对建筑节能设计及理论基础的研究

摘要：近年来，随着社会的进步和经济水平的不断提高，我国城市建设高速发展，建筑能耗也呈现出逐年大幅度上升的趋势。这就对生态资源环境的可持续发展造成了巨大的威胁，给我国现代化经济的发展带来了沉重负担。目前，受社会环境的影响，人们的思想观念日益更新，环保意识也逐渐增强。建筑节能作为节能降耗的重要手段，越来越受到人们的高度重视，成为了建设设计中的重要环节，对于促进资源节约和合理利用、保证能源的可持续利用有着重要意义。本文针对建筑节能设计及其理论基础进行了深入研究，阐述了建筑节能的重要性，总结了建筑节能设计的理论基础，并对建筑节能设计中应注意的问题展开了具体分析。

关键词：建筑节能；重要性；设计；理论

中图分类号：TU2 文献标识码：A

当今社会，环境污染、资源匮乏的日益严峻使得全球生态环境问题已十分凸显，严重威胁着人类的生存和发展。作为世界上最大的发展中国家，我国目前经济社会的快速发展与能源供给的严重不足间产生的矛盾不断扩大，阻碍着我国社会主义现代化建设的顺利进行。这就要求必须在结合我国实际情况的基础上，以节能降耗为原则，制定科学合理的资源利用方案，从而实现能源利用效率的最大化，保证我国的经济社会的可持续快速发展。其中，建筑行业是我国城市建设中的核心，也是其他行业发展的基础，而建筑耗能在我国能源消耗中占有较大的比重。因此，对建筑行业进行全面节能管理势在必行，需要从根本上对建筑耗能进行有效控制。对此，本文主要针对建筑节能设计和理论从以下几个方面进行了研究。

一、建筑节能的重要性

建筑节能是在建筑中通过提高能源利用效率的方式来实现经济和社会效益的最大化，主要是对建造能耗和使用能耗进行的控制。其中，节约建筑使用能耗是重中之重，包括通风、采暖、照明、空调、电器以及热水供应等方面的降耗。

目前，就我国社会能源消耗的现状来看，建筑能源消耗已占总量的近 28％，并以每年 1％以上的速度持续增长。以此类推，截止到2020 年，建筑行业的发展使得建筑将可能占据我国能源消耗的 40％，其形势不容乐观。在城市建设高速发展的今天，我国建筑能耗问题已成为影响人们生活的社会问题。巨大的能源负担和治理困难给国家经济的发展带来了沉重的负担，迫切需要采取有效措施对建筑行业实施全面节能。

建筑节能以技术改革为基础，在保证建筑实用性和艺术性的前提下而采取的设计创新。在具体实施上，建筑节能设计使得建筑热环境质量不断降低，实现了舒适与低能耗的目标，有利于节约有限能源、缓解温室效应，对于改善居民生活质量，促进社会经济的可持续发展，有着重要意义。

二、建筑节能设计的理论基础分析

自建筑节能设计理念提出以来，我国不断深化研究、加强规范，是建筑节能设计成为了我国建筑行业发展研究中的重要课题之一。在1993年8月起，我国开始实施民用建筑热工设计规范，对建筑的冬季保暖、夏季通风和隔热要求进行了相关规定，为建筑节能设计的开展提供了依据。就建筑节能设计的理论基础，本文从以下几个方面进行了阐述。

（一）建筑总体规划的节能设计

建筑总体规划是对建筑设计的整体把握，在总体规划中贯彻节能设计需要充分考虑地区、朝向、方位、建筑布局、地形地势等各种因素对单体建筑布局的影响，将夏季通风、冬季采暖、采光等要求的满足作为设计目标，充分利用起所在地区的天然热源、风源等自然资源。在设计中，单体建筑间的组合直接影响着气流形成，很容易造成高层建筑群内部回旋涡流的发生，阻碍室内自然通风。这就要求必须调整好单体建筑之间的组合，避免滞留区的出现。对此，混合带状式布置法的提出使得这一问题得到了有效解决，带状区域的南、北体型和高度的差异化布局使得冬季冷风得以阻挡，夏季通风得以增加。同时，合理的绿化和水土布置规划对于改善建筑群内气候环境，促进建筑节能和舒适程度的增强有着重要作用。下图为混合带状式布置法的效果示意图。

