探讨建筑节能设计的研究
关键词：建筑节能,节能设计,研究
一、应用背景
建筑节能是国家节能工作的重要组成部分。我国传统的建筑设计理论强调自然通风来排除白天建筑物吸收的热量和人体挥发的热量，采用自然通风的建筑物在特殊季节、时间段无法满足人体基本热舒适度要求，因此就要考虑采用暖气、空调等人工措施。由于我国长期以来强调降低一次性建设投资，建筑的设计对保温隔热问题不够重视，围护结构的热工性能普遍很差，而采暖、空调能源利用效率又十分低下，造成了建筑能耗急剧上升，成为全社会能源紧缺的重要原因之一。因此，应该通过建筑总体布局以及提高建筑物的围护结构的保温隔热性能，最终达到节能的目的。
国家发改委在《节能中长期专项规划》中指出：目前我国单位建筑面积采暖能耗相当于气候条件相近发达国家的2-3倍，由于我国以煤炭作为主要能源，而作为耗能大户的建筑，其节能也就成为关系国计民生的重大问题。因此，节约能源和保护环境已成为当前建筑设计业寻求可持续良性发展的主题之—。
环保要求节能，节能促进环保。为使我国建筑节能工作在“十五”期间取得跨越式发展，根据建设部的要求及国务院有关文件精神，国家有关部门制定了《建设部建筑节能“十五”计划纲要》，主要内容包括建筑节能，太阳能、河水、湖水、海水、地下水与地下能源等新能源和可再生能源在建筑中的利用，以及新型建筑墙体材料的推广应用工作。
二、建筑能耗的组成
建筑能耗有诸多因素影响，除室外热环境质量、室内空气质量和气候环境、建筑功能、规划布局等外部因素以外，主要是建筑本身的因素。一是结构能耗，如围护结构传热系数、建筑体形系数、窗墙比等限值。围护结构的传热热损失约占70％-80％，门窗缝隙空气渗透的热损失约占20％-30％。在传热热损失中，外墙约占25％，窗户约占24％，楼梯间隔墙约占11％，屋面约占9％，阳台门下部约占3％，户门约占3％，地面约占2％。窗户的传热热损失与空气渗透热的损失相加，约占全部热损失的47％。因此，加强围护结构的保温，特别是加强窗户包括阳台门的保温性和气密性，是减少结构能耗的重要环节。二是使用能耗，主要是冬季供热和夏季空调制冷，占整个建筑能耗的55％以上，说明采用高效率的供热、空调设备是实现建筑节能的另一重要环节。
三、建筑节能的手段
（一）建筑规划设计中的节能：主要是指在节能建筑的选址、体形、体量、布局朝向以及日照、间距、密度上考虑节能方法与措施。
1、总体布局原则：建筑总平面的布置和设计，应充分利用冬季日照并避开冬季主导风向，利用夏季凉爽时段的的自然通风。建筑朝向应选择当地最佳朝向，避免主要房间夏季受东、西晒。
2、选址：建筑选址应综合考虑整体生态因素，最大限度利用现有生态资源，使其成为当地生态环境的延续。
3、外部环境设计：在建筑设计中，应对建筑自身所处的具体环境加以利用和改善，以创造满足人们工作生活需要的室内外环境。在建筑外围种植树木、植被等，可有效净化空气，同时起到遮阳、降噪的效果。也可通过垂直绿化、屋面绿化、渗水地面等，改善环境湿度，提高建筑物的室内热舒适度。
4、规划和形体设计：在建筑设计中应对建筑形体及建筑群体进行合理设计，以适应不同的气候环境。防止因建筑高度、宽度的差异出现的不良风环境。
5、日照环境设计：充分利用环境提供的日照条件，合理确定建筑物的间距、朝向。
（二）建筑构造：主要在围护结构上采取措施。围护结构主要包括墙体、屋面以及门窗。围护结构的耗热量约占建筑采暖热耗的1/3以上，对这一部分采取科学的保温设计，节能效果非常显著。
1、建筑单体体型设计要求:寒冷地区的公共建筑体形系数应小于0.40，不满足规定时，必须按相应的标准进行围护结构热工性能的权衡判断。
2、建筑单体空间设计:建筑单体空间设计，在充分满足建筑功能要求的前提下，对建筑空间进行合理分割，以改善建筑室内通风、采光、热环境等。
3、外门窗:门窗作为节能的最薄弱环节，保温和隔热作用在节能中最重要，因此门窗的设计和施工直接影响着建筑物的节能效果。
（1）气密性：气密性不佳开口部的漏气量(间隙风)增大，在空调或采暖空间中造成能量的损失，气密性差的窗户，对于阻绝外界噪音的功效亦不佳。因此应使用密封性能良好的门窗材料，门窗框与墙间的缝隙可用弹性松软型材料(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密封；框与扇的密封可用橡胶、橡塑或泡沫密封条以及高低缝、回风槽等；扇与扇之间的密封可用密封条、高低缝及缝外压条等；扇与玻璃之间的密封可用各种弹性压条等。
