高层建筑设计中的低碳节能设计分析

宁慧梅

摘要：充分利用有限的资源和最大限度地节约能源是当今社会所面临的一个大问题。本文简要探讨了如何通过相应的技术手段满足市民改善居住环境的需求，推进建筑低碳节能技术在住宅建筑设计中的应用。

关键词：高层建筑；建筑设计；低碳节能设计

前言

建筑节能对缓解我国能源紧缺矛盾、改善人民生活工作条件、减轻环境污染具有十分重要的意义。它既是促进经济可持续发展最根本的措施，又是深化经济体制改革的一个重要组成部分，所以我们要将低碳设计融入到建筑设计当中，为人们创造良好的生产环境。

1高层建筑的特点与低碳节能设计的必要性

高层建筑体形庞大，容积率过高，相邻的建筑互相遮挡、不通透，形成大面积的阴影区，从而使城市人居环境质量下降、市中心人口膨胀、交通拥挤。除此之外，设计者往往贪大求高，大部分精力放在追求立面形式和使用功能上，而往往忽略了对于生态环境的保护。建筑设计节能意识淡薄，造成高能耗、低效益，影响建筑的使用效率，浪费巨大。鉴于此，高层建筑的低碳节能设计成为当代建筑设计的一个重要问题。

2建筑低碳设计理念的重要意义

（1）建筑能耗约占社会总能耗的1/3，我国建筑能耗的总量逐年上升，在能源总消费量中所占的比例已从20世纪70年代末的10%上升到近年的27.45%，而国际上发达国家的建筑能耗一般占全国总能耗的33%左右。国家建设部科技司研究表明，随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善，如果不采取有力措施，到2020年我国建筑能耗将是现在的3倍以上。如此庞大的比重，使建筑耗能已经成为我国经济发展的软肋，亟需改良建筑设计来改善这一状态。

（2）高耗能建筑比例大，加剧了能源危机。目前，我国已建房屋有400亿平方米以上，属于高耗能建筑，总量庞大，潜伏着巨大的能源危机。正如建设部有关负责人指出，仅到2000年末，我国建筑能耗约占全社会总能耗的27.6%，而建筑用能的增加相对全国温室气体排放的比例已经达到了25%。低碳环保建筑设计可以解决这个问题。

（3）我国建筑节能状况落后，亟待改善。在20世纪70年代能源危机之后，发达国家开始致力于研究和推行建筑节能技术，而我国却忽视了这方面的问题。时至今日，我国建筑节能水平远远落后于发达国家，举例来说，国内绝大多数采暖地区围护结构的热功能都比气候相近的发达国家差许多。外墙传热系数是他们的3.5～4.5倍，外窗为2～3倍，屋面为3～6倍，门窗的空气渗透为3～6倍。

由于我国建筑的保温隔热性能很差，再加上供能系统的低效率，致使建筑物达到规定的热舒适程度，单位建筑面积所需的建筑能耗比同纬度发达国家高出了3倍以上，与发达国家存在较大的差距。而对于美国而言，全球石油资源的战略布局以及石油的开采区域和运输线路等关键点的调整工作已基本完成，我国却没有那样强有力的能源后盾支持，在这样的国情下，建筑节能水平的改善实际上应该比发达国家更为紧迫。

3低碳设计理念应用于高层建筑设计的策略分析

（1）优化建筑位置及朝向设计。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。阳光有着巨大的辐射能量，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的益處，对建筑节能也有着十分重要的意义。城市规划应注重应用日照原理，合理确定建筑的位置与朝向，使每幢建筑能接收更多的太阳辐射热能，因此说建筑的方位与节能有着直接关系。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，按其太阳高度角作出日影响图，以确定冬季每天的日照时间。建筑南向开窗面积要尽可能大些，在满足采光的条件下，北向、东向窗要尽可能小些，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。

（2）优化围护结构的墙体设计。第一，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，应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、蒸压粉煤灰加气混凝土砌块、烧结煤矸石空心砖与实心砖复合墙体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要求。围护结构的材料布置分外侧和内侧，在寒冷地区同一气候条件下，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，保温层设在外侧更好些。第二，高层建筑围护墙体不宜采用外侧保温的聚苯乙烯泡沫板（舒乐板、PG板）、岩棉板等轻质保温材料。一幢建筑的寿命少则几十年、多则上百年，材料的应用与建筑整体的寿命应同步。轻质的外保温复合墙体存在以下不足：抗震能力差、易松散、与结构构件结合不好、整体性能差；不能承受外部装修贴、挂荷载，如贴石材、安装装饰构件等；不能承受有振动的凿刨装修，如剁斧石面层、预留洞、槽易出现冷桥；墙表面易出现裂纹。除此之外，复合墙体由于框架梁拉、剪力墙的嵌入，墙体内容易造成冷桥，是保温、隔热的薄弱环节。据测定，高层建筑所出现的冷桥约占整个热损失的5%～13%，因此应引起设计者重视，采取有效的构造措施尽可能避免产生冷桥。另外，高层建筑外围护墙体耗能较大，占整个建筑耗能的25%左右。建筑的形体变化是建筑外露面积的主要因素之一，体形系数越大耗能越多，国外的一些高层建筑造成圆塔形，比如美国洛杉矶的好运饭店、法国戴高乐机场的候机楼都是圆形或椭圆形，我们知道相同面积下圆的周长最短，这样能使建筑的外露面积较小。因此，基于能量损耗的考虑，高层建筑的形体变化不宜过多，也不宜复杂。

（3）高层建筑的风环境是影响建筑耗能的因素之一。在冬季，风力对建筑的热损失很大，应增大冷空气的渗透量，使室内的热损失加大。由于建筑某些部位处理不当，墙体内部易产生冷凝水，因此建筑保温材料的选用以及建筑构造的合理性应建立在科学、可靠的基础上。

4结束语

建筑节能是一项复杂的、全方位的、综合性的系统工程，也是一项长期而艰巨的任务。为了从根源上降低能耗，设计师应在规划设计中多研究、多尝试、多积累、多总结，在有限的条件下将建筑功能与艺术和技术更好地结合，使建筑设计的各个方面都能体现节能的原则，努力创造低成本、高效率的节能建筑。