高层建筑节能设计

浅谈高层建筑节能设计
摘要：在建筑不断跨越新高度的同时，其设计、建造不顾自然生态环境，缺少节能意识和地方气候特色，成为了高层住宅设计的缺陷，因此，在全球日益对住区可持续问题重视的今天，片面强调绿化率的城市高层住宅不应纳入生态住宅的范畴，文章主要探讨高层建筑节能设计的方法。

关键词：高层建筑；节能设计
中图分类号：tu201.5文献标识码：a文章编号：
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。

1.建筑位置及朝向设计
考虑建筑环境及朝向是高层建筑定位时首先应考虑的问题。

要满足日照的要求，就不能有过高的容积率。

巨大的阳光辐射能量，能够为建筑带来大量的能量，特别是对寒冷地区人们而言，充分的利用阳光这个自然能源显得十分的重要。

建筑的设计者，在确定建筑的方位时，必须要把建筑的朝向考虑在内，根据建筑和地理情况，通过太阳高度角做出日影响图，从而确定建筑在冬季每天的日照时
间。

因此，为了最大的扩大采光面，建筑的南向开窗面积尽可能大些，在充足采光条件下，北向、东向窗尽可能小些，从而获得更多的太阳光线，有效的减少热损失，保持室内的温度环境。

2.墙体的节能设计
墙体的节能设计除了适应气候条件做好保温、防潮、隔热等措施以外,还应体现在能够改善微气候环境条件的特殊构造上,如寒冷地区的夹心墙体设计、被动式太阳房中各种蓄热墙体(如水墙)设计、巴格达地区为了适应当地干热气候条件在墙体中的风口设计等；而高层建筑由于结构要求，造型要求，普遍大面积采用透明幕墙或大面积开窗，高层建筑中的玻璃幕墙可以最大限度地利用自然采光以降低人工照明能源，但大面积玻璃在提供良好照明的同时却又带来了采暖和制冷能耗高的隐患。

从这个角度讲，建筑的自然采光和节能之间存在着矛盾。

而“双层皮”幕墙系统恰好可以解决这一矛盾。

在冬天通过对“双层皮”之间空气的预热有效地降低建筑表皮的热损失。

因为外“皮”的存在，降低了建筑内“皮”上的风压，因为使得高层建筑中部分自由开窗通风成为可能，从而大大降低高层建筑中机械通风所需的能耗。

在“双层皮”间设置的遮阳百叶比“单层皮”建筑的内置百叶有更佳的遮阳效果，内置百叶虽然可以阻止阳光辐射向室内进一步穿透，但已透过玻璃的热量却可以用对流的方式影响室内的温度，“双层皮”间的百叶则没有这种问题。

3.合理的建筑空间节能设计
合理的空间设计是在充分满足建筑使用功能要求的前提下,对建筑空间进行合理分隔(平面分隔和竖向分隔),以改善室内保温、通风、采光等微气候条件,达到节能目的。

这些空间包括高层建筑中的交通核、中庭等。

如通过对“交通核”的合理布置，可以创造一些“缓冲空间”，有效的缓解不良气候对建筑可能造成的影响并达到建筑整体节能的效果，交通核的位置一般有三种情况：中央核、双侧核、单侧核。

其中“中央核”为内侧核，对建筑的结构有利。

而“双侧核”和“单侧核”为外侧核，可直接接触室外环境，因此可以充当高层建筑的“缓冲空间”，作为室外环境到室内主要使用空间的过渡，缓解不良气候和地理环境对建筑产生的负面影响，从而减少建筑的运行能耗。

举例来说，在湿热气候区，太阳轨迹一般沿着赤道东升西落，将交通核布置在东、西两侧相对较热的朝向可以极大的降低空调运行费用。

而中庭能引入自然光线，弥补高层建筑中自然采光的不足和调节“温室效应”，促进自然通风的功用。

由于空间高度不同造成压力差，从而形成的中庭内气流运动，这种效应又叫做“烟囱效应”。

恰当的利用中庭的“烟囱效应”，可以有效地促进自然通风并达到节约建筑能耗的目的。

4.外窗节能设计
外门窗冷风渗透为1/3，传热损失是1/3 ，其能耗占住宅总能耗的比例较大，因此它是住宅能耗散失最薄弱的部位。

故在保证日照、采光、通风、观景的要求下，尽量要提高外门窗的气密性及本身的传热量，提高保温性能，减小住宅外门窗洞口的面积，减少冷风渗
透。

其主要措施如下：
4.1 控制住宅窗墙比，住宅窗户的洞口面积和立面单元面积的比值即住宅窗墙比，根据《民用建筑节能设计标准》的规定对不同朝向的住宅窗墙指出“北向、东向和西向、南向的窗墙比分别不应超过20%、30%、35%”。