图一：混合带状式布置法的效果示意图

（二）建筑平面的节能设计

建筑平面的节能设计是建筑面积以及布局的设计，提高对建筑用地、用材的节约来减少建筑施工、维护和使用中的耗能，从而实现有效节能。就我国所处的地理环境来看，建筑朝向选择南向最为节能。因此，南向位置可以设置为建筑的长期活动空间，而将相对平面功能较弱的空间可以布置在北朝向，以促进采暖和空调能耗的节约，并保证了室内环境的舒适度。

（三）建筑的体形系数节能设计

建筑物体形系数表示建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积之比，能够直接影响耗热量指标的变化，减少建筑物体形系数能够减少建筑物外表面积、外维护结构面积以及建筑物形体的凹凸，从而有效促进建筑节能。因此，我国建筑节能标准规定采暖地区建筑的体形系数不宜大于0.3。此外，建筑外表整齐较凹凸变化更有利于节能、尽可能增大建筑物南向墙面的面积以促进太阳辐射热能的接受也是建筑节能设计的重要理论基础。

（四）围护结构的传热系数节能设计

围护结构的设计对建筑在运行中的耗能有着重要影响，是建筑节能设计的关键因素。据调查数据显示，我国围护结构的传热耗热量占建筑物总耗热的70%以上，分布于墙体、屋面、门窗等各个部位。因此大幅度降低围护结构的传热系数是建筑节能的重要途径之一。目前，我国围护结构的传热系数研究相对落后，但具有极大的潜力。与国际最高水平相比，外墙传热系数是他们的4倍~5倍，屋顶传热系数是他们的2.5倍~5.5倍，外窗传热系数是他们的1.5倍~1.2倍。因此，开发采用高效保温隔热的围护结构，大幅降低围护结构的传热系数是我国建筑节能设计研究的重要内容之一。

（五）窗墙面积比的节能设计

窗墙面积比较大使得窗户传热系数升高，容易造成空气渗透热损失问题，而窗墙面积比过小会使建筑通风和自然采光不足，增加照明和空调的能耗。这就表明，开窗面积过大或过小均不利于建筑节能。国家新节能标准对窗墙面积比作出了控制性规定，要求北向窗墙面积比为0.25，东西向为0.3，南向为0.35。因此，建筑节能设计可以大力推广应用遮阳设计和使用遮阳设施，也可采用可控遮阳等日照调节系统。此外，阳台、外廊等建筑构件设计对于遮阳也具有良好的效果。

三、建筑节能设计的注意事项

建筑节能是一项十分复杂的工作，需要将节能理念贯穿于整个建筑工程的实施过程中。其中，建筑节能设计作为建筑项目的核心环节之一，是建筑节能的关键，对于从根本上防止能源浪费，保证节能工作的顺利完成，有着重要意义。在建筑节能设计的具体实施过程中，需要注意诸多事项，主要表现在以下几个方面。

（一）建筑整体和外部环境的节能设计

建筑整体和外部环境是建筑设计的重要因素，对于建筑节能设计有着重要的影响，需要做好严格控制和规划。

1.选址合理

建筑设计要在不破坏生态环境平衡的前提下，保证建筑在其整个生命周期中保持适宜的微气候环境，从而促进建筑节能。因此，建筑地址的确定要充分考虑当地的地形、气候、水质、土质和周边环境等因素的综合状况，作出合理选择。

2.外部环境设计合理

合理的外部环境设计能够改善既有的微气候环境，为建筑节能创造有利的环境条件，是建筑节能设计的重要途径之一。在具体实施中，可以在建筑周围布置树木、植被，有效遮挡风沙、净化空气，并起到遮阳、降噪的效果。同时，还可以创造人工自然环境，如在建筑附近设置水面，利用水来平衡环境温度、降风沙及收集雨水等。