基于建筑的节能设计研究

前言：

建筑节能具体指在建筑物的规划、设计、新建（改建、扩建）、改造和使用过程中，执行节能标准，采用节能型的技术、工艺、设备、材料和产品，提高保温隔热性能和采暖供热、空调制冷制热系统效率，加强建筑物用能系统的运行管理，利用可再生能源，在保证室内热环境质量的前提下，增大室内外能量交换热阻，以减少供热系统、空调制冷制热、照明、热水供应因大量热消耗而产生的能耗。建筑节能是当今世界各国普遍关注的问题，它与能源结构调整，开发可再生能源利用组成能源战略的重点；是实施能源、环境、社会可持续发展战略的重要组成部分，也是国际社会建筑走可持续发展之路的基本取向。我国是一个发展中国家，人口众多，人均资源占有量相对匮乏。改革开放以来，我国城镇化进程快速发展，日益突出的能源不足、生态环境问题已成为影响国家经济健康、可持续发展的重要因素。目前，节能环保已成为基本国策，生态恢复建设已成为政府着力狠抓的重要工作。因此，做为建设项目的先行者，从可持续发展的角度出发，将建筑规划设计和节约能源充分结合是每一个设计师进行设计工作时首先要考虑的问题。

1 我国建筑节能设计发展及现状

上个世纪，由于经济原因以及观念滞后，我们在建设项目的规划和设计阶段对节能设计没有给予足够重视，设计理念、手段、措施都相对落后，特别是在采暖保温，隔热降温的设计上，更是传统保守，导致产生了大量的耗能建筑。统计显示，我国每年城乡新建房屋建筑面积近 20 亿平方米，其中城镇每年新建建筑面积为 9 亿平方米至 10 亿平方米，80% 以上为高耗能建筑。既有建筑近 400 亿平方米，95% 以上是高能耗建筑。

改革开放使得中国的经济得到了飞速发展，也是人民对生活目标的追求发生了巨大改变。这就促使建筑行业为适应人民观念的更新而发生重大变革，而这种变革最大的体现就是建筑业的飞速发展，这种飞速发展带来的结果就是建筑能耗的巨量增长。数据统计，民用建筑能耗占全社会总能耗的 30% 左右，并且该占比还在不断地上升，建筑节能已成为节能减排的重点对象。建筑节能这几年越来越受到人们关注，国家也越来越重视节能减排所带来的巨大社会效益和经济利益。本世纪初，国家出台了节能设计相关的法规和规范，对建筑节能提出了明确的目标要求；2005 年新发布了公共建筑节能设计标准（GB50189-2005），2006 年发布了绿色建筑评价标（GBT50378-2006），2008 年出台了《中华人民共和国节约能源法》，2010 年发布了居住建筑节能设计标准（JGJ26-2010），2015 年对公共建筑节能设计标准进行了升级换版。建设项目在设计初期就引入节能设计理念，设计全过程严把节能指标；政府审批环节也对节能指标严加管控；项目建设过程中对建筑材料、施工工艺、施工过程严把节能关，以保证建设项目真正达到绿色建筑标准。中国正在逐步进入精细化、集约化社会，节能降耗、减少排放是不可逆转的趋势。与节能减排和新能源有关的法律法规、标准规范、政策规划等也会继续不断的推进更新，节能要求也会越来越高，节能设计也会越来越专业化、精细化。节能所带来的社会效益和经济效益日益显现。

2 节能设计理念

理念决定方向。对的方向要有新的理念。首先，我们要明确节能理念下的几个关系：

（一）舒适与节能。舒适是人们在使用建筑方面追求的目标。在建筑规划设计过程中，我们不能单纯为追求节能而放弃舒适，也不能为追求舒适而加大能耗，最好是在两者间寻求最佳锲合点，做到二者有机结合。

（二）气候与节能。我国幅员辽阔，南北气候差异较大。冬季北方相对寒冷，需要采暖保温；夏季南方相对炎热，需要通风隔热，因此，在规划设计阶段，要充分考虑气候因素，设计要做到适时宜且节能。

（三）技术与节能。节约能源需要依靠高技术水平，但高技术水平和高经济水平是相互依存的。考虑到国情国力，在规划设计过程中，我们应当结合较为经济适用且节能效果明显的技术手段，避免一味为追求节能效果而采用高成本技术，与节能理念背道而驰。

（四）发展与节能。建筑节能可以促进建筑业健康快速发展。随着国家对建筑节能要求提高，建筑结构体系、建筑围护材料、门窗材料、照明、空调、供排水等建筑物的基本组成部分都将发生巨大变革，相关的建筑工艺、建筑手段也将发生变化，行业所产生的内需也急剧加大，这给行业的发展带来了机遇。

3 节能设计措施

3.1 合理利用土地资源

我国虽然幅员辽阔，但人均可利用土地面积相对较少，因此，在规划设计时，我们要从分考虑对土地资源的高效综合利用。要通过专业技术知识和先进的设计理念提高土地利用率，同时还要控制好土地开发强度，避免较大的建筑容积率和建筑密度。能够有较宽松的绿化用地营造优美环境，改善微气候。

3.2 充分利用建筑朝向

我们在进行建筑规划设计时，要从分考虑建筑朝向对建筑节能所带来的影响。在北方，要考虑建筑物主要朝向以南北向为宜，这样可以利用冬季阳光给建筑物带来的日照效果，控制室内采暖温度，以减少供热能耗，节约煤、气资源。在南方，要结合季候主导风向布置建筑位置，使得建筑物通风良好，降低室内温度，以减少隔热降温所需能耗，节约供电能耗。

