城市高层建筑节能设计探讨

摘要：建筑节能是我国发展的基本国策之一，高层建筑在城市节地、提升城市形象、拉动社会投资、扩大旅游和商贸活动等方面有其独特作用，也远非普通建筑可以比拟，抓好高层建筑的节能设计，将会带动国家和地方的建筑节能事业，促进全社会建筑节能的技术进步。

关键词：城市；高层建筑；节能；设计

Abstract: building energy efficiency is one of the basic state policy of development in our country, high-rise buildings in urban land, promoting the city's image, pull the social investment, expanding tourism has its unique role and trade activities, etc, is far from ordinary construction can match, pays special attention to the energy-saving design of high-rise buildings, will drive the national and local building energy efficiency, promote the whole society of building energy efficiency technology progress.

Key words: the city; High-rise buildings; Energy saving; design

中图分类号： TU201.5 文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

引言

高层建筑目前是我国标志性建筑，发展高层建筑的节能设计，是我国发展的基本国策之一；建设节约型社会是我们目前的主要发展方针，而各方面研究表明高层建筑节能的潜力是最大的，是节约能源最有效也是最重要的措施。所以，高层建筑节能设计的发展将是目前建筑行业发展的重中之重。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；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。本文将对此问题作些探讨。一、高层建筑组群关系修正系数因素和建筑节能

建筑能耗指标在建筑设计时将要确定一个值,然后通过若干项影响能耗的因素建立修正系数,对不同情况进行修正,使指标更接近实际情况。组群修正系数是讨论高层建筑总平面布置时都近建筑之间、建筑与道路间、建筑的立面体型设计造成的风压增强及热反射干扰问题。组群修正系数包括以下几个方面：

1.相邻高层建筑的直射阳光“阴影保护” 因素

阴影保护系数是对所遮挡建筑带来热稳定作用的修正系数。正如与传统热带建筑一样,住宅规划中减小建筑间距,增加阴影来达到致凉目的。在有较高的热稳定要求、空调设备先进条件下高层建筑在满足规划要求的间距（13M）及景观要求同时,在夏季制冷时有可能的应争取改善“阴影保护”因素,以遮蔽不必要的阳光直射,造成增加空间负荷。

2.高层建筑群体之中, 风洞效应造成的“恶性风流”因素

风环境是最近才引起重视的问题,除安全问题要考虑外,更重要的是风流恶化给高层建筑洞口、窗等造成的风雨渗透强化的复杂问题。高层建筑组群关系不好或建筑单体形状不佳均会造成“恶性风流”，如：高层建筑角落部分形成猛烈风流的“角落效应”；被吸入建筑物背风面真空区而形成激烈下旋湍流的“尾流效应”；建筑物紧密相依而形成狭长空间，形成气流的“通道效应”；高大建筑物倚角相对而造成的“漏斗效应”；高层建筑平行排列而形成相互避风的“屏障效应”等。

凡此种种均会对建筑窗洞的风雨渗透造成一定影响而加剧能源消耗。

3.邻近高层建筑由于幕墙或玻璃面位置、面积大小不当，造成的阳光“反射干扰”因素

在高层建筑较集中的区域该问题较突出,原来被认为热稳定性最好的北立面由于北侧相都建筑玻璃幕墙反射阳光而造成室内常年被阳光间接照射,大量的红外辐射增加了夏季制冷的空调负荷,造成能耗量的增加。所以在选择建筑基地及单体中玻璃面设计时,均应最大限度地降低“反射干扰”因素给高层建筑能耗带来的影响。

二、优化建筑位置朝向设计及体形设计的节能

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度－45度地区，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。

合理的建筑体形能够减少高层建筑物与外界的热量交换，在其他条件相同时，体型系数(建筑物护面积与其所包围体积之比)越大，单位面积散热量也越大，对节能不利。因此，正确处理建筑形式多样化和节能的关系，是高层建筑设计中应当引起重视的问题。

另外，高层建筑物的外形越简单，其外壳的表面积越小，热交换量亦越少。因此，高层建筑物的造型宜简洁、完整，尽量避免复杂的轮廓线。选用建筑最佳“节能”体形设计是空调节能的先决条件，因此，建筑专业是否重视空调专业的设计是建筑业节能与否的根本，对节能而言，空调建筑物的体形系数并非愈小愈好，而是存在一个最佳节能体形系数的问题，矩形建筑的最佳节能体形系数与建筑物的平面长宽比、建筑热工特性及当地气候有关,而与建筑物的体量、层高无关。

