高层建筑能耗特点分析及节能设计研究

【关键词】高层建筑 能耗分析 节能设计 

　　一、引言 

　　当前随着经济社会的发展，环保和节能问题逐渐浮出水面。如何才能在高层建筑设计中充分体现出节能的理念，减少资源的浪费，是当前建筑界的热点问题。不容忽视的是，当前有不少高层建筑的设计并不利于节能，突出体现在自然采光率不高、通风效果较差以及隔热能力不强等。本文在此背景下进行研究，分析高层建筑的能耗特点，在此基础上通过分析高层建筑设计常见问题，阐述其节能设计模式和策略，具有比较好的理论价值和实践意义。 

　　二、高层建筑能耗分析 

　　与普通建筑相比，高层建筑最大的特点是能够容纳更多的人员，同时单位面积需要处理的信息量也很大，因此为维持必要的运作条件，在许多方面（包括电梯、空调等）均会消耗可观的能源。高层建筑的能耗主要体现在电消耗、煤消耗、气消耗等方面。其中主要的耗能系统包括空调、照明、动力及办公系统。数据调查表明，90%以上的高层建筑能耗的一半以上来自于供暖空调系统；照明能耗占25%左右；动力能耗及办公能耗共约15%左右。可见这四大系统的能耗占据了总能耗的绝大部分。 

　　高层建筑在采光方面、通风方面也有自身的基本要求。可以从其基本空间构成来分析，高层建筑主要的空间类型有以下几种：各类房间、交通空间（例如走廊和电梯井等）、辅助空间（厕所和储物间等）和设备空间。可见在高层建筑中，其平面布局基本是固定不便的，每一类空间均需要采光与通风。从以上的分析也可知，高层建筑并不依赖外界气候进行自身环境的调节，如果在设计时过于注重通过外接环境来减少建筑能耗，是行不通的。真正值得重视的，是高层建筑自身的条件，包括平面构成、进深多少、围护构件的设计、设备的配置等。 

　　三、高层建筑节能设计策略 

　　（一）高层建筑通风节能设计 

　　首先可以尽量引入自然通风，设计者通过灵活构建建筑本身的内部空间状态，与当地气候特点构成穿堂风，这种模式更多地出现在条形建筑中。还有不少高层建筑属于点式建筑，设计者可以巧妙借助垂直墙面窗户间进行自然风的引入。为了形成更大的自然通风，应该尽量提升建筑的窗墙比，从而构建风道。此外也能利用双层玻璃达到降温的效果。上述的种种模式目前在国外已经很常见，不少国外建筑的设计均有着巧妙的自然风构造系统，包括墨西哥的埃斯塔基大厦、法国南部的伏及利亚大厦等，其设计均使用自然风的通风模式。 

　　（二）高层建筑外围护节能设计 

　　首先是对于外围护材料的选择。结合当前不少高层建筑在外围护材料中采取的是实体围护或透明围护模式，众所周知，高层的围护组织并不承担承重的功能，因此在材料的使用方面十分灵活，如果高层建筑选择的是实体围护，则推荐选取导热系数较低的空心结构，并在外墙设计中增设保温层并尽力提升窗墙比，从而避免由于外围护隔热的不足导致的能耗浪费。如果高层建筑地处北方寒冷地区，则应尽可能降低玻璃幕墙的数量。总而言之，在建筑的围护组织能够满足保温要求时，其透明围护的设计应做到：将建筑的窗墙比控制在尽量提升，增加组织通风的有效面积；采取更加节能的材料，加强密封性能等等。 

　　对于高层建筑的外饰面，其作用是围护结构和外界环境接触的界面，因此外饰面的材料选用是十分关键的，其热工参数对于围护组织的热工参数具有决定性的影响。高层建筑的外饰面最关键的特征是其太阳辐射热吸收系数，这也是其保温性能的主要体现：首先体现在建筑整体处于制冷情况时对建筑能耗的作用；其次体现在外饰面对高层建筑墙体传热系数的作用；此外还体现在建筑在自然风情况之中对墙体内表面温度的作用。结合国家规定以及笔者的实践经验，在高层建筑外墙饰面方面推荐使用浅色外饰面，包括瓷砖或涂料等。 

　　高层建筑的墙体外遮阳也十分关键。通过提升高层建筑的遮阳性，也可以降低其供暖空调的能源消耗。我国一些地区在炎热的夏季，东向和西向的暴晒十分强烈，因此在这两个方向应该着重增设遮阳措施。笔者推荐设计者充分研究马来西亚和我国香港地区的做法，这些地区普遍在其高层建筑上配置了足够的遮阳措施，一方面实现了遮阳目的，另一方面也使建筑立面更加丰富美观。 

　　（三）屋顶节能设计 

　　对高层建筑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。屋面节能的主要措施为：①屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料，以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果，如选用吸水率较高的保温材料，屋面上应设置排气孔以排除保温层内不易排除的水分，②屋面保温层不宜选用密度较大、导热系数较高的保温材料，以免屋面重量、厚度过大。 

　　四、结束语 

　　在城市人口密度日益增加的今天，高层建筑应运而生。高层建筑的最大优势在于其占地面积小、能够容纳更多的人数，但同时也存在着能源消耗过高的不足。当前倡导科学发展观和可持续发展的绿色理念，高层建筑必须朝着生态化、绿色化的方向发展，其中的核心便是其节能设计，相信随着技术的发展和专业人员意识的提升，会有更多节能建筑涌现。 

　　参考文献： 

　　[1]余泳泽：我国节能减排潜力、治理效率与实施路径研究[J].中国工业经济，2011，（5）. 

　　[2]布朗GZ著，常志刚、刘毅军、朱宏涛译：太阳辐射・风・自然光―建筑设计策略[M].中国建筑工业出版社，2008. 

　　[3]吴聪慧：生态办公建筑设计的技术理念之初探[J].长春工程学院学报（自然科学版），2013，（1）. 

　　[4]林斌.探析高层建筑设计中建筑节能设计的应用[J].江西建材，2014，（18） 

　　[5]张晓博.论可持续发展的高层建筑外环境[J].建筑与预算，2014，（07）.