3.3 缓解热岛效应

夏季，城市 “钢筋混凝土森林”经过强烈的日照，导致水泥化建材吸收大量热能在夜晚释放出来，加之城市自身生活所产生热量的散发，形成城市热岛效应。要通过技术手段缓解热岛效应需要耗费巨大能源，同时产生的能量又会加剧热岛效应，形成恶性循环。最节能且最有效的手段是通过绿化减缓热岛效应。数据表明，在绿化率达到 30% 以上时，热岛效应明显缓解，绿化率达到 60% 以上时热岛效应几乎就不会存在。因此，在规划设计中，我们在充分利用土地资源的同时还要尽可能加大绿化面积，诸如屋顶绿化、垂直绿化等，在美化环境的同时起到节能降耗的的作用。我国很多地区规范要求绿化率需大于 30% 以上也是基于这种考虑。

3.4 良好的构造设计

建筑的构造设计除了满足其作为建筑组成部分的基本功能要求之外，还要进一步对墙体、门窗、楼板、屋面等进行节能设计，以此满足建筑在营造舒适环境的同时兼顾建筑节能要求。例如：在墙体设计时采用新型节能墙体材料，同时根据节能加权计算设计墙体保温材料厚度及做法；在门窗设计时采用隔热性、密闭性能良好的门窗材料，如新型隔热铝合金、塑钢材料等，窗户采用低温辐射 LOE 玻璃加隔热真空层，玻璃上贴隔热反射膜等；屋面设计时合理选择轻质屋面保温材料，既要密度小、吸水性能弱，还要保温效果好，以达到在满足节能保温的同时减轻建筑物重量，减少结构投入，起到综合节能的效果。

3.5 控制好节能计算指标

评判建设项目是否满足节能要求、达到绿色建筑标准，有着严格的规范要求和严谨的计算数据结果。在进行节能设计时，首先依据建筑物的性质判定节能设计所采用的节能设计标准和依据规范，确定建筑物的节能目标（节能50% 或 65%），然后利用专业的节能计算软件，创建建筑三维模型，输入各项设计数据，如：建筑类型、建筑所处位置气候区划、建筑朝向、体形系数、节能计算的建筑面积及建筑表面积、各朝向门窗洞口比例，外墙及屋面构造做法、门窗类型、各种相关建筑材料等等。通过加权计算得出建筑物耗热量指标，以此来判定建筑物是否达到节能要求，同时还要合理控制建筑造价。因此，对建筑节能各项指标的合理控制是做好节能设计的重要保障。

3.6 充分利用清洁能源

太阳能、风能、地热能源是建筑物中均可利用的清洁能源。我国幅员辽阔，有着非常丰富的太阳能资源。尤其我国西藏、青海、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国最高，属太阳能资源丰富地区。例如甘肃地区年降雨量少、空气干燥、晴天多，充分利用太阳能为建筑供暖、供热水、供电、甚至能够提供建筑物所需的全部能量。太阳能既是一次能源，又是可再生能源，是取之不尽，用之不竭，广泛存在的天然能源。其优点是丰富、洁净、安全、价廉，对生态平衡没有任何影响。利用太阳能的建筑可分为主动式太阳能建筑和被动式太阳能建筑。主动式太阳能利用由于设计复杂、造价高，很少应用于建筑设计。而被动式太阳能建筑因为被动系统本身不消耗能源，设计相对简单，是建筑利用太阳能的主要方式。风能是地球上重要的能源之一，风能的利用有风力发电和利用风能促进室内换气通风等方式，而后者是建筑利用风能的主要方式。风能的利用与建筑内部平面和空间组合及建筑形态密切相关。水平通风即人们通常所说的“穿堂风”。利用建筑在迎风面和背风面的空气的压力差在建筑内部产生空气流动，降低表面温度，促进室内气流循环，改善室内热环境，满足人体舒适度。利用土壤的蓄热性能，在建筑物与室外环境之间设置一定厚度的土壤作为维护结构。或利用地形把土壤作为建筑的依托，可以在建筑与室外环境之间形成一个过渡区域，一方面减少外界不利环境对建筑室内温度的影响，另一方面，可以防止室内热量向外散失。在地下埋设一定截面的管路系统，通过空气热压通风和风压通风，将室外空气引入室内，利用土壤的恒温和恒湿性能，使空气保持恒定的温度和湿度，调节室内微气候。

4 结语

建筑节能关系到国计民生，子孙未来，而且它具有较强的时效性，不能一蹴而就，不能急功近利。建筑节能未来的发展是走绿色化进程的道路。建筑节能不是单一的建设周期节能，是建筑的全生命周期过程，尤为重要的是运行期间的节能，是系统几十年耗能运行的调控。所以我们说建筑节能未来的重点应更注重在运行调控管理过程当中的能效提升，既能保证用户室内的舒适度或工艺要求，同时能够提高能效、减少能耗，这样才能达到真正的节能效果。总之，建筑节能设计的研究对我们来讲是一门还有很大的提升和发展空间的课题，为了完成这个目标，作为建筑设计工作者，要努力学习先进节能经验，钻研先进节能技术，开发利用新的节能材料，认真总结经验教训，不断提高节能设计水平，真正做到全生命周期节能的绿色建筑。