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可持续发展的建筑节能设计理念与方法

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  摘要:随着国民经济的快速发展,建筑行业日趋增长,而建筑节能的现实状态需要建筑设计的观念和设计方法进行变革,从建筑功能和价值形成的初期保证建筑节能目标的实现。因此,笔者就建筑节能对建筑设计行业的深刻影响与促进进行了探讨。

  关键词:建筑设计;建筑节能;设计理念;设计方法

  1.前言

  随着中国经济的高速发展,中国工业进入了工业化中期,即重工业阶段,但是高消耗、高污染、低效率的粗放型扩张和外延为主的经济增长模式没有改变,经济增长对能源需求明显提高。经济的发展又大大促进了中国城市化的进程,居民收入的增加快速,居民消费结构性升级,房屋和汽车消费高速增长,房地产和汽车工业空前繁荣。中国能源的短缺日益严重,能源已成为中国经济可持续发展的命脉。因此,节能减排必将是中国可持续发展的工作重点,建筑节能又是重中之重。建筑是耗能大户,全球有近30%的能源消耗在建筑物上。我国建筑能耗已超过全国能源消费总量的25%,且不断增长的趋势不可逆转。因此,从可持续发展战略和能源发展战略出发,如何在满足使用者舒适度的基础上,提高建筑对能源的利用效率,更合理地利用自然能源,同时降低外界热环境的影响,即建筑节能的问题,是当前建筑业发展面临的一个重大挑战和机遇。建筑节能的现实状态需要建筑设计的观念和设计方法进行变革,从建筑功能和价值形成的初期保证建筑节能目标的实现。

  2.建筑节能设计的理念十分重要

  建筑节能是长期的、持续的和发展的动态过程,又是一项系统工程,涉及建筑材料、建筑设计、建筑构造、建筑物理、建筑施工、暖通空调、物业管理、政策法规等诸多方面的因素。针对我国建筑节能技术发展的现状,重视建筑节能设计,在建筑设计中遵循节能设计理念对建筑节能的实施和发展具有重要的现实意义。

  2.1.秉承“因地制宜”的节能设计理念。

  重视当地气候环境因素和资源条件,因地制宜、合理利用,建立寿命周期成本观念,寻求最佳的合理方案,设计满足人们对建筑室内环境需求的绿色节能建筑。

  2.2.建筑外围护结构的热工设计应适当超前。

  现行建筑节能设计标准对建筑外围护结构热工性能的规定性指针实际水平较低,距离舒适性建筑的要求甚远。随着我国经济的发展,建筑外围护结构的热工性能必然会逐步提高,因此建筑外围护结构的热工设计适当超前是必要的。

  2.3.建筑设计者要有社会责任感。

  建筑节能是贯彻国家能源节约法和可持续发展战略的大事,由于建筑的使用年限较长,使用期内耗能巨大,建筑设计者实际上承担了一份涉及到国家发展战略和后代人生存条件的社会责任。

  2.4.重视建筑设计工作者的继续教育,提高设计者的综合素质。

  由于节能新技术发展很快,涉及许多技术领域,在设计实践中,坚持节能新技术的学习,完善设计者的综合素质和节能设计水平是实现建筑节能设计目标的基础。

  3.建筑节能设计方法需要不断探索和改进

  在建筑设计中,秉承节能设计的理念,应用建筑节能设计的方法设计节能的建筑,是设计者必不可少的手段,其中建筑围护结构的节能设计是重中之重。建筑围护结构由窗、墙、屋面和门等构成,是控制建筑能耗的最重要因素。建筑节能设计一般可从以下几方面考虑:

  (1)建筑体形。在建筑设计中,应对建筑的体形以及建筑群体组合进行合理地设计,以适应不同的气候环境。一般建筑物的外形越简单,建筑物体形系数越小,热量交换量亦越少,建筑节能的效果就更好。若建筑的体形系数不满足规范要求,则应对围护结构进行综合判断,提高围护结构的热工设计标准。

  (2)建筑物的朝向。建筑物的朝向和间距会对建筑物内部采光、得热产生很大影响,因此建筑布局应考虑朝向与节能的因素。坐北朝南的建筑物能够避免太阳的东照西晒,降低日射影响,若同时配合以遮阳隔热,效果将更加显著。因此,在设计中根据日照和太阳入射角确定建筑朝向范围后,可进一步根据季风主导方向进行调节,选取合理的朝向,以获得良好的夏季穿堂风,并尽量利用建筑的体形变化做到多利用天然能源。

