高层建筑节能结构设计

浅谈高层建筑节能结构设计

【摘要】高层建筑能源消耗与诸多因素相关，这其中包括自然因素和人为因素两个方面，在设计高层建筑时应将这些问题都考虑到其中，只有这样才能够更好的实现高层建筑的能源优化，高效利用，下面本文就从结构设计角度探讨如何实现高层建筑物的节能最大化。

【关键词】高层建筑；节能；设计

随着时代的变迁，能源问题越来越受到重视，未来人类面对的主要问题亦是如何解决能源短缺问题，实现能源的高效利用，尽可能实现节能减排，实现可持续发展。建筑节能是指建筑物在使用过程中，能合理地使用和有效地利用能源，以便在满足同等需要或达到相同目的的条件下，尽可能降低能耗。建筑能耗往往是指使用过程中的能耗，特别是其中的采暖及空调能耗影响较大。所以，建筑节能设计首先是在保证舒适性的基础上，通过设计尽可能减少能源消耗，优化能源利用效率。

推行建筑节能已经成为当今社会发展的一大趋势，同时成为今后建筑领域的重点研发项目，这一点西方发达国家开展的较早，并且在技术开发与产业化方面相对较为成熟，而我国在建筑节能方面实施的较晚，处于开展推行阶段，仍有诸多问题需要我们解决和完善，本文就从建筑结构设计方面探讨如何实现高层建筑的节能优化。一、自然环境因素考虑

高层建筑处于自然环境中，既影响着环境同时又受到自然环境的

影响，打造建筑物群体良好的自然微群落，在很大程度上取决于总体规划设计时所作的考虑。

1、高层建筑场地的选择和开发

场地的选择是一种综合考虑，场地的方位、风速和风向、地表结构、植被、土壤、水体等都影响其整体状况。在现代高层建筑设计中，由于场地大多处于城市中心区，因此场地的选择必须服从于城市规划的宏观调控，很难保证有最好的外部自然环境，但是我们仍然应该计算资源利用的程度和对现有自然系统干扰的程度。

2、科学规划区域植被调节微气候

科学的种植植被，能够起到调节区域微环境的作用，在夏日里，拥有植被高层建筑群会比无植被建筑群低12℃。立面绿化能使建筑外表面比街道处的环境温度降低 5℃之多，冬季的热量损失减少30%。树林、灌木、草皮等可以减少来自地面的热反射，给高层建筑使用者带来舒适。

3、根据自然气流来设计高层建筑朝向

利用自然资源通风是实现节能的最佳方法，所以在设计建筑物朝向时应充分考虑到这一点，将建筑物大立面应面向夏季主导风向，小立面对着冬季主导风向，使建筑表面形成足够的压力差，以便在开启窗户后形成穿动气流。

二、高层建筑本体节能结构设计

1、高层建筑外形设计

体形系数是指高层建筑外围护壁体总面积和所包围形成的空间

体积的比值。通常体型系数越大，建筑耗能越大，节能水平越低，一般宜控制在0.35以下。体形系数每增加0.1，耗热量指标就增加0.48--0.52w/m2，因此要求建筑师尽量减少立面不必要的凸凹变化。在合理的范围内设计建筑物外观结构，既要保证能源消耗的最低，同时要展现建筑物的美观，避免呆板，让设计师能够一展自身才华。

2、围护结构

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。目前我国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。但是这些材质的节能效果仍不理想，与发达国际相比仍有较大的差距，在国外高层建筑物普遍采用混凝土空心砌块结构，如：美国研制的tb型保温隔热复合砌块；波兰的咬合式保温砌块、两块组合成320厚墙体，在空心砌块内填入高效保温材料，墙体传热系数k=0.1209 w /m2?k～1 100 w /m2?k；芬兰研制的一种空心砌块，空隙之间填入聚胺脂保温材料、300厚，传热系数k=0.25 w /m2?k～0.28 w /m2?k。这些混凝土空心砌块具有良好的保温效果，同时具备一定的强度，避免了轻质复合材料墙体的一些弊端。

3、可再生能源的利用

在系统的能源使用方面，应尽量开发可再生能源的利用，如太阳能、地热能、风能、水能、生物质能等。利用风力发电、太阳能光伏发电、垃圾发电、太阳能热利用、地热利用和沼气发电等，来减少对煤和天然气等不可再生能源和电、蒸汽、热水等二次能源的依赖。例如，使用分体空调的建筑建议增设地源热泵，这样可大大降低空调系统能耗；使用螺杆式水冷机组的建筑建议增加蓄冷装置；冷却塔的废热应予以回收利用；热泵作为一种新型节能技术，也应该在办公建筑中考虑采用；关于太阳能的利用，可以在冬季利用太阳能供暖、夏季采用太阳能制冷系统，全年都可以使用太阳能光电系统和热水系统。

4、房顶屋面的节能设计

目前有很多屋面采用一些远不满足热舒适性和节能标准的隔热措施，有的甚至没有采用任何隔热措施，其中高层建筑的隔热措施更加不到位。正确的施工方法及节能材料的选用可以有效的降低传热系数及传热能耗，起到很好的节能和改善热环境的效果。另外，设计屋顶花园不仅改善了环境，也起到了保温隔热的效果，更加在高楼林立的城市弥补了地面绿地的不足，所以屋顶也是在设计中不可忽视的重要方面。在建筑外墙、外窗的保温性能不断改进后，还不能忽略屋面保温隔热。屋面保温材料应选用吸水率极低或不吸水的材料，这样可以防止屋面湿作业时不会降低保温的效果。如果选用吸水率高的材料，那么屋面上要设置排除保温层内不易排出水分的排气孔。

三、高层建筑节能结构设计的意义

建筑节能对于我国未来的发展是摆在当前一个很实际的例子，是解决能源紧缺问题的一大重要举措，是一项系统的庞大的长期工程，涉及范围领域亦比较广泛。尤其随着近些年城市化进程的快速推进，高层建筑物不断的涌现于城市之中，建筑节能问题引发了人们越来越多的关注，对高层建筑结构进行科学合理的规划，实现高层建筑节能的最优化设计成为了当前需要解决的首要问题，同时这一问题做的好，对于我国可持续发展有着重要的推动意义。

参考文献

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