三、围护结构的节能

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。改善墙体的传热耗热量将明显提高建筑的节能效果。其措施有：

1.改善砌体的保温隔热性能

在材料选择时,采用新型节能砖,如多孔黏土空心砖、加气混凝土砌块、混凝土空心砌块等类型的材料,使其集承重和保温隔热于一体；也可利用浮石、火山渣及其他轻骨料或工业废料生产多排孔轻质砌块,用保温砂浆砌筑有节能、节地效果。

2.对墙体采取保温隔热措施

即采用外墙外保温技术和外墙内保温技术,构成复合墙体。目前,外墙外保温技术应用比较广,它不但解决了外墙热桥的问题,而且具有增加室内使用面积,方便室内二次装修等优点,目前使用较成熟的几种外墙外保温方案有：外贴聚苯板保温、外贴硬质聚氨酯泡沫保温、胶粉聚苯颗粒保温浆料、夹心聚苯板外墙保温、钢丝网架岩棉夹心板外复合保温等。外墙内保温有饰面聚苯板内保温复合外墙和纸面石膏板内保温复合外墙。

3.寒冷地区住宅室内沿外墙周边地面的保温设计

沿外墙周边的室内地坪和其以下的外墙如不采用保温措施,其外墙的内侧墙面以及墙角在冬季易出现结露；从而使得地面的热传导损失增加,甚至地坪被破坏,影响正常的使用。因此,在实际工程中可采用以下措施：一是沿外墙周边的室内地面垫层以下设置一定厚度的松散状或条板状、且有一定抗压强度、吸湿性小的保温材料，如0.5m厚炉渣等；二是对外墙室内地坪以下的墙体在内侧或外侧加50～70 mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料板,从而保证住宅室内的热稳定性和控制寒冷地区采暖能耗。

四、窗的节能技术

玻璃窗不仅传热量大，而且由于其热阻远小于其他围护结构，造成冬季窗户表面温度过低，对靠近窗口的人体进行冷辐射，形成“辐射吹风感”，严重地影响室内热环境的舒适。目前，就窗的节能措施，主要是从以下几个方面考虑：

1.控制窗墙面积比

窗户既有引进太阳辐射热的有利方面，又有因传热损失和冷风渗透损失都比较大的不利方面。就其总效果而言，窗户仍是保温能力最低的构件。由于通过窗户的热损失比例较大，因此我国规定：南向的窗墙比≤0.35，东西朝向的窗墙比≤0.25(单侧窗)、≤0.30(双侧窗)，北向的窗墙比≤0.20。因此,从地区、朝向和房间功能出发,应选择适宜的窗面积,同时应强调东西南北开窗有别,是通过减少北侧窗的面积来减少热量的损失。

2.提高气密性，减少冷风渗透

提高外门窗的气密性,是减少室外冷热空气渗入室内的一个重要措施。如采用平开门窗和大块玻璃窗扇,以减少扇与框、扇与扇、扇与玻璃间的缝隙，并在缝隙中嵌入密封胶条；在门窗框与墙间的缝隙，用保温砂浆或泡沫塑料等材料来填充密封,使从门窗渗入的冷空气减少,提高气密性。

3.提高窗户的保温能力

包括改善窗框的保温性能以及使用中空玻璃来改善窗玻璃部分的保温能力。中空玻璃是由两片(或两片以上)平行的玻璃板粘合而成的玻璃组件。其两片玻璃板间通过间隔条(注满专用干燥剂一高效分子筛吸附剂)隔出一定宽度的空间，并使用高强度密封胶沿着玻璃的四周边部进行密封。由于中空玻璃在构造上存在空气夹层，从而有效地降低了传热系数，达到节能的目的，同时隔声性能也很好。根据玻璃构造不同，中空玻璃又有PET 双中空玻璃、LOW－E中空玻璃等多个品种。若中空玻璃中充装氩气等惰性气体，将进一步增大中空玻璃的热阻；若采用热反射镀膜玻璃或低发射率镀膜玻璃组成的中空玻璃，更可以显著提高外窗的保温性能。

结语

节约能源是我国的基本国策，高层建筑节能是国家节能工作的重要组成部分，我们要接见节能建筑的成功经验，加强国内的技术研发力度，引进先进的设计方法，使我国的高层建筑设计逐渐走节能化的可持续发展的道路。

参考文献：

[1]付祥钊，建筑节能技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[2]王立雄，建筑节能[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[3]孙成建，外墙外保温技术措施的探讨[J].住宅科技,2007,27(7):21-23.