  (3)建筑物的平面布置。建筑平面的巧妙布局常能获得较好的节能效果。在住宅平面设计中,夏季穿堂风和全明房是建筑物节能的关键因素。恰当的平面布置有助于形成理想的通风作用。通过建筑物门窗的合理设置,形成通风口,组织并诱导自然通风,既起到节能作用又克服了空调室内空气质量差的缺点。

  (4)建筑物的门窗。建筑物的外门和外窗是冬季冷风侵入、夏季阳光入射的主要通道,其能耗占建筑物总能耗的比例较大。因此,在保证日照、采光、通风、观景等要求的条件下,尽量减小建筑物外门窗洞口的面积,是节能设计中应遵循的原则,采用目前流行的大型落地窗的设计应慎重。选择节能型门窗也是建筑节能设计的关键。所选择的节能型门窗在抗风压性、气密性、水密性、保温性上必须有严格保证。目前,国内节能型门窗主要以断桥型铝合金隔热门窗和多腔室的PVC塑钢门窗为主,采用双层玻璃、镀膜玻璃、三层玻璃,而以高水密性、气密性的中空玻璃最为节能。

  (5)建筑物的墙体。墙体是外围护结构的主体,可以采用保温性能好、蓄热能力及强度较低的砌块墙体,也可以采用复合墙体的形式,如内保温复合墙体、外保温复合墙体,夹芯复合墙体等。随着建筑节能技术的不断完善和发展,外墙外保温技术逐渐成为建筑墙体保温的主流,目前主要有聚苯板薄抹灰外墙保温,聚苯板现浇混凝土外墙保温、聚苯颗粒浆料外墙保温等几种墙体外保温技术。

  (6)建筑物的屋顶。受阳光照射的建筑物屋顶,表面温度比其它围护结构高得多。对此,除必须采用高效保温材料作为屋面保温层的措施以外,还可从建筑设计角度考虑,在顶屋设置通风隔热层或将顶层作为设备间等,形成二次隔热,减少屋面温度的影响;在炎热地区的屋面还可以采用倒置式、绿化、蓄水、浅色坡屋面等方法进行节能。

  4.重视新能源系统在建筑节能设计中的实践

  人类社会目前消费的能源,包括建筑使用消费的能源,主要是煤炭、石油和天然气等石化能源。这些能源资源有限,不可再生,终究要枯竭。利用太阳能、地热以及其它非常规能源给建筑物采暖、制冷、供热水甚至供电,可减少对常规能源的需求,具有非常重要的意义。

  (1)太阳能热水系统。太阳能是一种能量密度较低的环保能源,其中热利用的太阳能热水器技术已趋成熟,我国目前是世界上太阳能热水器的最大生产国和使用国,但是目前太阳能热水器综合利用的技术水准低,安装、使用和管理都处于一种无序状态,对建筑外观产生一定影响。为了更好地利用太阳能,必须综合考虑太阳能技术和经济、环境、人文等因素之间的合理关系,将太阳能设计成一个子系统融合在建筑之中,即实现太阳能与建筑的一体化是今后建筑设计需要考虑的一个问题。

  (2)太阳能电池发电系统。太阳能电池发电系统是利用光伏效应原理将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统。西方发达国家应用已有比较成功的经验。由于成本高,在国内的大面积推广应用还需要时间,可以优先考虑在公共建筑和较高档的住宅区中试用,以积累设计和使用经验。预计21世纪中叶太阳能发电系统的成本会下降到一个较低水平,太阳能电池发电系统将是最重要的建筑辅助能源系统,在世界可持续发展的能源结构中占有一定的比例。

  (3)地热资源利用。在新能源和可再生能源大家族中,地热是目前最现实和最具竞争力的天然能源之一,采用地源热泵技术利用地热资源可冬季采暖,夏季制冷,节能效果十分理想,且具有常规采暖系统不具备优点。目前正在建设的国家大剧院就是国内利用地热资源的典型案例。因此,新能源系统应用将是建筑节能的重要方向,其广泛应用必定会促进建筑设计的理念产生相应变化。

  5.结束语

  总之,建筑节能作为国家可持续发展战略下的一项长期目标,其影响是深远的,建筑设计由于对建筑功能和价值形成具有决定性作用,建筑节能设计必定是建筑节能实施的首要目标,因此,建筑设计行业相关规则也需要变革以适应新的挑战和机遇。相信中国未来的建筑节能技术必将迅速发展,带动建筑相关领域发展到一个新的水平,建筑设计行业和设计者必将迎来新的春天。

  参考文献

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