浅谈高层建筑节能设计

浅谈高层建筑节能设计

摘要：近年来随着国际能源供应日趋紧张、社会经济快速发展和人民生活水平的不断提高，能源紧缺成为制约我国经济发展的主要因素。文章总结近年来的设计项目，结合笔者自身的设计经验教训，对高层建筑节能设计要点和节能技术进行了探讨，以供参考和交流。

关键词： 高层建筑；节能设计；

一、高层建筑节能设计的必要性

近年来随着我国经济的高速发展，我国的建筑规模也在迅速扩大，在城市中许多高层建筑不断拔地而起，成为一道道靓丽的风景线。但是高层建筑体型庞大，其带来的电力及其他能源的消耗也是非常大的，主要表现为：（1）高层建筑外围护墙体耗能量较大，体形系数越大耗能越多；（2）高层建筑的“风环境”是影响建筑耗能因素之一。在冬季，风力对建筑的热损失很大，增大冷空气的渗透量，使室内热损失加大。由于建筑某些部位处理不当，墙体内部易产生冷凝水。

而许多设计者往往贪大求高，大部分精力放在追求立面形式和使用功能上，而往往忽略生态环境的保护、建筑设计节能意识淡薄，造成高能耗、低效益，影响常年使用，浪费巨大。

所谓建筑节能不仅是建筑本身的节能，且由城市的综合环境、气候条件、总体布局；建筑物的形体变化、朝向；外围护结构保温、隔热的性能；门窗质量等许多综合性因素构成，因此，高层建筑的节能首先应为设计者重视。

我国是资源短缺的国家，建筑能耗量约占全国总能耗1/4，居耗能首位。近年来随着国际能源供应日趋紧张、社会经济快速发展和人民生活水平的不断提高，能源紧缺成为制约我国经济发展的主要因素。因此，建筑节能成为缓解能源紧缺矛盾、改善人们生活质量、减少环境污染、实行可持续发展战略目标的重要环节。笔者总结近年来的设计项目，结合自身设计经验教训，对高层建筑节能设计要点和节能技术进行探讨。

二、节能设计要点

节能建筑的设计首先应该从规划入手，以节能作为指导规划设计的主要原则，充分考虑建筑与外部环境的关系，从分析地区的气候条件出发，将设计与建筑技术和能源利用有效地结合，使建筑在冬季最大限度地利用自然能采暖，多获热量，减少热损失，夏季最大限度地减少得热和利用自然条件降温和冷却。在总体规划上为建筑节能创造良好的先决条件。

（一）优化建筑位置及朝向设计

高层建筑的定位首先应考虑对城市环境的影响容积率过高很难满足日照要求，阳光有着巨大辐射能量，在寒冷地区人们十分珍惜阳光带来的温暖。据有关资料分析，地球每年接收的能量有60亿亿千瓦，这么大能量弃之可惜，从某种意义上讲地球本身就是巨大的太阳能接收器，阳光不仅对人的身体健康有着很大影响，对建筑的节能也有着十分重要意义。寒冷地区城市规划应注重应用日照原理，合理的确定建筑位置与朝向，使每幢建筑能接收更多的太阳辐射热能，因此，建筑的方位与节能有着直接关系。如，在北纬40 ～45 地区，冬天建筑的朝向所得到的辐射能量几乎比夏天多两倍，而在夏天东、西向所得到的能量比南向多2.5倍，不同朝向，不同季节，建筑物所得到的太阳辐射热能量不同，热损失也不同，尤其是在冬至前后，由于太阳高度角低，房间所接收的太阳光线的面积比夏天多得多。在确定建筑的方位时首先应考虑环境情况，按其太阳高度角做出日影响图，以确定冬季每天的日照时间，建筑南向开窗面积尽可能大些，在满足采光条件下，北向、东向窗尽可能小些，从而获得更多的太阳光线，减少热损失，保持室内舒适的温度环境。