（2）隔热性：金属制门窗框如果没有良好的断热处理，会引起热桥现象，由于其热传导大，此部位之温度也较其它部位低，易结露，增加室内的热负荷。因此应改善建筑门窗的保温性能，在门的空腹内填充聚苯乙烯板或岩棉板，以增加其绝热性能；窗户最好采用钢塑复合窗和塑料窗，尽量少用金属窗，积极采用中空玻璃、镀膜玻璃，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窗扇的面积。
（3）缓冲空间：外门设防风门斗，防止冷风倒灌，采用封闭式楼梯间。
另外建筑每个朝向的窗墙面积比不应大于0.70，当窗墙面积比小于0.40时，玻璃的可见光透射比不应小于0.40。
4、墙体节能：我国以实心粘土砖为主要墙体材料，外墙应采用保温构造，尽量减少混凝土出挑构件及附墙部件，当外墙有出挑部件及附墙部件时应采取隔断热桥或保温措施。外墙保温的墙体，窗口外侧四周墙面应进行保温处理。在建筑物西墙面种植绿色爬藤植物，缠绕在建筑外墙固定杆件上，可吸收过多的太阳辐射，降低外墙表面温度，用以创造良好的室内环境。
玻璃幕墙节能追求设计功能的主动性和积极性，变被动设防为主动利用能源：对于以采暖供热为主的幕墙追求达到温室效应，对于以空调制冷为主的幕墙追求达到冷房效果。但是由于这些节能幕墙造价较高，应用较少。
5、建筑遮阳：外遮阳设计在亚热带地区是节能最有效的方法之一，有助于减轻日照负荷，外遮阳比室内遮阳百叶帘效果高3倍左右，它影响整体空调耗能约两成左右。夏季太阳辐射照度随朝向不同有较大差别，一般以水平面最高，东西向次之，南北向最低。建筑遮阳设计依次考虑屋顶天窗、西向、东向、西南向、南向窗。外部遮阳的设置除能够有效遮挡太阳辐射外，还应避免对窗口通风产生不良影响。重要建筑遮阳设计采用智能化外遮阳设施，夏季外遮阳百叶可以根据不同时间阳光的辐射调整角度，达到遮挡强烈的阳光降低空调制冷能耗的作用。外遮阳百叶与建筑立面之间有一定宽度，形成空气流动的空间，也有“可呼吸”幕墙的效果。
6、屋面：保温隔热屋面采用板材、块材或整体现喷聚氨酯保温层，屋面的天沟、檐沟应铺设保温层。“漂浮屋顶”可以在建筑上运用，达到遮阳效果，它可以保护建筑的核心部分免受热辐射，并使凉爽的微风从底下吹过。另外，在屋面种植适合当地气候的低矮植物，这种植物耐旱、抗寒，不必人工专门伺弄，种植在建筑物屋面，既保温隔热，又经济实用，也能提高环境的绿化率，有利于调节环境气候，减轻城市环境污染和改善城市生态环境，节约土地资源和扩大绿化面积，增加绿色空间结构和保护城市生物多样性。
（三）在建筑的使用中节能。这主要是指建筑的采暖、空调、照明、电器、电梯、通风等方面均应采用低能高效设备，节约能源。
（四）太阳能的合理利用
太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，广义地说，太阳能包含生物质能、风能、太阳能、海洋能、水能等各种可再生能源。通过转换装置把太阳辐射能转换成热能，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电；通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用，属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换。
集中式太阳能热水系统可常年保证日常生活用热水，太阳墙系统则通过顶部传感器、风机调节室内温度。利用建筑所在地气候特征，确定太阳能供热、采暖等利用方式，是有效节约能源的重要内容。
（五）其他相关节能技术
水环境系统需要进行全面规划。给排水系统、污水处理及回用系统、雨水收集及利用系统、景观以及绿化用水补水系统、雨水收集与人工湿地一体化等都要在规划阶段予以综合考虑，雨水利用的方式主要有三种：
一是屋面雨水集蓄系统，将屋面雨水通过集雨槽聚集起来并输送到储存构筑物内，收集下来的雨水主要用于公共场所的非饮用水。
二是雨水截污与渗透系统，在收集过程中，雨水通过活动式截污装置截留径流污染物，从源头上避免对水质的影响，然后再采用人工与自然结合的净化方式，使水质达到回用标准。
三是人工生态湿地雨水利用系统。