4.2 建筑外窗玻璃节能的保温节能及太阳辐射节能，单框双玻窗在我国目前使用广泛，其构造很大一部分都是简易型的，单层玻璃它热阻等于两个表面换热阻之和，因此外层玻璃内侧表面很可能在任何阶段均不形成冷凝。

双层玻璃或双层窗利用有效的支撑均匀隔开，并采用能反射红外线的合成树脂薄膜玻璃或发射红外线的玻璃而形成的中空玻璃，与其他玻璃相比有着较好的保温节能作用。

同时在窗型的设计应通过设置空气间层从而提高窗玻的保温能力。

一般中空玻璃的空气层厚度不能超过12mm，因为当气体间层厚度小于9 mm 玻璃材质、密封构造相同的情况下，热其阻也越大，气体间隔层也越大，传热系数值成线性下降，但是一旦间层厚度大于12mm 后，热阻的增长率就很小。

故对于中空玻璃要考虑太阳得热和增加热阻两方面因素来确定玻璃层数。

4.3 提高隔热功能，降低门窗传热系数和设置温度阻隔区，塑钢门窗、彩色镀锌钢板节能型门窗热惰性大，气密性好，更重要的是不生锈、耐腐蚀、缝严密能降低门窗传热系数，提高隔热功能。

玻璃应采用双层，现在有很多节能玻璃，例如：内部充满干燥或惰性气体防阳光玻璃，中空玻璃等等。

4.4 热量渗透的减少，房间的气密程度是影响换气次数的主要因数，而产生内外空气交换主要在于外窗与墙、框、玻璃之间的装配缝隙。

其缝隙越小渗透量越小，换气次数少，反之就导致热耗增加，即气密性不好。

故而节能率与气密度成反比。

因此，在保准新鲜空气需求量几质量的条件下，应尽可能减少换气次数从而减少热量渗透。

5.选用建筑节能材料
合理选用建筑节能材料也是全面建筑节能的一个重要方面。

建筑材料的选择应遵循健康、高效、经济、节能的原则。

一方面,随着科技的发展,大量的新型高效材料不断被研制并应用到建筑设计中去,更好地起到节能效果。

如新型保温材料、防水材料在墙体屋顶中的应用,达到了更好的保温防潮效果;新型透光隔热玻璃(如
low-e玻璃等)在门窗中的应用,起到了更好的透光隔热效果;采用可调节的铝材遮阳板，达到遮阳的目的。

6.太阳能节能
高层建筑节能设计的另一个方面是开发利用新能源，太阳能作为一种可再生的洁净能源，是建筑上很有利用潜力的新能源之一。

太阳能在我国大部分地区都具有良好的利用条件，全年日照时间最长可达2 800~3 300 h，年日照时数大于2 200 h(即每天平均日照时数大于6 h)的地区，占国土面积2/3以上。

绝大部分采暖地区均分布在长日照区域内，这些地区日照时数6hld的年总出现天数都在200 d以上，多的可达300 d。

太阳能在我国高层建筑上的利用方式主要有:被动式太阳能采暖、太阳能热水、主动式太阳能采暖与空调，以及太阳能发电等。

目前，随着节能设计研究和高层建筑设计的发展，基于高层建筑的布局特点和使用特点，附加阳光间与室内采暖设备相结合的节能设计已经获得人们越来越多地关注。

它能使高层建筑在室外气象参数剧烈变化情况下，室内温度分布更为均衡，改善室内热环境并节约能源。

7.结语
全面的建筑节能设计是一项系统工程。

目前,国家已制定了《公共建筑节能设计标准》、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》等行业标准,对建筑节能做出了明确的政策规定;在具体实践中还必须由设计、施工、各级监督管理部门、开发商、运行管理部门、用户等各个环节,按照国家的节能政策和节能标准的规定,全面地、严格地采取节能措施,让每一位公民真正树立起全面的建筑节能观,将建筑节能真正落到实处。

参考文献：
［1］钱以民，高层建筑与节能［m］.上海同济大学出版社, 2001, 11.
［2］付祥钊，夏热冬冷地区建筑节能技术［m］.中国建筑工业出版社, 2007: 86.
［3］何志华1，孙浩琦2，高层建筑与生态节能设计《企业技术
开发》2009年第8期.
［4］张林峰,李志国.我国建筑节能的发展[j].建筑技术,2005,(10).。