应该改善砌筑砂浆的保温性能,使用导热系数小的保温砂浆,如水玻璃矿渣砂浆(水玻璃+砂+磨细矿渣)等代替普通砂浆,减少灰缝厚度,提高砌筑精度。七、结束语节能建筑设计涉及的面很广,除上述几个方面外,还包括多方面的因素。如适当减少南阳台的设置,因为每层南阳台均产生对下一户的冬季日辐射的遮挡;充分利用太阳能等,并且建筑节能与结构、给排水、供暖、通风和电气等各个专业均紧密相关。这里仅从建筑单体设计上分析节能需要注意的问题,希望能