（二）优化围护结构墙体设计 1．外墙是围护结构的主体部分，高层建筑的围护结构不同于砖石结构房屋，前者是钢筋混凝土框架或剪力墙结构承重，因此，围护结构属于填充材料，为了减轻荷载，达到保温、隔热要求，采用轻质高效保温材料，目前在寒冷地区常用的墙体做法有：页岩陶粒混凝土空心砌块；粘土空心砖与实心砖复合墙体；粘土实心砖或空心砖岩棉夹心复合墙体等。但存在问题较多，节能的效果仍达不到标准的要求。围护结构的材料布置分外侧和内侧，在寒冷地区的同一气候条件下，由于材料层次布置不同所取得的保温效果也不尽相同，为防止墙体内产生冷凝水，保温层设在外侧更为妥些。

2．高层建筑高空环境和一般低层建筑所处的环境差异较大，设计师，必须采取额外的措施来满足高空环境下使用者对舒适度的需求。一般的高层建筑都投资高昂、能耗巨大。随着经济的发展，能源的消耗越来越大，人们也越来越意识节约能源的重要性，节约能源、创建一个可持续发展的未来同样是每一个设计师不可逃避的责任，因此，高层建筑的节能意义重大。

高层建筑的围护墙体不宜采用外侧保温的聚苯乙烯泡沫板（舒乐板、PG板） ，岩棉板等轻质保温材料。一幢建筑的寿命少则几十年，多则上百年，材料的应用与建筑整体的寿命应同步。对于轻质的外保温复合墙体，笔者认为存在以下不足之处：（1）抗震能力差，易松散，与结构构件结合不好，整体性能差。（2）不能承受外部装修贴、挂荷载，如：贴石材，安装装饰构件等。（3）不能承受有振动的凿、刨的装修，如：剁斧石面层、予留洞、槽易出现冷桥。（4）墙表面易出现裂纹。除此之外，复合墙体由于框架梁拉、剪力墙的嵌入，墙体内容易造成冷桥，是保温、隔热的薄弱环节。

（三）电力系统的节能设计

1．供配电根据负荷容量， 供电距离及分布， 用电设备特点等因素合理设计供配电系统， 做到系统尽量简单可靠， 操作方便。变配电所应尽量靠近负荷中心， 以缩短配电半经减少线路损耗。合理选择变压器的容量和台数， 以适应由于季节性造成的负荷变化时能够灵活投切变压器， 实现经济运行减少由于轻载运行造成的不必要电能损耗。

2．减少线路损耗。由于配电线路有电阻， 有电流通过时就会产生功率损耗，其公式为：

ΔΡ=3I 2R•10-3

式中：ΔΡ——三相输电线路的功率损耗（kW）

I——线电流（ ）

R——线路相电阻（Ω）

其中“R”线路电阻在通过电流不变时， 线路长度越长则电阻值越大。如果在一个工程中由于线路上下纵横交错， 一般工程线路总的不下万米， 大工程更是不计其数， 造成电能损耗是相当可观的， 所以减少线路能耗必须引起设计人员的足够重视。在具体工程中， 线路上电流一般是不变的， 那么要减少线损， 只能尽量减少线路电阻。而线路的电阻R=ρL/S，即与导线电阻率ρ、导线长度Ｌ成正比， 与导线截面Ｓ成反比。要减少电阻值应从以下几个方面考虑：（1）尽量选用电阻率ρ较小的导线，如铜芯导线较佳，铝线次之。（2）尽可能减少导线长度， 在设计中线路应尽量走直线少走弯路，另外在低压配电中尽可能不走或少走回头路。变电所应尽可能地靠近负荷中心，以减少供电半径。（3）增大导线截面积，对于较长的线路，在满足载流量、热稳定、保护配合及电压降要求的前提下，在选定线截面时加大一级线截面。这样增加的线路费用， 由于节约能耗而减少了年运行费用， 综合考虑节能经济时还是合算的。

三、结束语

大力推广节能建筑是我国建筑业近年来一直努力的目标。我们要不断应用先进的节能建筑设计技术做好高层建筑节能设计工作，以减少能源消耗，最大化利用资源，为国家可持续发展计划作出应有的贡献。

参考文献

[1] 蒙晓哲，周红涛. 建筑节能现状分析及思考[J]. 陕西综合经济， 2007，（4） .

[2] 毛继东. 浅谈建筑节能[J]. 陕西建筑， 2008，（12） .

[3] 宋德萱.节能建筑设计与技术.上海.同济大学出版社.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。